TERMOLÜMİNESANS YÖNTEMİ İLE ARKEOLOJİK YAŞ TAYİNİ
Keramik, pişmiş tuğla, yanmış çakmaktaşı ve obsidyen, volkanik, kül, meteor, curuf, sarkıt ve dikit gibi kalsit oluşumları ve benzeri inorganik obje ve malzemelerin içerisinde şifreli saat gibi çalışan fiziksel mekanizmalar vardır. Bu şifreli saat bir arkeolojik zaman-ölçer aygıtı gibi çalışır; hem sıfırlama özelliği vardır hem de otomatiktir. Temel problem, saatin şifresini çözerek gerçek zamanı, yani arkeolojik yaşı bulmaktır.
Saati inceleyip şifresini çözen fiziksel yöntemlerden biri de termolüminesans (TL) yöntemidir. Burada amacımız TL yöntemini ve bu yöntemin arkeolojideki uygulamalarını kısaca anlatmak; bir başka deyişle saatin çalışma prensiplerini ve şifresinin çözüm tekniğini genel çizgileriyle sunmaktır. Yalnız yöntemi anlatmaya başlamadan önce TL olayının ne olduğunu, böyle bir amaç için nasıl kullanılabildiğini kısaca görelim.
Termolüminesans :
Bazı maddeler ısıtıldıkları zaman ışıma yaparlar. Bu fiziksel olaya ısıtma ile ışıma anlamına gelen termolüminesans (TL) denir. Hemen belirtelim ki, TL olayı başka bir olayın sonucunda oluşmaktadır. Maddelerin içlerinde ve çevrelerinde eser miktarda uranyum (U) toryum (Th) ve potasyum (K) gibi radyoaktif elementler vardır. Bunlardan çıkan radyasyonlar [alfa (a) ve beta (b) parçacıkları ile gama (g) ışınları] maddenin atomları ile etkileşerek enerjilerini yitirirler. Bu enerjinin bir kıssmı madde içinde birikir ve maddenin 300 0C – 500 0C ye kadar ısıtılma durumunda ışık olarak çıkar. Çıkan ışık miktarı maddenin biriktirdiği radyasyon enerjisi miktarına bağlıdır. Ne kadar çok enerji birikirse o kadar çok ışık çıkar. Hiç enerji birikmemiş ise, veya biriken enerji herhangi bir nedenle, örneğin ısınma ile, boşalmış ise, doğal olarak hiç ışık görünmeyecek yani hiç TL olmayacaktır. Demek oluyor ki TL, maddenin etkileştiği toplam radyasyon miktarı (dozu) sonucunda biriken enerjinin ve bu enerjinin birikmesi için geçen sürenin dolaylı bir ölçüsüdür. Yöntemin temel problemi de bu sürenin bulunmasıdır.
Maddede enerji birikimi şu şekilde olmaktadır: maddenin atomları ile etkileşen radyasyonlar atomları bağlı elektronların bazılarını koparır ve enerji kazandırırlar. Bu elektronların bir kısmı kazandığı enerjiyi anında geri vererek eski yerlerine veya benzer yerlere geri dönerler. Bir kısmı ise maddenin kristal yapısınd çeşitli nedenlerle oluşan ve tuzak denilen yerlere bağlanırlar ve böylece eski yerlerine dönen elektronların tersine radyasyondan aldıkları enerjiyi geri vermeyip bu tuzaklarda biriktirmiş olurlar.
Biriken enerjinin saklanabilme süresi, yani elektronların tuzaklarda kalma süreleri çevre şartlarına ve tuzak özelliklerine bağlıdır. Birkaç dakikadan bir milyon yıla kadar elektronları tutabilen tuzaklar vardır. Doğal olarak bizi ilgilendiren uzun ömürlü tuzaklardır. Çünkü, ancak bu tuzaklar baştan itibaren yakaladıkları tüm elektronları korurlar ve böylece radyasyonla sağlanan enerji tam olarak birikmiş olur. İleriki satırlarda da belirttiğimiz gibi, bu tarihleme için sağlanması gereken koşullardan biridir
AMİNO ASİT RESAMİZASYONU
Amino asit resamizasyonu, C14 gibi fosil kemiklere doğrudan uygulanan bir tarihleme metodudur, ve paleoantropojide hominidlerin erken evrim aşamalarında kullanılabilmektedir.
Bu tarihleme metodunun prensibi; optik etkinliği olan maddelerin, optik etkinliği olmayan maddelere dönüşmesidir ve teknik olarak resamizasyon süreci optik-akif maddenin, inaktif madde haline dönüşmesine bağımlıdır.
Tüm yaşayan canlıların proteinlerinde (L) amino asitleri vardır ve ölümünden uzun bir süre sonra tüm (L) amino asitler (glycine hariç) resamizasyon denilen değişime uğrarlar ve proteinsiz (D) amino asit haline dönüşürler. (L) ile (D) arasında oran zamanla artar. İşte fosil kemiklerde bu artışın hesaplanması bize yıl olarak bir kronolojik ölçü verebilmektedir.
Bu metodla yaklaşık 100.000 yıl eskiye yaşlandırma yapmak mümkün olmakla birlikte; fosil kemiklerdeki amino asitler, ısı, iklim değişmeleri, toprağın PH oranı gibi faktörlerden etkilendiği için araştırıcılar tarafından, ihtiyatla kullanılması gerektiği önerilmektedir.
FLUORIN, NİTROJEN VE URANYUM TARİHLEMESİ
Fluorin, nitrojen ve uranyum tarihlemesi, özellikle tarih edilmiş kazı yerlerinde ele geçen fosil kemiklerde uygulanmaktadır. Bir kemiğin relativ yaşı, aynı kazı alanından ya da aynı lokalitede bulunmuş başka bir kemiğin karşılaştırılabilir koşullarda saklanmış olmaları şartıyla kimyasal yapılarının kıyaslanması ile saptanabilir.
Toprakta gömülü olan kemiklerin yapısındaki kimyasal değişim farklı hızlarda olmaktadır. Kemiğin organik maddesinde yağ hızla yok olurken protein çok yavaş bir tempoda ortadan kalkar. Bunun miktarını ölçmek, relativ bir yaş elde etmek demektir.
Fluorin tarihlemesinde yeraltı sularının fosil kemikleri etkilemesinin ölçümü yapılmaktadır. Yeraltı sularında bulunan fluorin, kemikteki kalsiyum ile birleşerek fluoropatite oluşturur. Bu maddenin, değişik kemiklerde ölçülmesi, hemzaman olup olmadıklarını göstermektedir; çünkü hem zaman olan kemiklerin kabaca aynı miktarda fluorapatite içermesi beklenir.
Paleoantropoloji araştırmalarında, bilinen en iyi fluorin tarihlemesi, İngiltere’de Swanscombe teraslarında bulunmuş olan, Pildown ve Galley Hill fosillerine uygulanan metodtur; ve yaş post-pleistosen olarak verilmiştir.
Nitrojen taihlemesi C14 tarihlemesi yapmak için fosil kemikte yeterli miktarda protein (collogen) eksilmesinin olup olmadığının saptanabilmesi açısından başvurulan bir yöntemdir.
Galley Hill ve Piltdown fosilleri C14 tarihlemesinden önce, nitrojen ve fluorin testlerinden geçirilmiştir.
Nitrojen tarihlemesi, sonuçlar açısından fluorin testleri ile birlikte yapılır; çünkü kemikte az fluorin birikmişse, çok nitrojen bulunacaktır ya da bunun tersi söz konusudur.
Uranyum tarihlemesi ise, gömülü kemiklerde absorbe edilmiş olan uranyumun ölçülmesi esasına dayalıdır. Uranyum radyoaktif olduğu için ölçülebilir; şöyle ki, kemik deposite ne kadar uzun zaman gömülü kalmış ise, o kadar çok uranyum absorbe edecektir. Bilindiği gibi radyoaktivite bir yerden ötekine değişir ama, artan kronolojik yaş ile, uranyum miktarının da çoğaldığı saptanmıştır.
Uranyum tarihlemesi, fosil kemiklerin, içinde bulunduğu depositten (depositin yaşından) daha yeni, ya da eski olduğunun bilinmesi açısından bizlere yardımcı olmaktadır. Bu test uygulanırken, kemik parçalanmadan kullanıldığı için, öteki testlerden daha avantajlıdır.
Her üç tarihleme metodunun (fluorin, nitrojen, uranyum) en önemli eksiği, çapraz-tarihlemeye imkan vermemesidir. Öte yandan, birçok değişkenin ortamda mevcut olması nedeniyle, bir fosil örneğin jeolojik yaşının kabaca saptanmasından başka bir sonuç alınmamaktadır.
NÖTRON AKTİVASYON ANALİZİ YÖNTEMİ
Elementlerin büyük bir kısmı reaktöre konup nötronlarla ışınlandıklarında radyoaktif hale dönüşürler. Bu dönüşme elementin çekirdiğinin bir nötron yakalamasıyla olur. Her elementin meydana gelen radyoaktif izotopu belli bir enerjide (bazen bir kaç enerjide) gama ışını yayınlayarak parçalanmaya uğrar. Gama ışını spektrometresi dediğimiz bir ölçü sistemi ile her bir gama enerjisinin şiddeti ölçülür.
Bu tür çalışmalarda bir de bileşimi tam olarak bilinen bir standartın örneğe gerek vardır. Keramik analiznde standart olarak bileşimi bilinen kil örnekler kullanılır. Analiz yapılacak örneklerden ve standarttan hassas olarak tartışılmış miktarlar (100-200 mg) kuvars tüplere konarak reaktörde aynı şartlarda ışınlaşır. Daha sonra bütün örneklerin gama ışınları ölçülür. Yapılacak basit bir karşılaştırma sonunda örnekteki element miktarları hesaplanır.
Radyoaktif izotoplar yayınladıkları ışınların yanısıra yarı ömür dediğimiz bir özellikle de tanımlanırlar. Yarı ömür bir radyoaktif izotopun miktarının yarıya inmesi için geçen süredir. Bu süre değişik radyoaktif izotoplar için saniye, gün, ay veya yıl mertebesinde olabilmektedir. Reaktördeki ışınlamanın bitiminden gama enerjisinin ölçümüne kadar geçen zamana bağlı olarak çok kısa yarı ömürlü bazı izotopların tayin edilmesi mümkün olamamaktadır. Bizim çalışma şartlarımızda tayin edebildiğimiz elementler, rubidium (Rb) sezıum (Cs), baryum (Ba), uranium (U), toryum (Th), lantanyum (La), lutetium (Lu), skandium (Sc) hafnium (Hf), europium (Eu), serium (Ce), tantal (Ta), krom (Cr) ve demir (Fe)’dir. Bu elementlerden her zaman hepsi keramiklerin gruplandırılmasında kullanılamamaktadır. Rb, Ba ve Cr gibi bazılarının miktarı aynı bir kil yatağı içinde çok değişmekte, diğer bazı elementlerin miktarları da bazı örneklerde ölçülemeyecek kadar küçük olmaktadır.
Demir dışında, tayin edilen elementler çok az miktarlarda olduğu için dışarıdan bir bulaşmanın olmamasına özen gösterilmesi gerekir. Bu nedenle keramik parçaların dış yüzeyleri özel bir matkapla temizlendikten sonra analiz için örnek alınmaktadır.
Kimyasal analizden sonra yapılacak iş, örneklerin eser element birleşimi bakımından benzer olanlarını gruplar halinde ayırmaktır. Böyle bir işlemin elle yapılması imkansız olduğundan gruplandırma istatistik yöntemler kullanılarak bilgisayarda yapılmaktadır.
