Válts MeRSZ+ -ra!

MeRSZ online
okoskönyvtár

Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.

Kasztovszky Zsolt

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Szilikát anyagú régészeti leletek és nyersanyagaik eredetének meghatározása

Csiszolt kőeszközök fő nyersanyagtípusainak elkülönítése PGAA-mérések segítségével

A csiszolt kőeszközök provenienciája meghatározásának további pontosítása céljából 2011-ig mintegy 189 őskori neolitikus és rézkori csiszolt kőeszköz és 42, terepi munka során a feltételezett nyersanyagterületekről származó kőzetminták PGAA-méréseit végeztük el (Szakmány et al. 2011).
A vizsgált régészeti leletek részben a 2010-es évek elején zajló, részben korábbi ásatások leletei voltak: Pitvaros, Szarvas-Endrőd (Starnini & Szakmány 1998), Ecsegfalva (Starnini et al. 2007), Bicske (Szakmány 1996), Zengővárkony (Schléder & Biró 1999), Gorzsa (Szakmány et al. 2009, 2011), Alsónyék, Polgár-Csőszhalom, Öcsöd, Aggtelek-Baradla barlang. Vizsgáltuk továbbá 19. és 20. századi hazai múzeumi gyűjtemények – Ebenhöch-gyűjtemény (Friedel et al. 2011), Magyar Nemzeti Múzeum (Friedel et al. 2008, 2011), Miháldy-gyűjtemény, a veszprémi Laczkó Dezső Múzeum gyűjteménye (Szakmány et al. 2001) – darabjait.
Valamennyi vizsgált régészeti leletre általánosságban igaz, hogy a Kárpát-medencében, többségében a mai Magyarország területén vagy annak közvetlen környezetéből került elő. Ugyanakkor több jelentős feltételezett nyersanyagforrás a Kárpátokon kívül helyezkedik el (Cseh-masszívum, Keleti-Alpok, Erdélyi-érchegység, Száva-Vardar zóna). Így a vizsgált leletcsoport és a problémakör ideális az őskori nyersanyag-felhasználási stratégiák, a távolsági kereskedelem, és a társadalmi interakciók szemléltetésére.
A terepen gyűjtött geológiai referenciaminták közül makroszkópos és mikroszkópos megfigyelések, valamint mágneses szuszceptibilitás-mérések alapján választottuk ki a reprezentatív, további vizsgálatra szánt mintákat (Bradák et al. 2009). A terepi mintavételezés során azokat a kőzetmintákat válasszuk ki, amelyek makroszkópos tulajdonságaik (pl. színük), valamint mechanikai tulajdonságaik (keménységük, törésük) alapján legjobban hasonlítanak a régészeti leletek kőanyagához, tehát a régészeti korokban feltételezhetően valóban kiválasztották kőeszköz nyersanyagaként.
Mind a geológiai referenciamintákban, mind a régészeti mintákban a fő geokémiai összetevők, valamint néhány nyomelem – B, Cl, Sm és Gd, esetenként Sc, V – mennyiségét tudtuk PGAA-val meghatározni. A mért összetevők közül az alkáliatartalom ((Na2O+K2O)/SiO2 illetve Al2O3) és a vastartalom (Fe2O3t/SiO2), valamint a TiO2 tartalom (TiO2/Al2O3) bizonyult a leginkább diszkriminatívnak vizsgált fő kőzetcsoportok, bázit-metabázit, átmeneti vulkanit, ultrabázit-metaultrabázit, szaruszirt, „fehér kő”, kvarcit-kvarc-homokkő között (4.6.a-b. ábra).
 
4.5.a-b. ábra. A 2011-ig vizsgált fő kőzettípusok csoportosítása vas-, titán- és alkáliatartalmuk alapján (Szakmány et al. 2011)
 
2010-ben, az addigi PGAA-mérések eredményeit összegezve, 215 db, főként bazalt, zöldpala, kékpala, metadolerit, hornfels, andezit anyagú kőeszköz és nyersanyagminta összetételének adatai alapján kíséreltük meg a minták csoportosítását (4.5.a-b. ábra). A PGAA-val mért TiO2- és alkáliatartalom alapján pl. a finomszemcsés dolerit megkülönböztethető a bazalttól, amelyeket makroszkópos (vizuális) vizsgálattal nem tudunk megkülönböztetni (4.5.a-b. ábra (b)). A dolerit anyagtípuson belül a Magyarország délkeleti, valamint az északnyugati részén előkerült régészeti leletek jól láthatóan elkülönülnek, ami különböző regionális nyersanyagforrásokat és ellátási útvonalakat feltételez. A régészeti leletek egy részéhez nem találtunk nyersanyagforrást a Kárpát-medencén belül, a régészeti minták kémiai összetétele különbözik a Szarvaskőn, illetve az Erdélyi-érchegységben található jura korú bazalttól, illetve dolerittől-metadolerittől.
2023-ban, kibővítve az újonnan vizsgált nyersanyagtípusokkal (nefrit, szerpentinit, homokkő, „fehér kő” stb.) és a régészeti lelőhelyekkel (Alsónyék, Polgár-Csőszhalom, Öcsöd, Aggtelek-Baradla barlang), mintegy 870 minta PGAA-eredményeit statisztikai módszerekkel (főkomponens-analízissel – PCA) elemeztem. A főkomponens-analízis eredményeiből a PGAA csiszolt kőeszközök provenienciakutatásában való alkalmazhatóságával kapcsolatos általános következtetéseket vontam le. Meg kell jegyezni, hogy további 400 minta PGAA-méréseinek feldolgozása folyamatban van, a közeljövőben új adatokkal fogjuk bővíteni a statisztikus elemzést.
A PGAA-mérések alapján vizsgált minták többségénél (766 esetben) sikeresen elkülönítettük a fő nyersanyagtípusokat, a 4.6. táblázat szerint. Néhány esetben a kőzetek jelentős mállottsága miatt módosult a PGAA-val mért átlagösszetétel, ezeket a mintákat kihagytuk a tipikus koncentrációtartományok meghatározásánál.
Az egyes csoportokra jellemző koncentrációtartományokból látható, hogy pl. a zöldpalák és kontakt metabázitok, amfibolitok és kékpalák fő összetevőinek mennyisége nagyon hasonló egymáshoz. Az amfibolitok kisebb TiO2-tartalmukkal (átlagosan 1,69 m%), a kékpalák K2O-tartalmukkal különböznek (átlagosan 2,75 m%, szemben a zöldpalák, kontakt metabázitok és amfibolitok átlagos 0,5 m% tartalmával). A nefritek összetétele is ezekhez hasonló, de MgO- és CaO-tartalmuk lényegesen nagyobb az előző típusoknál (átlagosan 19,8 m%, illetve 11,1 m%). Egyes nefritekre nagy mangántartalom (3,9‒8,2 m% MnO) jellemző.
A nagynyomású metamorfitok összetételük szerint nem egységesek, közülük az eklogitokra nagy (1,9‒6,3 m% TiO2) titán- és (10,4‒19,4 m% Fe2O3t) vastartalom jellemző. A szerpentinitekre a kiemelkedően nagy (átlagosan 32,1 m%) MgO-tartalom és a nagy (átlagosan 8,3 m%) vastartalom jellemző. A szerpentinitek szilíciumtartalma szélesebb határok (33,5‒58,7 m% SiO2) között változik.
A bazaltokra és a dolerit-metadoleritekre egyaránt a nagyobb (átlagosan 2,4 m% TiO2) titántartalom és átlagosan 11‒12 m% vastartalom jellemző. A hornfelsekre (szaruszirtekre) szintén jellemző a kiemelkedően nagy (átlagosan 15,8, de akár 27,3 m% CaO) kalciumtartalom, és a viszonylag nagy, átlagosan 6,6 m% vastartalom. A „fehér kövek” keletkezési körülménye változatos, általánosan jellemző rájuk a nagyobb (2,4‒26,9 m%) MgO-tartalom és az akár 34,7 m% CaO-tartalom. A homokkövek szilíciumtartalma széles határok között (46,4‒96,4 m% SiO2) között változhat.
 
4.6. táblázat. A főbb kőeszköz nyersanyagtípusok PGAA-val mért összetétele, a főelemek minimum-maximum értékei, és átlagai m%-ban kifejezve
 
Kőzet
db
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
Zöldpala, kontakt mb.
119
44,0–64,7
0,45–4,98
7,4–20,3
4,5–17,4
0,071–0,652
2,9–16,9
1,6–15,1
<k.h.–7,00
<k.h.–4,02
49,6
2,18
14,0
12,0
0,223
7,9
9,3
2,20
0,5
Amfibolit
27
37,8–59,0
0,178–4,50
7,5–19,1
5,4–15,6
0,090–0,390
2,6–16,6
4,4–15,2
0,73–5,03
0,13–1,79
49,1
1,69
14,1
11,2
0,193
7,8
9,9
2,28
0,53
Kékpala
32
44,0–66,2
0,46–3,57
11,9–16,7
5,1–16,5
0,071–0,933
2,0–10,4
2,6–11,6
0,66–5,15
0,09–5,94
50,5
2,01
14,5
11,7
0,207
6,5
7,3
3,25
2,75
Nefrit
29
48,8–61,5
0,017–1,23
0,21–16,8
0,1–10,0
0,059–8,19
6,3–23,4
6,9–15,3
<k.h.–4,3
0,09–4,8
55,7
0,173
3,7
4,88
0,688
19,8
11,1
0,61
0,32
HP–metamorfit
128
42,8–59,5
0,046–6,58
0,46–22,1
0,1–19,9
0,040–0,72
0,87–22,2
1,85–17,7
0,2–14,2
0,09–4,5
51,7
1,57
14,9
9,5
0,194
6,2
7,3
7,20
0,48
Szerpentinit
91
33,5–58,7
0,01–3,6
0,24–23,2
3,2–25,0
0,037–1,95
8,0–40,4
<k.h.–19,4
<k.h.–1,9
<k.h.–0,78
42,6
0,253
3,8
8,3
0,117
32,1
2,5
0,19
0,08
Bazalt
80
41,2–68,2
0,558–4,81
10,8–18,3
6,4–16,0
0,090–0,41
2,4–13,0
3,9–17,3
1,73–6,36
0,09–6,69
47,9
2,44
15,2
11,1
0,183
7,0
8,9
3,56
2,00
Dolerit, metadolerit
65
41,0–58,4
0,244–5,32
5,5–19,3
5,1–16,1
0,100–0,322
2,5–27,0
1,2–18,1
0,13–7,10
<k.h.–2,45
49,3
2,05
14,3
12,0
0,192
7,2
8,3
3,58
0,60
Hornfels
70
44,5–61,5
0,526–1,13
12,1–18,8
4,23–14,5
0,035–0,4
1,93–8,9
4,2–27,3
0,48–3,8
<k.h.–6,1
51,6
0,734
15,3
6,6
0,137
5,3
15,8
1,68
1,76
„Fehér kő”
15
25,7–78,9
<k.h.–0,687
<k.h.–16,5
<k.h.–6,2
<k.h.–0,435
2,4–26,9
0,5–34,7
<k.h.–2,68
<k.h.–2,05
50,4
0,076
1,8
1,0
0,100
15,9
8,5
0,43
0,21
Homokkő
66
46,4–96,4
0,032–1,26
1,0–20,0
0,1–6,7
<k.h.–0,373
<k.h.–2,0
<k.h.–24,5
<k.h.–7,10
0,18–5,60
80,6
0,33
7,5
2,2
0,028
0,1
2,5
0,90
1,77
Andezit
31
42,0–68,5
0,21–4,09
6,9–21,3
3,3–14,1
0,021–0,39
1,6–7,8
0,60–14,6
0,63–5,1
0,19–5,9
57,7
1,04
15,4
6,8
0,120
3,6
6,3
3,27
2,36
 
A fenti csoportosítás megerősítésére, illetve további alcsoportok elkülönítésére 870 PGAA-mérés eredményeit statisztikus vizsgálatoknak, nevezetesen főkomponens-analízisnek (PCA) vetettem alá. Az eredményül kapott 4.6.a-b. ábra jól mutatja a PGAA-módszer erősségét és korlátait.
Elsőként az összes (870 db) mért kőeszköz és nyersanyagminta főösszetevőire ‒ SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3t, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O ‒ mint változókra végeztem el a főkomponens- analízist, XLSTAT Basic 2022.5.1. programot használva. A program lefuttatásához a nem mérhető, azaz kimutatási határ alatti koncentrációadatokat „0” értékkel helyettesítettem. A 4.6.a-b. ábrán (a) a PCA-számítás eredményének legszemléletesebb ábrázoláshoz azokat a főkomponenseket (általában F1 és F2 vagy F1 és F3) célszerű választani, amelyekre a kumulatív variabilitás maximális.
Az előzetes ismereteink szerint a következő kőzettípusok elkülöníthetőségét vizsgáltam: 1a. Zöldpala, kontakt metabázit, 1b. Amfibolit; 2. Kékpala; 3. Nefrit; 4. HP-metamorfit, HP-metaofiolit, Jadeitit, Eklogit; 5. Szerpentinit; 6a. Bazalt; 6b. Dolerit, metadolerit, 7. Hornfels (szaruszirt), 8. „Fehér kő”; 9. Homokkő; 10. Andezit; 11. Egyéb vulkanitok, 12. Egyéb kőzetek (fonolit, metabázit, metaultrabázit stb.); 13. Ismeretlen (nem azonosított anyagú) minták. Bár a homokkő nem a hagyományos értelemben vett csiszolt kőeszközök, hanem szerszámkövek nyersanyaga, módszertani szempontból fontos ezen anyagtípus elkülönítése, ezért hozzávettem a statisztikailag elemzett adathalmazhoz.
 
4.6.a-b. ábra. (a) 870 db csiszolt kőeszköz, szerszámkő és nyersanyagminta csoportosítása főkomponens-analízis segítségével. (b) Az egyes kémiai összetevők járuléka a főkomponensekhez
 
A 4.6.a-b. ábrán (a) jól elkülöníthető, kompakt csoportot alkotnak a szerpentinitek (3,00<F1<5,35 és 0,57<F2<1,84), a nefritek (2,17<F1<2,65 és -1,15<F2<0,34), valamint az ún. „fehér kövek” egy része, nevezetesen a nagy Mg-tartalmú, ún. magnezites szilicitek (1,44<F1<3,04 és -4,15<F2<-0,84), emellett a vörös homokkövek egy része (0,31<F1<1,20 és -4,46<F2<-4,02). A zöldkövek (metaofiolitiok) csoportján belül néhány, makroszkópos leírás alapján szerpentinitnek feltételezett kőeszköz a PGAA-mérések alapján nefritek vagy hornfelsek csoportjába esik. A geokémiai szempontból leginkább diszkriminatív összetevők a SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3t és MgO (4.6.a-b. ábra (b)).
A PGAA-módszer korlátait mutatja ugyanakkor, hogy a zöldpalák és kontakt metabázitok csupán a fő kémiai összetevőik alapján nem különíthetők el jól egymástól, a kékpaláktól, szaruszirtektől, egyéb HP-metamorfitoktól (jadeitit, eklogit) és bazalt, dolerit-metadolerit, andezit stb. kőzetektől sem. Ha a főkomponens-analízist megismételjük a jól elkülönülő minták elhagyásával megmaradt mintákra, akkor azt tapasztaljuk, hogy a Kontakt metabázit – Amfibolit – Kékpala – Hornfels – Bazalt-metadolerit – HP-metamorfit – Metaofiolit – „Zöldkő” csoportosulásból csupán a hornfelsek különíthetők el több-kevesebb megbízhatósággal (4.7.a-b. ábra (a)). A leginkább diszkriminatív összetevőknek a CaO, SiO2 és TiO2 (és avval korrelálva a Fe2O3) bizonyultak (4.7.a-b. ábra (b)).
 
4.7.a-b. ábra. A megismételt főkomponens-analízis eredménye a kevésbé elkülöníthető kőzettípusokon
 
A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 202 0

Kémia

Az örökségtudomány (angolul „heritage science”) fő célkitűzése, a tárgyi emlékeink elemzése és megőrzése a jövő nemzedékek számára, napjainkban kiemelt helyen szerepel Európa és az egész világ tudományos feladatai között.

A prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) az alkalmazott neutronnyaláb nagy áthatoló képessége következtében a tárgyak átlagos tömbi összetételéről szolgáltat adatokat. A PGAA-val elvileg minden kémiai elem kimutatható, elemenként eltérő érzékenységgel. A módszer kiválóan alkalmas értékes, egyedi minták, pótolhatatlan kulturális és természeti kincseink, például régészeti leletek roncsolásmentes örökségtudományi (archeometriai) vizsgálatára, elsősorban a leletek nyersanyagainak eredetmeghatározásában.

Kutatásaink a PGAA alkalmazhatóságára irányultak, főként szilikát anyagú régészeti leletek (kőeszközök, féldrágakövek, üvegek) archeometriai vizsgálataiban. Együttműködésben hazai múzeumokkal, egyetemekkel, Magyarországon elsőként végeztünk szisztematikus PGAA-méréseket különböző kőzetekből (obszidián, kovakőzetek, metamorf kőzetek), lápisz lazuliból, üvegből, valamint réz- és ezüstötvözetekből, kerámiából, készült régészeti tárgyak nagyszámú sorozatain. Munkatársaimmal összesen több mint 6000 archeometriai tárgyú PGAA-elemzést végeztünk, az egyes anyagfajtákra jelentős PGAA-adatbázisokat hoztunk létre, amelyekre számos jelenlegi hazai és nemzetközi régészeti kutatási projekt támaszkodik.

Az elmúlt 25 évben a budapesti PGAA-laboratórium mind a hazai, mind a nemzetközi tudományos életben elismertségre tett szert az archeometriai kutatások terén. Számos hazai és nemzetközi örökségtudományi tárgyú projektben vettünk részt. Tudomásunk szerint a budapesti az egyetlen, PGAA-t hosszú távú örökségtudományi kutatásokban alkalmazó laboratórium a világon.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kasztovszky-a-prompt-gamma-aktivacios-analizis-alkalmazasa-szilikat-anyagu-regeszeti-leletek-es-nyersanyagainak-meghatarozasara//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero
Kivonat
fullscreenclose
printsave