Isotoper er atomer af det samme grundstof, som har lige mange protoner og ulige mange neutroner, hvilket giver dem lidt forskellige vægte. De kan inddeles i to kategorier – radioaktive og stabile.
Radioaktive isotoper (f.eks. C-14) henfalder med tiden, en egenskab, der gør dem til meget vigtige redskaber til datering af arkæologiske fund, jordbund eller sten. Stabile isotoper har en stabil kerne, der ikke henfalder. Deres hyppighed forbliver derfor den samme over tid, hvilket giver mulighed for mange nyttige anvendelser inden for arkæologi (og andre discipliner som f.eks. økologi eller retsmedicinsk videnskab).
Isotoper findes overalt i den verden, som vi lever og ånder i, men balancen (eller forholdet) mellem de forskellige isotoper af de samme grundstoffer varierer mellem forskellige stoffer (f.eks. forskellige typer fødevarer) og økosystemer (f.eks. mellem land og hav eller mellem forskellige klimazoner). Efterhånden som vi vokser, og efterhånden som vores væv fornyer sig, bliver de isotoper, der er i den mad, vi spiser, og det vand, vi drikker, indarbejdet i alle vores kropsvæv, herunder i vores skelet. Ved at måle forholdet mellem forskellige isotoper i knogler eller tænder og bruge videnskabelig viden om, hvordan de forekommer i naturen, til at spore dem tilbage til de kilder, de stammer fra, kan arkæologer finde ud af mange ting om en person, f.eks. hvordan hans eller hendes kost var, og hvilket miljø han eller hun voksede op i.
Der er mange stabile isotoper, som arkæologer bruger, men de mest analyserede er:
- kulstof: 13C (eller C-13) og 12C (eller C-12). Forholdet mellem de to (13C/12C) kaldes normalt δ13C-værdier (udtales: delta-13-C).
- kvælstof: 15N (eller N-15) og 14N (eller N-14). Også her angives forholdet mellem de to (15N/14N) som δ15N-værdier (delta-15-N).
- ilt: 18O (O-18) og 16O (O-16), og deres forhold (18O/16O) angives som δ18O-værdier (delta-18-O).
- strontium: 87Sr (Sr-87) og 86Sr (Sr-86). Strontiumisotopforholdet kaldes 87Sr/86Sr-forholdet.
Isotopforholdet måles ved hjælp af analyseinstrumenter, der er kendt som isotopforholdsmassespektrometre (IRMS). Stabilt kulstof- og kvælstofisotopforhold anvendes oftest til at undersøge en lang række spørgsmål vedrørende kost (f.eks. forbrug af animalske produkter eller fisk; fravænningsalder), mens den vigtigste anvendelse af ilt- og strontiumisotopforhold er at rekonstruere gamle migrationer (se trin 2.11).
Kostanalyse
I 1980’erne indså forskere, at forskellige forhold mellem kulstof- og kvælstofisotoper i menneskers knogler kan give oplysninger om den type kost, som individer har indtaget. For eksempel kan stabile isotoper i kulstof skelne mellem visse typer planter, såkaldte C3-planter, som udgør langt størstedelen af landplanterne, og C4-planter, som bl.a. omfatter majs. I de tidligste anvendelser af isotopmetoden blev dette brugt til at spore indførelsen af landbruget (majslandbrug) i Nordamerika. I Europa, hvor der i oldtiden kun fandtes meget få C4-planter, anvendes stabile kulstofisotoper hovedsagelig til at skelne land- og havfødevarer (fisk og skaldyr) fra hinanden. Kombineret med kvælstofisotopforhold, som stiger, jo højere et individ befinder sig i fødekæden, og som derfor kan give en indikation af mængden af animalske produkter i kosten. Det er afgørende, at metoden ikke kan skelne mellem kød og mejeriprodukter (se figur 1). For eksempel har undersøgelser af vores spisevaner i fortiden afsløret, at neolitiske befolkninger stort set ikke spiste fisk, hvilket var en meget drastisk ændring i forhold til den forudgående mesolitiske periode, mens middelalderbiskopper med høj status i middelalderen spiste betydeligt mere fisk, der var forbundet med faste, end deres menighed.
Figur 1. Typiske stabile isotopforhold for stabilt kollagen i knoglekollagen for Nordvesteuropa, der illustrerer princippet for kostrekonstruktion.
© Müldner 2009, University of Reading
Afvænning
Afvænning er et begreb til at beskrive den gradvise overgang af et barns kost fra modermælk til fast føde. Undersøgelsen af fravænningsalderen i tidligere befolkninger er baseret på det faktum, at stabile isotopforhold af kvælstof og ilt varierer alt efter det “trofiske” niveau (eller punkt i fødekæden) for et individ. Ved at amme spiser et barn effektivt sin mors væv, hvilket placerer det højere i fødekæden og øger kvælstofisotopforholdene (eller δ15N) i dets eget væv. Når fravænningen begynder, og modermælken gradvist erstattes af andre fødevarer, vil δ15N-værdien i vævet falde og falde på linje med værdierne hos moderen og andre voksne i den pågældende population.
På samme måde optager kroppen iltisotoper fra vandet i omgivelserne. Når et barn ammer, optager det høje niveauer af 18O, som falder gradvist, efterhånden som vandet begynder at blive optaget fra isotopisk “lettere” kilder. Ved at følge niveauerne af kvælstof- og/eller iltisotoper i tænder (i forhold til barnets alder, da tanden blev dannet) kan vi bestemme den alder, hvor barnet blev vænnet fra modermælk og over til fast føde.