IsoEcology Isotopes in Archaeology - Rouven Turck - ETH Zürich
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IsoEcology
Isotopes in Archaeology
Rouven Turck
rouven.turck@uzh.ch
University of Zurich, Inst. for Arch., Dep. Prehist. Arch.
21st January 2021
Popular isotopic studies
Amesbury Archer/Oxbow Bowmen „Kernfamilie“ aus Eulau
Dagless/Fitzpatrick/Norcott 2011, fig. 28
Evans/Chenery/Fitzpatrick 2006
Chenery/Evans 2011 Muhl/Meller/Heckenhahn 2010, 35
Haak et al. 2008; ders. et al. 2010
Popular isotopic studies
Ötzi „Jäger/Krieger“ Schwanfeld
Hoogewerff et al. 2001
Müller et al. 2003
Knipper/Price 2011
proposal Basiscs Methods / Samlpes / Analyses Strontium-Isotopes (Sr) Oxygen-Isotopes (O) Nitrogen- (N)- and Carbon-Isotopes (C) Examples of use Summery
Archaeometry: involved sciences archaeology, anthropology, biology, earth sciences, chemistry, medicine... àARCHAEOMETRY as bioarchaeology àArchaeometry also used for ceramic and metal analysis
Isotopic-Archaeometry à definition?
„Bioarchäometrie“
„Biogeochemi“(Alt 2009)
Defining scientific questions… Foreign/alien peoples? (Knaut/Quast 2005)
References
Basics, isotopes
Apatit
migration, mobility, origin nutrition
à Reconstruction of living conditions depending on environment
Basics, isotopes, Sr
Atmosphärische
Einflüsse
Niederschläge
Nährstoff-Kreisläufe: z. B.
C, N, O, P, S, Ca, Mg, Sr
Verwitterung Böden/
Gestein
(Grund)Wasser
Incorporation of Sr in enamel, dentin and corps
depending on nutritionBasics, isotopes, Sr
Slicing molars: schematic structure
Teeth: crown build and protected by enamel
enamel
crown
dentin
roots
Dentin surrounds cervical
cavitiy and nerve canals,
forming rootsBasics, isotopes, Sr
enamel
dentin
Smith 2004, fig. 1.9
Bouillaguet 2004, fig. 1Basics, isotopes, Sr
Systematic sampling of 1st and 3rd molars (enamel)
M3
Tooth formation 1st molar
(earliest childhood)
Tooth formation 3rd molar
M1 (youth)
(Knipper 2004; Tütken 2010)
Hints about living conditions/areas of childhood, youth and place
of burialBasics, isotopes, Sr
Following ad-hoc-Ag-Boden 2005, Abb. 35
Changing places of living areas (childhood, youth & place of burial)Basics, isotopes, Sr
Local or foreign? (Turck et al. 2014)
1. Die individuelle (lebewesenbezogene) Strontiumisotopenverteilung:
In den Zähnen eines Lebewesens spiegeln sich in den Strontiumisotopenverhältnissen die geologischen
Eigenschaften der Lebensräume wider, in denen sich die Phasen der Zahnbildung des untersuchten Lebewesens
abgespielt haben.
2. Die ortstypische Strontium-Komponente:
Sie ergibt sich als Mittelwert über die Isotopen-Zusammensetzung des bioverfügbaren Strontiums für die
Umgebung, in der die Skelettreste aufgefunden wurden. Sie dient als Referenzwert für die Diskussion der
individuellen Strontiumkomponenten und ermöglicht die Entscheidung über die Ortszugehörigkeit des
untersuchten Individuums. Der ortstypische Wert kann durch die Analyse von Human- oder von Tierzähnen
abgeschätzt werden, die zuverlässig der lokalen Umgebung des Fundortes zuzuordnen sind. Nach Möglichkeit
sollten die fossilen und ortsbezogenen Referenz-Zahnmaterialien aus der gleichen Zeit stammen wie die
untersuchten Individuen.
3. Die diagenetische Strontium-Komponente:
Sie wird aus Bodenanalysen (z. B. durch Leaching-Experimente) aus dem unmittelbaren Kontaktbereich von
Skelett und Boden bestimmt. Diese Analysen werden benötigt, um auszuschließen, dass es Angleichungs-
(Äquilibrierungs-) Prozesse gegeben hat zwischen den mobilen Strontiumkomponenten in der unmittelbar zu den
Skelettresten benachbarten Bodenzone und den individuellen Strontiumkomponenten in den Zähnen oder Knochen.
Die diagenetische Strontium-Komponente und die ortstypische Strontium-Komponente können einander in der
Isotopenzusammensetzung ähneln. Da dies nicht in allen Fällen gegeben ist, ist ihre Unterscheidung für die
Turck et al. 2014
Interpretation der Zähne als Isotopen-Archive sehr wichtig.Basics, isotopes, Sr
Local references
Brandt et al. 2010Methods Collecting samples Brandt et al. 2010
Methods
Methods
Choosing teeth
Knipper 2004, Abb. 6Methods Preparation Cutting slides
Methods
Fotografie/documentation
Drillling coresMethods
Microcore drillings
1mmMethods cleaning weighing drying
Methods Extraction of Sr using ExEiChrom Sr-Resin
Methods Putting extraction on tantal-filament
Methods
Organising sampling, measurement und data calibration
Multi-Collector Thermal Ion Mass Spectrometer (MC-TIMS)Archaeological features, archaeometric analysis
Regionale
Anwendungsbezug Zuweisung:
zu HXM?
ortsfremd
0.709XX
Dateninterpretation oder lokalOxygen-isotopic-analysis
Tütken et al. 2008Oxygen-isotopic-analysis
Tütken et al. 2008Oxygen-isotopic-analysis
Tütken et al. 2008
Rozanski 1995Carbon- (C) and Nitrogenanalysis (N)
nutrition: plants or meat?
Bodenmann 2013Carbon- (C) and nitrogenanalysis (N)
Brandt et al. 2013Carbon- (C) and nitrogenanalysis (N)
Bodenmann 2013Carbon- (C) and nitrogenanalysis (N)
Alt et al. 2010Example: HERXHEIM
Location: Herxheim
„Grubenanlage“
around 5.000 bis 4.950
v. Chr.
„Neugrabung” 2005-2008, 2010
„Altgrabung” 1996-1998
Zeeb-Lanz et al. 2009, fig. 1Location: Herxheim Boulestin et al. 2009, fig. 2 Fotos: GDKE Speyer à unexpcted: ca. 500 individuals
Location: Herxheim
Basics:
Sytematic destroyed
bones of man and
animals, ceramics and
stonetools
Boulestin et al. 2009, fig. 2
Fotos: GDKE Speyer à unexpcted: ca. 500 individualsLocation: Herxheim “Pfälzer Stil” (local) so called “Fremdstile”
Location: Herxheim
Where are all these peoples from?
?Location: Herxheim
„geological basics“
Sr M1
0.717
0.716
0.715
0.714 Mittelgebirge: e. g..
0.713
buntsandstein and granits
87Sr/86Sr
0.712
0.711
0.71
0.709
0.708
0.707
0.706
Individuen
local / loess
Turck 2012Location: Herxheim
Sr M1 nach Befunden
Fragmentierte Knochen,
Konzentrationen
0.717
0.716
Schädel,
Konzentrationen 0.715
0.714
Teilskelette,
Konzentrationen 0.713 Mittelgebirge: e. g..
0.712
buntsandstein and granits
87Sr/86Sr
Skelette,
0.711
Konzentrationen
0.71
Hocker,
0.709
Konzentrationen
0.708
Schädel,
0.707
Siedlungsgruben
0.706
Siedlungsbestattungen
Individuen
ca. 90% non-locals
local / loess
Turck 2012Location: Herxheim
LebensrŠume der FrŸhneolithiker
vulkanisch Muschelkalk Löss Buntsandstein Granit
60
50
40
Individuen
30
20
10
0
0,706-0,707 0,707-0,708 0.708-0.709 0.709-0.710 0.71-0.711 0.711-0.712 0.712-0.713 0.713-0.714 0.714-0.715 0.715-0.716
87Sr/86Sr
Dillingen MŸhlhausen Flomborn Schwetzingen Aiterhofen Vaihingen Nieder-Mšrlen Schwanfeld Talheim Herxheim
Nehlich et al. 2009; Knipper/Price 2011; Bentley et al. 2006 und Price et al. 2005; Turck 2012Location: Herxheim
Oxigen isotopes: origin
Tütken/Turck/Zeeb-Lanz 2012, Abb. 1
70-90% non-localsLocation: Herxheim
Oxygen isotopes: origin
Turck 2012combination of Sr and O
C- und N-Isotopes Herxheim
Dürrwächter et al. 2006 & Turck et al. 2014C- and N-isotopes Herxheim
Turck 2012C- and N-isotopes Herxheim
Moser/Turck 2016C- and N-isotopes Herxheim
Moser/Turck 2016Summarising Herxheim Summarising archaeometric dataset 1. Ca. 90%+ in Herxheim are non-locals 2. Most of “aliens“ are from pit ring 3. Most “aliens“ were totally crushes (bones) 4. Unexpected origin from “Mittelgebirge“ 5. That means: non “classical“ living area of early Neolithic peoples 6. Nutrition: classical Neolithic
Summary: isotopes in
bioarchaeometrie / archaeology
- features of archaeoligacl excavations
- scientific questions?
- systematic sampling
- systematic evaluation
- local references
- developing further techniques
- comparism of dataAny questions???
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