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MicroArch|§6.2 植硅石研究方法

兔十四  · 公众号  ·  · 2018-03-09 13:56

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你好,这是本兔的第 56 篇推送。

植硅石的研究方法应当与具体研究目的相适应,但是,还是有一些共通的基本思想。

鉴别考古遗址中产出植硅石的植物,不能只采用单一来源的信息。此外,单位重量的有机体产出植硅石的数量差异非常大,可达几个数量级。

/*

*/

这意味着遗址中发现植硅石的数量比例并不能代表不同植物的比例。

此外,在某些条件下植硅石无法保存下来,更糟糕的一种情形大概是,不同植硅石被有差别地保存了下来(详见成岩作用部分)。如考古学中其他研究一样,提取信息时要排除成岩作用的影响。


建立参考系

/*真的不是做物理题*/

对一个考古遗址的植硅石进行综合分析的出发点,就是采集遗址周围生长的植物的植硅石标样,建立参考系 /*数据库*/ 。一个好的参考系要包含尽可能多的植物种类,不仅限于被人类使用的那些,同样应包括人类驯养的动物所食用的植物种类。

此外,由于植物的不同部位有不同的用途(例如,谷物的茎/杆被用于草料,而开花的部分被人类食用),因此参考系中应当包含植物的不同部位。

最后,我们应当了解植物的每个部位产生植硅石的数量,如果不能的话,至少要知道整个植物产生植硅石的数量,用以评估它对遗址植硅石记录的贡献。因此,植硅石需要量化,确定单位重量(干重)的植物产生植硅石的数量。

/*

*/

有了这些信息,就可以估计遗址中产生植硅石的植物的数量。

/*

*/

所谓的定量参考系并不多,

/*

*/

地中海地区 不同集合的对比表现出极大的相似性,因此整个地中海地区采用一个大的参考系是可行的。

一个区域性标样库需要包含当地植物分布的地理信息,因为关于古代气候的信息也可能包含在植硅石的变化之中。强烈建议在每个地区都建立定量的参考数据库。这将有助于我们从考古遗址的植硅石组合中获取更多的信息,并鼓励更多的考古学家来使用这一研究方法。


采样与分析

研究一个考古遗址沉积物中的植硅石组合,首先聚焦于富含植硅石的部分,然后鉴定植硅石的形态并量化。对遗址外和/或遗址中其他地点也要进行采样作为对照,这是非常必要的。只有通过对照得出的形态和量化信息是可靠的。

Piperno描述了从植物和土壤中提取植硅石的多种方法:

/*

*/

起始材料的量可以从5g到50g不等,如果需要单位质量的原始材料提取植硅石的量,需要对所有组份称重得出。

Albert等人开发了0.5g至1g材料(沉积物或干植物材料)中提取植硅石的方法,并且能够定量获取单位质量的样品中植硅石数量的方法。这一方法对于小样品可以直接按比例缩小。下面将指出一些文献中不常讨论的技术细节:

1. 如果有机物大量存在,需要除去。但是需要避免超过500℃的煅烧,因为这可能会影响基于折射率对古代燃烧事件的判断。

/*

*/

双氧水加热70℃ 就可以非常有效地除去有机物。 /*反应剧烈,注意安全(请不要问我怎么知道的)*/

此外,另一种常用的氧化剂,次氯酸钠 /*NaClO*/ 并不能氧化纤维素,但是会溶解植硅石,因为它是碱性的。 /*84消毒液的不要*/

2. 在大多数样品中,需要富集植硅石。这可以通过聚钨酸钠 /*3Na2WO4·9WO3·H2O,简称SPT*/ 重液浮选并离心来实现,前提是颗粒经过分离(超声波振荡)。

其他重液大多致癌,尽量避免使用。 /*嘛……本兔用了两年的ZnBr2,目前还活着*/

密度大于液体的颗粒将聚集在离心管底部,而植硅石较轻,浮于液相之上。有效的分离需要根据样品中的具体矿物种类来调整重液的密度。

3. 洗去重液之后,清洗、烘干,就可以得到比较纯的植硅石样品。 精确称重 (至小数点后五位,0.01mg)并置于显微镜载玻片上(1mg左右),称重不精确会导致最终的偏差。

干燥的样品要用药匙转移到载玻片上, 不要倾倒 ,因为倾倒会使得样品中不同粒度的颗粒分离。

在液相中计数可以避免这些问题,这是可以实现的。但是经过一天左右的时间,载玻片上的重液就会干燥,聚钨酸钠会结晶,影响植硅石的观察。 /*当然液相计数好的一点是,做完一个样品就可以把玻片洗干净回收利用(在地里为了省钱我们什么事情都干得出来)*/

4. 对玻片上的植硅石数量进行统计。没有必要数完整个玻片,只需要一部分面积即可。但是需要保证样品混合均匀,使得植硅石在整个玻片上 均匀分布

统计时需要遵循一些规则,在报告结果的时候必须清楚地指出。比如,一个多细胞的植硅石算作一个植硅石,还是将其中所包含的细胞都考虑在内?是否需要包括小的碎片?如果能够建立起标准,就像在孢粉分析中那样,那么植硅石计数的精度将大大提高。

5. 两方面的误差都需要考虑:植硅石总量的估计,以及不同形态之间数量的对比。在Albert等人的研究中,误差约为 ±20%


成岩作用

考古遗址中的植硅石收到成岩作用并影响分析结果的可能性是很大的。构成植硅石的二氧化硅的溶解性是 /*化学成分同为二氧化硅的*/ 石英晶体的17倍以上,它在酸性环境中(pH=3左右)溶解度最小,溶解性随着溶液pH上升而增加。

/*

*/

这意味着,植硅石在碱性条件中是相对可溶的。而这样的条件通常发生在富含方解石的沉积物中,因为碳酸钙的溶解会将溶液的pH缓冲至8.2左右。因此样品中的植硅石有可能发生全部溶解,如果有幸存的植硅石,在它们的表面可以观察到 刻蚀 的痕迹。

在我们对黎凡特地区 /*Levant,这个地理词汇的发明有效地避免了以色列与周边国家地区的政治纷争*/ 史前洞穴遗址的研究中,经常可以见到这样的现象,因为这里常见富含方解石的沉积物。

/*

*/

这种刻蚀的痕迹说明植硅石降解非常严重,进行植硅石组合分析已经不再具有意义。在黎凡特地区一些比较年轻的、露天遗址中的植硅石并不具有这些特征,即使沉积物中存在方解石。

一个有趣的现象是,在对“非考古”区域的土壤和沉积物中的植硅石进行分析时,可以发现,在不到几百年的时间内,植硅石会被植物重新吸收利用。

/*

*/

在现代植物和它们所生长的土壤中的植硅石的系统比对分析中,显示了显著的不同。

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*/

在黎凡特地区,对照样品一般采自遗址附近,平均每克沉积物样品中含有植硅石数量不足10万,而在遗址内通常要高出1个数量级以上。

/*

*/

遗址外部植硅石含量低可能是因为发生了更多的降解。有观点认为植硅石在某些土壤中非常容易溶解,而植物根系吸收的硅元素主要来自溶解的植硅石。因此植硅石就同时成为土壤中硅元素的来源以及归宿。

/*

*/

那么,关键问题就成为了: /*挖掘机技术……你走开!*/ 为什么在考古遗址中植硅石能够得到保存?一种可能性是考古遗址中植物的活动减少,另一种可能性在于,人类和动物的活动会使得植硅石在遗址内聚集。此外,少量植硅石的溶解会增大地表水中的二氧化硅浓度,这会保护其余的植硅石。 /*这在中学化学中被称作:特夏特列原理*/

已经过证明,在“非考古”遗址中,某些类型的植硅石会比其他类型的保存要好。

/*

*/

说明这些类型的植硅石更不易溶,或者它们的形态更加坚固。事实上,有观察表明:形状复杂 /*比表面积大*/ 植硅石更加容易溶解。

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*/

Elbaum等人注意到不同的植硅石有不同的折射率,由于折射率反映了含水量,因此理论上来讲,这可能影响到了植硅石不同的溶解性。

/*

*/

Albert等人曾讨论过影响不同类型植硅石溶解性的可能因素,弄懂这个基本问题是非常重要的。

/*

*/

以上这些观察揭示了植硅石组合会受到成岩作用的影响,需要针对不同植硅石的保存进行系统的实验研究。在这一层面,仍然没有明确的标准能够判断一个遗址的植硅石组合是否保存足够良好而能向我们提供可靠的信息。

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4.5 考古遗址常见矿物:二氧化硅家族

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2.4 古环境重建

曾经

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