Fizikai Szemle borítólap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2006/1. 10.o.

INKRUSZTÁLT RÉGÉSZETI KERÁMIÁK VIZSGÁLATA MIKRO-IONNYALÁBOS MÓDSZEREKKEL

Szíki Gusztáv Áron
MTA ATOMKI

A Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató Intézetében található Vande Graaff típusú részecskegyorsítón 1996 óta üzemelő nukleáris mikroszondával számos interdiszciplináris tudományterületen végzünk kutatásokat. A berendezés telepítése óta eltelt tíz évben geológiai [1], biológiai [2], anyagtudományi [3], régészeti [4] és aeroszolkutatási [5] témákban folytak vizsgálatok.

A nukleáris mikroszonda - amely elvi működése alapján ionmikroszkópnak tekinthető - néhány mikrométer átmérőjűre fókuszált töltöttrészecske-nyalábbal pásztázza a céltárgy felületét. A töltött részecskék és a minta atommagjai vagy az azokat körülvevő atomi elektronok között létrejövő kölcsönhatások során töltött részecskék, gamma- és röntgensugárzás hagyják el a mintát. Az említett részecskéket vagy sugárzásokat detektálva lehetőség nyílik a céltárgy elemi (magreakciók esetén esetlegesen izotópos) összetételének meghatározására. A pásztázás segítségével további információt nyerünk a vizsgált elemek laterális eloszlására vonatkozóan. A különböző analitikai technikákat általában a bombázó részecske és a detektált sugárzás/részecske fajtája szerint csoportosítják. Az alábbiakban ismertetett vizsgálatoknál a széles rendszámtartomány analízisére alkalmas protonindukált röntgenemissziós (PIXE) és a könnyű elemekre igen érzékeny deuteronindukált gamma-emissziós (DIGE) módszereket alkalmaztuk.

A továbbiakban a nukleáris mikroszonda széleskörű alkalmazásainak egy szeleteként a Magyar Nemzeti Múzeummal közös régészeti tárgyú vizsgálatok kerülnek ismertetésre, melyek tárgyát Magyarország területén feltárt inkrusztált kerámiák képezik.

Az inkrusztáció mint díszítési eljárás

Az inkrusztáció olyan speciális eljárás, amelynek segítségével finoman díszített kerámiaedények készíthetők. A folyamat során az agyagedény felületéből finom mintákat metszenek ki, amelyekbe valamilyen fehér vagy színezett anyagot préselnek. Az agyagedény kiégetése után az így elkészített díszítések szilárdak, tartósak és igen dekoratívak lesznek (1. ábra).

Ezt a díszítési módot az őskor különböző időszakaiban, Magyarországon számos eltérő területen alkalmazták. Bizonyos kultúrákban, mint például a középső neolitikus Bükki-kultúra [6], vagy a középső bronzkori Mészbetétes edények népe [7] (amely nevét is az eljárás után kapta), a technikát nagyon széles körben használták, de használata ritkábban más kultúrákban is megjelenik [8, 9].

A nukleáris mikroszondán elvégzett vizsgálatok közvetlencélja a díszítések összetételének meghatározása volt. Emellett a felvett elemeloszlási térképek további, a díszítések szerkezetére vonatkozó információval szolgáltak. Az adatokból a különböző kultúrákban a díszítések elkészítéséhez használt anyagokra, eljárásokra következtethetünk.

Az inkrusztáció vizsgálata mikro-PIXE módszerrel

Az együttműködés keretében 20 darab régészeti kerámián végeztünk mikro-PIXE mérések. A 2. ábra a kerámiák magyarországi lelőhelyeit mutatja. Az 1. táblázatban látható a kerámiák lelőhelye és kora.

Méréseket végeztünk a kerámiák díszítésein, valamint az előlapok nem díszített részén és a hátlapokon. A különböző tartományokon mért elemkoncentrációkat összevetve eldönthető, hogy a díszítésekben kimutatott valamely elem a talajból felvett szennyező-e, vagy ténylegesen jelen van-e az inkrusztáció anyagában. Az inkrusztáció anyaga, és bizonyos esetekben a kerámiák alapanyaga is erősen heterogén, így egy-egy tartományon több mérést is végeztünk. A nyert elemi koncentrációkból számolható az elemek oxidos koncentrációja; az adatokat ebben a formában közlöm.

A 3. ábra az egyes mintaszámokhoz (1. táblázat) tartozó, a kerámiaminták előlapjain (nem díszített rész), hátlapjain és a díszítésein mért oxidos koncentrációkat mutatja néhány, a vizsgálatok szempontjából érdekes elemre. Az elemek kiválasztása a következő szempontok szerint történt:

1. ábra

2. ábra

A 4. ábra elemtérképeket mutat különböző lelőhelyeken feltárt kerámiákra.

Az ábrákon feltüntetett elemek oxidjainak díszítésekben mért koncentrációja és a kerámiák lelőhelye között szoros kapcsolat van, így az eredményeket lelőhely szerint csoportosítva ismertetem.

1. táblázat

A vizsgált kerámiák lelőhelye és kora

mintaszám lelőhely kor
1-8., 17., 20. Baradla-barlang középső neolitikum (ie. 5500-4500, Bükki kultúra)
9. Kup korai vaskor (ie. 800-600)
10-16. Vörs- Máriaasszonysziget késő rézkor (ie. 3500 - 3. évezred eleje, Kostolaci kultúra) és
korai bronzkor (ie. 3. évezred eleje - ie. 2000, Kisapostag-kultúra)
18., 19. Balatonfűzfő és Papkeszi középső bronzkor (ie. 2000-1500, Mészbetétes edények kultúrája)

Kup és Vörs-Máriaasszonysziget: A 9-11., 15., 16. minták díszítéseinek magas kalcium-oxid- és foszfáttartalma van (15-60 súly% és 10-30 súly%), amíg ugyanezen összetevők a minták elő- és hátlapjaiban csak elhanyagolható mennyiségben mutathatók ki (3. ábra ). A 4. ábrán, a 16. mintához tartozó kalcium és foszfor elemtérképeken jól látható, hogy ezen elemek a díszítések ugyanazon részein összpontosulnak apró csomókat formázva. A 9-11., 15. minták díszítéseinek mindegyikét a 16.-hoz hasonló kalcium- és foszforeloszlás jellemzi, így megállapíthatjuk, hogy a Vörs-Máriaasszonyszigetről származó minták díszítéseinek belsejében apró (10-100 µm méretű), magas kalcium- és foszfortartalmú szemcsék találhatók. Ez a tapasztalat megerősíti azon régészeti feltevést, miszerint a Vörs-Máriaasszonyszigetről származó kerámiák díszítései csontőrleményt tartalmaznak.

3. ábra

Balatonfűzfő és Papkeszi: A 18. és 19. minták esetében a díszítések színe hófehér, és igen magas (50%) kalcium- oxid-tartalmuk van. Foszfor ezekben nem mutatható ki, így összetételük eltér a Vörs-Máriaasszonyszigetről származó kerámiák díszítéseinek összetételétől. A 3. ábra példaként a 18-as számú mintán felvett elemtérképeket mutat.

Baradla-barlang: A 3-8., 17., 20. kerámiák díszítései alacsony foszfor- és kalciumtartalmúak (kivéve a 17-es számú mintát, amelynek viszonylag magas kalciumtartalma van). Ezen díszítések szilícium-dioxid- és alumíniumoxid- tartalma jó közelítéssel megegyezik a kerámiák alapanyagáéval, ahogy a 3. ábrán látható. A magas alumínium- oxid- (60-70%) és szilícium-dioxid- (15-30%) tartalom azt mutatja, hogy ezen díszítések alapanyaga túlnyomó részben kaolin (alumínium-szilikát) és kvarc. A 17-es és 20-as számú minták díszítései - eltérően a többi mintáétól - vörös színűek és magas vas-oxid- (hematit) tartalmuk van (~20%). A vörös szín oka feltételezésünk szerint a hematit. Az 5. ábrán egy, a 20-as számú minta felületéről készített optikai felvétel és a minta felületén felvett vas elemtérkép látható.

4. ábra

Kiegészítő mérések a díszítéseken µ-DIGE módszerrel

Egy Vörs-Máriasszonyszigetről származó kerámia esetében ( 16. minta), a µ-PIXE mérések kiegészítéseként, a kerámia díszítésein µ-DIGE mérések is történtek. A mérések célja annak a régészeti feltevésnek a megerősítése volt, hogy a Vörs-Máriaasszonyszigetről származó kerámiák díszítései csontőrleményt tartalmaznak.

Mint fentebb szerepelt, a friss, nyers csont ~30 súly%-át egy speciális fehérje, a kollagén alkotja. A csont e szerves alkotója szenet, nitrogént és oxigént főösszetevőként tartalmaz. Habár ennek a szerves alkotórésznek az aránya a csontokban az élőlény halála után idővel csökken, bizonyos mennyiség akár több ezer év elteltével is jelen lehet [10]. Reich és munkatársai [10] Párizs keleti részén feltárt körülbelül 6000 éves állati csontokat tanulmányoztak. Vizsgálataikból kitűnik, hogy a csontok talajjal érintkező részei kevesebb, míg belső, épen maradt részük több kollagént tartalmaz. Emellett a kollagén tartalom erősen függ a csontot a talajban körülvevő kémiai és biológiai környezettől. A fenti tényezőktől függően a csontleletek kollagéntartalma változik. Reichék a kollagéntartalommal szoros összefüggésben lévő nitrogéntartalomról szólnak, amelynek értéke az általuk vizsgált körülbelül 6000 éves őskori csontokban 0,2 és 3,5 súly% között változott. Természetesen oxigént és szenet - a karbonát-hidroxil- apatit elemi összetételéből adódóan - nemcsak a fenti szerves alkotórész, hanem a csont ásványi összetevője is tartalmaz. Az elmondottak alapján feltételezhető, hogy a szén, nitrogén és oxigén elemek felhasználhatók a csontőrlemény kimutatására őskori kerámiákban. Valójában - mivel a díszítések egyéb összetevői (SiO2, Al2O3) szintén nagy mennyiségben tartalmaznak oxigént - erre a célra csak a szén és a nitrogén használható. A 6. ábra szén, nitrogén és oxigén elemtérképeket mutat, a 16-os minta egyik díszítésében.

5. ábra

Az ábrán látható, hogy a díszítésekben a szén és nitrogén ugyanazon helyekre összpontosul, apró csomókat formázva. Ez nagyon hasonló a kalcium és foszfor esetében ugyanennek a mintának mikro-PIXE-vizsgálatánál tapasztaltakhoz.

Méréstechnikai okok miatt egy díszítés ugyanazon tartományáról nem tudtunk egyszerre szén, nitrogén, kalcium és foszfor elemtérképet felvenni (mivel nem tudunk egy időben PIXE- és DIGE-méréseket végezni). Így nem jelenthető ki egyértelműen, hogy ezek az elemek a díszítések ugyanazon részein összpontosulnak. Mindazonáltal a szén-nitrogén és foszfor-kalcium csomók együttes észlelése a díszítésekben tovább erősíti a feltevést, hogy a Vörs-Máriaasszonyszigetről származó kerámiák díszítései csontőrleményt tartalmaznak.

6. ábra

Összefoglalva elmondhatjuk, hogy a µ-PIXE és µ-DIGE módszerek hatékony analitikai eszközök a kerámiadíszítések összetétel- és szerkezetvizsgálatához. A vizsgált kerámiák díszítéseik összetétele alapján három csoportba sorolhatók, mely csoportok jellemzőek a helyi őskori kultúrára.

Végezetül remélem, hogy e példa betekintést nyújt a mikro-ionnyalábos analitikai módszerek sokrétű felhasználásába, napjainkban szemléltetve azok szerepét.

Irodalom
  1. I. UZONYI, GY. SZÖŐR, B. VEKEMANS, L. VINCZE, P. RÓZSA, GY. SZABÓ, A. SOMOGYI, F. ADAMS, Á.Z. KISS - Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 59/10-11 (2004) 1717-1723
  2. ZS. KERTÉSZ, Z. SZIKSZAI, E. GONTIER, P. MORETTO, J.-E. SURLEVE-BAZEILLE, B. KISS, I. JUHÁSZ, J. HUNYADI, Á.Z. KISS: Nuclear microprobe study of TiO2-penetration in the epidermis of human skin xenografts - Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 231/1-4 (2005) 280-285
  3. A. SIMON, G. KALINKA: Investigation of charge collection in a silicon PIN photodiode - Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 231 (2005) 507
  4. I. UZONYI, R. BUGOI, A. SASIANU, Á.Z. KISS, B. CONSTANTINESCU, M. TORBÁGYI - Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 161-163 (2000) 748-752
  5. ZS. KERTÉSZ, I. BORBÉLY-KISS, I. RAJTA, I. UZONYI, Á.Z. KISS - Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 161-163 (2000) 808-813
  6. J. KOREK, P.A. PATAY: Bükki kultúra elterjedése Magyarországon (DieVerbreitung der Bükker Kultur in Ungarn) - Rég. Füz. Ser. II (1958) 2
  7. G. BÁNDI: Adatok a mészbetétes edények népe É-dunántúli csoportjának történetéhez - A Janus Pannonius Múzeum Évkönyve, 1967.
  8. M. WOSINSKY: Az oskor mészbetétes díszítésu agyagmuvessége - Budapest, 1904.
  9. N. KALICZ, J. MAKKAY: Die Linenbandkeramik in der groben Ungarischen Tiefebene - Budapest, 1977.
  10. I. REICHE, L. FAVRE-QUATTROPANI, C. VIGNAUD, H. BOCHERENS, L. CHARLET, M. MENU - Meas. Sci. Technol. 14 (2003) 1608

__________________________

inkrusztáció lat 1. nemes anyagból készült berakásos díszítés (bútor, falborítás, ajtó stb.) felületén2. tud kéregképzodés, vmire rárakódott kéreg (Bakos Ferenc: Idegen szavak és kifejezések szótára - Akadémiai Kiadó, Budapest, 1983., 371. oldal)