ماهي النظائر

النظائر هي ذرات من نفس العنصر تحتوي على عدد متساوٍ من البروتونات وعدد غير متساوٍ من النيوترونات، مما يمنحها أوزانًا مختلفة قليلاً، ويمكن تقسيمها إلى فئتين – المشعة والمستقرة.

تتحلل النظائر المشعة (على سبيل المثال C-14) بمرور الوقت، وهي خاصية تجعلها أدوات مهمة جدًا لتحديد تاريخ الاكتشافات الأثرية أو التربة أو الصخور، بينما تمتلك النظائر المستقرة نواة مستقرة لا تتحلل، وبالتالي فإن وفرتها تظل كما هي بمرور الوقت، مما يسمح بالعديد من التطبيقات المفيدة في علم الآثار (وتخصصات أخرى مثل علم

البيئة

أو علم الطب الشرعي).

توجد النظائر في كل مكان في

العالم

الذي نعيش فيه ونتنفسه، لكن

التوازن

(أو النسب) التي تحدث فيها نظائر مختلفة لنفس العناصر، تختلف بين مواد مختلفة (على سبيل المثال أنواع مختلفة من

الطعام

) والأنظمة البيئية (على سبيل المثال بين الأرض و

البحر

أو بين المناطق المناخية المختلفة)، وبينما ننمو، وتجدد أنسجتنا نفسها باستمرار، يتم دمج النظائر الموجودة في الطعام الذي نأكله والماء الذي نشربه في جميع أنسجة أجسامنا، بما في ذلك الهيكل العظمي.

من خلال قياس نسب النظائر المختلفة في

العظام

أو الأسنان واستخدام

المعرفة

العلمية حول كيفية ظهورها في الطبيعة لتتبعها إلى المصادر التي أتت منها، يمكن لعلماء الآثار اكتشاف أشياء كثيرة عن الفرد، مثل نظامهم الغذائي، والبيئة التي نشأوا فيها.[1]

ما هي النظائر المستقرة

يوجد أكثر من 250 نظيرًا مستقرًا معروفًا و 80 عنصرًا من أول 82 عنصرًا في الجدول الدوري تحتوي على هذه النظائر، كما تحتوي كل من المركبات العضوية وغير العضوية على هذه النظائر وتعمل نسبها بالنسبة لبعضها البعض مثل التوقيع، حيث يمكن لعلماء الآثار استنتاج كل شيء من الأنظمة الغذائية الفردية إلى تحركات السكان على نطاق واسع بناءً على كيمياء عينة عظام قديمة.

يمكن لتحليل النظائر المستقرة وهو دراسة الفروق الدقيقة للعناصر في المواد الأثرية، أن يكشف عن جميع أنواع الأسرار المتعلقة بالمناخ والنظام الغذائي والأصول الجغرافية للعظام والمواد الأخرى.

أنواع النظائر المستقرة

هناك العديد من النظائر المستقرة التي يستخدمها علماء الآثار، ولكن أكثرها تحليلًا على نطاق واسع هي:

الكربون: 13 درجة مئوية (أو C-13) و 12 درجة مئوية (أو C-12)، ويشار عادةً إلى النسبة بين الاثنين (13C / 12C) بقيم δ13C (تنطق: delta-13-C).
النيتروجين: 15N (أو N-15) و 14 N (أو N-14). مرة أخرى ، يتم إعطاء النسبة بين الاثنين (15N / 14N) كقيمδ15N (delta-15-N).
الأكسجين: 18O (O-18) و 16O (O-16)، مع نسبتهم (18O / 16O) يشار إليها بقيم δ18O (دلتا -18-s).

تُقاس النسب النظيرية باستخدام أدوات تحليلية تُعرف بمقاييس طيف الكتلة والنسبة النظيرية (IRMS)K غالبًا ما تُستخدم نسب النظائر المستقرة للكربون والنيتروجين لاستكشاف مجموعة واسعة من الأسئلة المتعلقة بالنظام الغذائي (مثل استهلاك المنتجات الحيوانية أو الأسماك).

كيف يتم استخدام النظائر المستقرة في علم الآثار

في الثمانينيات، أدرك العلماء أن النسب المختلفة لنظائر الكربون والنيتروجين في عظام الإنسان يمكن أن توفر معلومات عن نوع النظام الغذائي الذي يستهلكه الأفراد، على سبيل المثال ، في نظائر الكربون المستقرة يمكن

التمييز

بين أنواع معينة من النباتات، ما يسمى بالنباتات C3، والتي تشكل الغالبية العظمى من النباتات البرية ونباتات C4، والتي تشمل بشكل خاص الذرة.

في التطبيقات المبكرة لطريقة النظائر، تم استخدام هذا لتتبع إدخال الزراعة (زراعة الذرة) في أمريكا الشمالية، حيث كان هناك عدد قليل جدًا من نباتات C4 في العصور القديمة، وتستخدم نظائر الكربون المستقرة في الغالب للتمييز بين الأطعمة البرية والبحرية (الأسماك والمحار)، إلى جانب نسب نظائر النيتروجين، والتي تزيد كلما ارتفع الفرد في السلسلة الغذائية، وبالتالي يمكن أن تعطي مؤشراً على كمية المنتجات الحيوانية في النظام الغذائي.

بشكل حاسم، لا يمكن للطريقة التمييز بين

اللحوم

ومنتجات الألبان، على سبيل المثال، كشفت الدراسات التي أجريت على عاداتنا الغذائية في الماضي أن سكان العصر الحجري الحديث لم يستهلكوا أي سمكة تقريبًا، وهو تغيير جذري للغاية عن العصر الحجري الوسيط السابق، في حين أن أساقفة العصور الوسطى ذات المكانة العالية استهلكوا الكثير من الأسماك المرتبطة بالصيام أكثر من جماعتهم.

أهمية النظائر المستقرة لعلماء الآثار

في سبعينيات القرن الماضي، اكتشف عالم الآثار نيكولاس فان دير ميروي هيكلًا عظميًا لا يشبه غيره في

موقع

جنوب إفريقيا الذي كان ينقب فيه، جنبا إلى جنب مع عالم فيزياء النظائر جون فوجل وعالم الإنسان القديم فيليب رايتماير، قرر تطبيق تقنيات علمية جديدة مع النظائر على الهيكل العظمي، كشف التحليل أن الإنسان القديم كان لديه نظام غذائي مختلف عن غيره ممن اكتشفوا أثناء التنقيب، مما يشير إلى تفاعلات لم تكن متوقعة من قبل بين الصيادين مثل الأشخاص الذين تم اكتشافهم في الموقع والمزارعين في المنطقة.
تواقيع النظائر مفيدة للغاية للباحثين، على سبيل المثال، تمتص النباتات نظائر الكربون -12 و الكربون -13 المستقرة، والتي لها نسبة متسقة مع بعضها البعض في الغلاف الجوي للأرض. يتم تمرير هذه النسبة إلى النباتات من خلال التربة والمياه التي تمتصها، أثناء عملية التمثيل الضوئي، تغير كمية

الماء

والشمس وعوامل أخرى نسبة نظائر الكربون في النباتات، وكما ذكرنا هناك ثلاث فئات من نسب الكربون لعملية التمثيل الضوئي للنبات: C3 و C4 و CAM، يخبر كل منهما الباحثين شيئًا عن مكان

زراعة

النباتات وأنواع الظروف البيئية التي تحملوها، عندما تبتلع الحيوانات النباتات، فإنها تصبح جزءًا من أجسامها، بدوره، يُظهر تحليل كمية الكربون في شعر الحيوانات وأسنانها وعظامها نسبة نظائر الكربون الموجودة في النباتات التي استهلكتها.
كما تكشف النظائر الأخرى جميع أنواع المعلومات حول المواد الأثرية، حيث يتم امتصاص نظائر السترونتيوم في الأسنان أثناء تكوينها، مما يؤدي إلى تكوين صورة سريعة عن المكان الذي عاش فيه الفرد خلال طفولته، لكن الخلايا العظمية تنقلب باستمرار، وتجمع بصمات السترونشيوم التي تعكس المكان الذي عاش فيه الأفراد لاحقًا، يمكن أن تكشف المقارنة بين الاثنين عن الحركة على مدى عمر الفرد أو تظهر أن الفرد لم يولد في الموقع الذي تم استرداده فيه، ويمكن لنظائر النيتروجين أن تكشف عن عمر

الطفل

عندما بدأ في تناول الأطعمة الصلبة.
تستخدم النظائر المستقرة الآن لدراسة كل شيء من العظام إلى بقايا الطعام في الأواني، يمكن استخدامها أيضًا لتحديد مصدر

المعادن

المختلفة، لكن تحليل النظائر ليس حلًا سحريًا، فهو مكلف، والتقنية لا تعمل على المواد التي تم حرقها، ويجب تجنب

التلوث

بعناية، وكلما كانت العينة أقدم، قل ما يمكن استنتاجه منها، حيث يتكسر كولاجين العظام بعد حوالي 50000 عام، ومع ذلك، يمكن للذرات أن تخبرنا الكثير عن أصول وسلوكيات الأشخاص الذين أصبحت مواقع دفنهم حفريات أثرية.[2]