Đánh giá việc chuẩn bị mẫu dụng cụ đá: Ảnh hưởng của việc làm sạch đối với các phép đo bề mặt bằng Kính hiển vi quét laser LEXT™ OLS5100 Olympus

Tóm tắt

Phân tích sử dụng-hao mòn tái tạo lại cách các công cụ khảo cổ được sử dụng thông qua việc xác định dấu vết để lại trên bề mặt của các công cụ bằng đá. Phân tích truyền thống sử dụng kính hiển vi quang học để xác định trực quan dấu vết mài mòn. Trong những năm gần đây, sự gia tăng của các phương pháp sử dụng mới đã được phát triển có thể được sử dụng để định lượng các dấu vết chức năng trên các công cụ bằng đá. Nhiều phương pháp trong số này tập trung vào việc định lượng độ nhám bề mặt, đo các đặc điểm địa hình ở quy mô nhỏ để hiểu Sự thay đổi trong kết cấu bề mặt được tạo ra bởi các vật liệu tiếp xúc khác nhau như gạc, thịt và gỗ.

Một phương pháp cho thấy sự hứa hẹn đặc biệt sử dụng kính hiển vi đồng tiêu quét laser Olympus LEXT OLS4100 để mô tả kết cấu bề mặt. Dưới đây là kết quả của các phép đo được thực hiện với OLS4100 LEXT để hiểu tác động của các phương pháp làm sạch khác nhau đối với độ nhám bề mặt của các công cụ đá thử nghiệm được sử dụng để cắt lúa mì.

Hiện tại, có rất ít sự đồng thuận giữa các nhà phân tích sử dụng về cách làm sạch đầy đủ các công cụ bằng đá trước khi phân tích. Tiêu chuẩn hóa là không thể thiếu để phát triển phân tích hao mòn sử dụng và tiếp tục nghiên cứu định lượng dấu vết hao mòn vì nó cho phép so sánh giữa các kết quả từ các nhà nghiên cứu khác nhau. Các hình ảnh có độ phân giải cao và các phép đo bề mặt được tạo ra bởi LEXT OLS4100 làm cho kính hiển vi này đủ điều kiện duy nhất để đóng góp cho cuộc thảo luận này. Trong này Nghiên cứu, các công cụ đá thí nghiệm phải chịu ba cấp độ làm sạch: 1) các công cụ được làm sạch bằng cồn, 2) sau đó xà phòng và nước, và cuối cùng 3) làm sạch hóa học bằng kali hydroxit (10%) và axit clohydric (10%). Ba giai đoạn làm sạch này đại diện cho các kỹ thuật chuẩn bị mẫu thường được sử dụng và ngày càng xâm lấn.

Kết quả của nghiên cứu này góp phần tiêu chuẩn hóa việc chuẩn bị mẫu và làm nổi bật các ứng dụng của OLS4100 LEXT cho các nghiên cứu sử dụng tiếp theo. Mục đích của nghiên cứu này là:

1. Kiểm tra xem các giao thức làm sạch thường được sử dụng khác nhau có ảnh hưởng đến các phép đo độ nhám bề mặt hay không
2. Trình bày các hiệu ứng hình ảnh của các quy trình làm sạch khác nhau trên bề mặt dụng cụ bằng đá bị mòn

Kính hiển vi đồng tiêu quét laser & Định lượng sử dụng-hao mòn

Hình 1: Ảnh ba chiều chụp bằng LSCM của một công cụ bằng đá dùng để thu hoạch lúa mì. Cạnh của công cụ được định hướng về phía dưới cùng của màn hình.

Việc sử dụng kính hiển vi đồng tiêu quét laser (LSCM) đang ngày càng trở nên phổ biến trong các nghiên cứu khảo cổ học về định lượng sử dụng công cụ đá. LSCM có khả năng mô tả kết cấu bề mặt bằng cách xây dựng các mô hình 3D của các đặc điểm bề mặt, tạo ra các phép đo định lượng về độ nhám bề mặt rất hữu ích để phân biệt chất đánh bóng với các vật liệu tiếp xúc khác nhau (Hình 1).

Thiết lập thử nghiệm thu hoạch

Hình 2: Cánh đồng thu hoạch nằm bên ngoài thị trấn St. Vallier de Thiey.

Vào tháng 8 năm 2011, các thí nghiệm thu hoạch đã được tiến hành ở miền Nam nước Pháp (được tổ chức và chỉ đạo bởi Tiến sĩ Patricia Anderson, Trung tâm Khoa học Quốc gia de la Recherche). Các thí nghiệm diễn ra trong năm ngày, với ba ngày dành riêng cho việc cắt ruộng, một ngày để đập lúa mì và một ngày để xay hạt. Cánh đồng thu hoạch, nằm bên ngoài thị trấn St. Vallier de Thiey, được trồng lúa mì einkorn (Hình 2). Lúa mì này là một loài được thuần hóa sớm, làm cho nó trở thành một chất tương tự tốt cho các hoạt động thu hoạch cổ đại.

Hình 3: Liềm thí nghiệm dùng để thí nghiệm thu hoạch.

Liềm thí nghiệm được sử dụng để thu hoạch được mô phỏng theo một mảnh khảo cổ từ sự chiếm đóng của người Natufia tại hang Kebara (Israel) (Hình 3). Liềm được trang bị sáu công cụ bằng đá microlith hình học chert (Negev chert) và được sử dụng cho khoảng 12.000 nét (khoảng 400 phút). Hai miếng chèn microlith từ liềm đã được chọn để kiểm tra sự khác biệt trong các quy trình làm sạch.

Phương pháp phân tích chèn liềm

Hai miếng chèn công cụ bằng đá từ liềm đã được chọn để phân tích. Trong giai đoạn phân tích đầu tiên, các công cụ bằng đá được làm sạch bằng cồn methyl và khăn lau kỹ thuật, giảm thiểu việc chuyển cặn từ vải sang hiện vật. Sau khi các mảnh được làm sạch, chúng được quét bằng LEXT OLS4100 sử dụng vật kính 20x và vật kính 50x tương ứng (Hình 4a và 5a).

Trong giai đoạn thứ hai, các dụng cụ bằng đá được làm sạch bằng nước ấm và chất tẩy rửa nhẹ (nutratek) trong khi được chải nhẹ bằng bàn chải đánh răng lông mềm. Sau khi làm sạch, chúng một lần nữa được quét bằng OLS4100 LEXT ở cùng một vị trí và ở cùng độ phóng đại (Hình 4b và 5b).

Trong giai đoạn cuối cùng của phân tích, các công cụ bằng đá đã được làm sạch hóa học (như Keeley đã vạch ra, 1980). Đầu tiên, chúng được ngâm trong bồn tắm 10% kali hydroxit (KOH) trong 10 phút để loại bỏ cặn hữu cơ. Sau khi làm sạch này, thạch học được ngâm trong axit clohydric 10% (HCL) trong 10 phút để loại bỏ bất kỳ mỏ khoáng chất nào. Cuối cùng, họ được tắm trong nước sạch để loại bỏ bất kỳ dấu vết hóa học nào còn sót lại. Quét đã được thực hiện của microlith sau khi làm sạch lần cuối giai đoạn (Hình 4c và 5c). Do đó, thạch học phải chịu các kỹ thuật làm sạch ngày càng xâm lấn trong mỗi giai đoạn phân tích.

Hình 4: Dụng cụ bằng đá #1 a) được làm sạch bằng cồn, b) được làm sạch bằng xà phòng và nước, c) được làm sạch bằng KOH (10%) và HCL (10%).

Hình 5: Dụng cụ bằng đá #2 a) được làm sạch bằng cồn, b) được làm sạch bằng xà phòng và nước, c) được làm sạch bằng KOH (10%) và HCL (10%).

Phân tích dữ liệu &; Kết quả

Kết quả tổng thể của nghiên cứu chỉ ra rằng việc làm sạch cồn là không đủ để giải thích trực quan về hao mòn sử dụng (Hình 4a và 5a) hoặc để định lượng hao mòn sử dụng. Dữ liệu được tóm tắt trong Hình 6 cho thấy các phép đo bề mặt có độ nhám trung bình cho công cụ #1 được làm sạch bằng cồn có phương sai cao. Đối với công cụ #2, mảnh có phương sai cao và phép đo độ nhám trung bình cao (Hình 7). Điều này có thể là do sự hiện diện của mỡ (có kết cấu mịn) và Vật chất hạt (thô ráp) cùng với kết cấu được tìm thấy trên bề mặt bị mòn tạo ra một bề mặt rất thay đổi. Cách giải thích này được chứng thực thêm với đánh giá trực quan về hình ảnh, trong đó dầu mỡ và các hạt khác có thể được nhìn thấy rõ ràng trên bề mặt (Hình 4a và 5a). Làm sạch bằng chất tẩy rửa đã loại bỏ dầu mỡ và phần lớn cặn hạt, dẫn đến các phép đo với phương sai thấp hơn cho cả hai dụng cụ. Đối với công cụ #2, độ nhám trung bình cho công cụ được làm sạch bằng Chất tẩy rửa thấp hơn đáng kể so với độ nhám trung bình của việc làm sạch bằng cồn (Hình 7). Cuối cùng, các bề mặt được làm sạch bằng phương pháp axit và kiềm xuất hiện không có vật chất hạt nhỏ (Hình 4c và 5c). Do đó, sự thay đổi kết cấu được giảm đáng kể trong phép đo độ nhám bề mặt của các mảnh được làm sạch hóa học. Điều này đặc biệt rõ ràng trong công cụ #1, trong đó có sự giảm rõ ràng phương sai độ nhám bề mặt giữa bề mặt được làm sạch bằng nutratek và bề mặt được làm sạch bằng hóa chất. Thật thú vị khi lưu ý rằng có rất ít sự khác biệt về độ nhám bề mặt trung bình giữa việc làm sạch bằng chất tẩy rửa và làm sạch bằng hóa chất cho công cụ # 2, cho thấy rằng việc làm sạch xà phòng là đủ cho công cụ cụ thể này.

Hình 6: Độ nhám trung bình cho dụng cụ đá #1 với cồn, nutratek và làm sạch hóa chất.

Hình 7: Độ nhám trung bình của dụng cụ đá #2 với cồn, nutratek và làm sạch hóa chất.

Tóm tắt

Nghiên cứu này cho thấy sự khác biệt trong thực hành làm sạch có ảnh hưởng đến kết cấu bề mặt đo được. Ngoài ra, sự khác biệt về thị giác có thể được nhìn thấy giữa các giai đoạn làm sạch khác nhau, với dầu mỡ và các hạt có thể nhìn thấy trên các dụng cụ được làm sạch bằng cồn. Điều này nhấn mạnh việc chuẩn bị mẫu là một lĩnh vực quan trọng của nghiên cứu phương pháp luận để phân tích sử dụng-hao mòn. Để đảm bảo chỉ đo được kết cấu bề mặt, chúng tôi khuyên bạn nên làm sạch axit/kiềm trước khi chụp ảnh cho mục đích đo lường. Trong Sự khác biệt trong các phép đo giữa làm sạch chất tẩy rửa và làm sạch hóa học trong Công cụ # 1 cho thấy rằng hóa chất là cần thiết để loại bỏ tất cả các vật liệu bám dính khỏi bề mặt thạch học. Tuy nhiên, để đánh giá trực quan, các dụng cụ được làm sạch bằng xà phòng và nước cung cấp khả năng làm sạch đầy đủ nếu không có phương tiện hóa chất.

Nghiên cứu điển hình này trình bày một ứng dụng mới của kính hiển vi đồng tiêu quét laser để đo bề mặt dụng cụ bằng đá, góp phần tiếp tục tiêu chuẩn hóa phân tích hao mòn sử dụng. Những kỹ thuật làm sạch này hiện có thể được áp dụng cho các tập hợp khảo cổ học để hiểu rõ hơn về các hành vi trong quá khứ thông qua việc sử dụng công cụ bằng đá.

Lời cảm ơn

Cảm ơn Richard Leach (Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia, Vương quốc Anh) đã sử dụng OLS4100 LEXT và sự hợp tác liên tục của anh ấy.

Danielle Macdonald cảm ơn Patricia Anderson vì đã mời cô tham gia vào công việc thu hoạch thử nghiệm trong mùa hè năm 2011. Công việc của Macdonald trong dự án này được hỗ trợ bởi một khoản tài trợ du lịch của Trường Nghiên cứu Sau đại học của Đại học Toronto.