Isotoper är atomer av samma grundämne som har lika många protoner och ojämnt antal neutroner, vilket ger dem lite olika vikt. De kan delas in i två kategorier – radioaktiva och stabila.
Radioaktiva isotoper (till exempel C-14) sönderfaller med tiden, en egenskap som gör dem till mycket viktiga verktyg för att datera arkeologiska fynd, jord eller stenar. Stabila isotoper har en stabil kärna som inte sönderfaller. Deras mängd förblir därför densamma över tiden, vilket möjliggör många användbara tillämpningar inom arkeologi (och andra discipliner som ekologi eller rättsmedicin).
Isotoper finns överallt i den värld där vi lever och andas, men balansen (eller förhållandet) mellan olika isotoper av samma grundämnen varierar mellan olika ämnen (t.ex. olika typer av livsmedel) och ekosystem (t.ex. mellan land och hav eller mellan olika klimatzoner). När vi växer och våra vävnader ständigt förnyas, införlivas isotoperna i maten vi äter och vattnet vi dricker i alla våra kroppsvävnader, inklusive skelettet. Genom att mäta förhållandet mellan olika isotoper i ben eller tänder och använda vetenskaplig kunskap om hur de förekommer i naturen för att spåra dem tillbaka till de källor de kom ifrån kan arkeologer ta reda på många saker om en individ, till exempel hur deras diet såg ut och vilken miljö de växte upp i.
Det finns många stabila isotoper som används av arkeologer, men de som oftast analyseras är:
- kol: 13C (eller C-13) och 12C (eller C-12). Förhållandet mellan de två (13C/12C) kallas normalt δ13C-värden (uttalas: delta-13-C).
- kväve: 15N (eller N-15) och 14N (eller N-14). Återigen anges förhållandet mellan de två (15N/14N) som δ15N-värden (delta-15-N).
- syre: 18O (O-18) och 16O (O-16), där förhållandet mellan dem (18O/16O) anges som δ18O-värden (delta-18-O).
- strontium: 87Sr (Sr-87) och 86Sr (Sr-86). Isotopförhållandena för strontium kallas 87Sr/86Sr-förhållanden.
Isotopförhållandena mäts med hjälp av analysinstrument som kallas isotopförhållande-massespektrometrar (IRMS). Stabila kol- och kväveisotopförhållanden används oftast för att utforska ett brett spektrum av frågor som rör kost (t.ex. konsumtion av animaliska produkter eller fisk, avvänjningsålder), medan syre- och strontiumisotopförhållanden främst används för att rekonstruera forntida migration (se steg 2.11).
Dietanalys
På 1980-talet insåg forskare att olika förhållanden mellan kol- och kväveisotoper i människobensben kan ge information om vilken typ av kost individer har ätit. Till exempel kan stabila isotoper i kol skilja mellan vissa typer av växter, så kallade C3-växter, som utgör den stora majoriteten av landväxter, och C4-växter, som framför allt omfattar majs. I de tidigaste tillämpningarna av isotopmetoden användes detta för att spåra införandet av jordbruk (majsjordbruk) i Nordamerika. I Europa, där det fanns mycket få C4-växter under antiken, används stabila kolisotoper främst för att skilja landbaserade från marina livsmedel (fisk och skaldjur). I kombination med kväveisotopförhållanden, som ökar ju högre en individ befinner sig i näringskedjan och som därför kan ge en indikation på mängden animaliska produkter i kosten. Metoden kan inte skilja mellan kött och mejeriprodukter (se figur 1). Studier av våra matvanor i det förflutna har till exempel visat att neolitiska befolkningar praktiskt taget inte konsumerade någon fisk, vilket var en mycket drastisk förändring jämfört med den föregående mesolitiska perioden, medan medeltida biskopar med hög status konsumerade betydligt mer fisk, som förknippades med fasta, än sin församling.
Figur 1. Typiska stabila isotopförhållanden för stabila isotoper av benkollagen för Nordvästeuropa, som illustrerar principen för kostrekonstruktion.
© Müldner 2009, University of Reading
Avvänjning
Avvänjning är en term för att beskriva den gradvisa övergången av ett barns kost från bröstmjölk till fast föda. Studiet av avvänjningsåldern i tidigare populationer bygger på det faktum att stabila isotopförhållanden för kväve och syre varierar beroende på en individs ”trofiska” nivå (eller punkt i näringskedjan). Genom amning konsumerar barnet i själva verket moderns vävnader, vilket placerar det högre upp i näringskedjan och ökar kväveisotopförhållandena (eller δ15N) i dess egna vävnader. När avvänjningen börjar och modersmjölken gradvis ersätts med andra livsmedel kommer δ15N i vävnaderna att minska och falla i linje med värdena hos modern och andra vuxna i den populationen.
På liknande sätt tas syreisotoper upp av kroppen från vattnet i miljön. Vid amning förbrukar ett barn höga nivåer av 18O, som sjunker gradvis i takt med att vatten börjar konsumeras från isotopiskt ”lättare” källor. Genom att spåra nivåerna av kväve- och/eller syrgasisotoper i tänder (i förhållande till barnets ålder när tanden bildades) kan vi avgöra vid vilken ålder barnet avvänjdes från bröstmjölk och övergick till fast föda.