Izotopii sunt atomi ai aceluiași element care au un număr egal de protoni și un număr inegal de neutroni, ceea ce le conferă greutăți ușor diferite. Aceștia pot fi împărțiți în două categorii – radioactivi și stabili.
Izotopii radioactivi (de exemplu C-14) se dezintegrează în timp, o proprietate care îi face instrumente foarte importante pentru datarea descoperirilor arheologice, a solurilor sau a rocilor. Izotopii stabili au un nucleu stabil care nu se dezintegrează. Prin urmare, abundența lor rămâne aceeași în timp, ceea ce permite multe aplicații utile în arheologie (și în alte discipline, cum ar fi ecologia sau știința criminalistică).
Izotopii sunt prezenți peste tot în lumea în care trăim și respirăm, dar echilibrul (sau proporțiile) în care apar diferiți izotopi ai acelorași elemente variază între diferite substanțe (de exemplu, diferite tipuri de alimente) și ecosisteme (de exemplu, între uscat și mare sau între diferite zone climatice). Pe măsură ce creștem și, în mod continuu, pe măsură ce țesuturile noastre se reînnoiesc, izotopii care se găsesc în alimentele pe care le consumăm și în apa pe care o bem sunt încorporați în toate țesuturile corpului nostru, inclusiv în schelet. Măsurând proporțiile diferiților izotopi din oase sau dinți și folosind cunoștințele științifice despre modul în care aceștia apar în natură pentru a le urmări până la sursele din care provin, arheologii pot afla multe lucruri despre un individ, cum ar fi regimul alimentar și mediul în care a crescut.
Există mulți izotopi stabili care sunt folosiți de arheologi, dar cei care sunt cel mai des analizați sunt:
- carbonul: 13C (sau C-13) și 12C (sau C-12). Raportul dintre cei doi (13C/12C) este denumit în mod normal valorile δ13C (pronunțat: delta-13-C).
- azot: 15N (sau N-15) și 14N (sau N-14). Din nou, raportul dintre cele două (15N/14N) este dat ca valori δ15N (delta-15-N).
- oxigen: 18O (O-18) și 16O (O-16), raportul lor (18O/16O) fiind denumit δ18O (delta-18-O).
- stronțiu: 87Sr (Sr-87) și 86Sr (Sr-86). Rapoartele izotopice ale stronțiului sunt denumite rapoarte 87Sr/86Sr.
Raporturile izotopice sunt măsurate cu ajutorul unor instrumente analitice cunoscute sub numele de spectrometre de masă cu raport izotopic (IRMS). Rapoartele izotopilor stabili ai carbonului și azotului sunt cel mai adesea folosite pentru a explora o gamă largă de întrebări legate de dietă (de exemplu, consumul de produse animale sau de pește; vârsta de înțărcare), în timp ce principala aplicație a rapoartelor izotopilor de oxigen și stronțiu este de a reconstitui migrația antică (a se vedea pasul 2.11).
Analiză dietetică
În anii 1980, cercetătorii și-au dat seama că diferite rapoarte ale, izotopilor de carbon și azot din oasele umane pot furniza informații despre tipul de dietă consumată de indivizi. De exemplu, în cazul izotopilor stabili ai carbonului se poate face distincția între anumite tipuri de plante, așa-numitele plante C3, care alcătuiesc marea majoritate a plantelor terestre și plantele C4, care includ în special porumbul. În primele aplicații ale metodei izotopilor, aceasta a fost folosită pentru a urmări introducerea agriculturii (agricultura cu porumb) în America de Nord. În Europa, unde existau foarte puține plante C4 în antichitate, izotopii stabili ai carbonului sunt utilizați în principal pentru a distinge alimentele terestre de cele marine (pește și crustacee). Se combină cu ratele izotopilor de azot, care cresc cu cât un individ se află mai sus în lanțul trofic și, prin urmare, pot da o indicație cu privire la cantitatea de produse animale din alimentație. În mod esențial, metoda nu poate face distincția între carne și produse lactate (a se vedea figura 1). De exemplu, studiile privind obiceiurile noastre alimentare din trecut au arătat că populațiile neolitice nu consumau practic deloc pește, o schimbare foarte drastică față de mezoliticul anterior, în timp ce episcopii medievali cu statut înalt consumau semnificativ mai mult pește, asociat cu postul, decât congregația lor.
Figura 1. Raporturile tipice ale izotopilor stabili ai colagenului osos pentru Europa de Nord-Vest, ilustrând principiul reconstrucției dietetice.
© Müldner 2009, University of Reading
Înțărcarea
Înțărcarea este un termen pentru a descrie tranziția treptată a dietei unui copil de la laptele matern la alimente solide. Studiul vârstei de înțărcare la populațiile din trecut se bazează pe faptul că ratele izotopilor stabili ai azotului și oxigenului, vor varia în funcție de nivelul „trofic” (sau punctul din lanțul alimentar) al unui individ. Prin alăptare, un copil consumă efectiv țesuturile mamei sale, ceea ce îl plasează mai sus în lanțul trofic și crește raportul izotopilor de azot (sau δ15N) din propriile țesuturi. Când începe înțărcarea și laptele mamei este înlocuit treptat cu alte alimente, δ15N din țesuturi va scădea și se va alinia la valorile mamei și ale altor adulți din acea populație.
În mod similar, izotopii de oxigen sunt absorbiți de organism din apa din mediul înconjurător. Atunci când alăptează, un copil consumă niveluri ridicate de 18O, care scad treptat pe măsură ce apa începe să fie consumată din surse „mai ușoare” din punct de vedere izotopic. Urmărirea nivelurilor de izotopi de azot și/sau de oxigen din dinți (în raport cu vârsta copilului în momentul în care s-a format acel dinte) ne ajută să determinăm vârsta la care copilul a fost înțărcat din laptele matern și a trecut la alimente solide.