Metody paleolitického výzkumu Ondřej Mlejnek Fáze archeologického výzkumu  1.) Prospekce  2.) Exkavace  3.) Zpracování Prospekční metody  Povrchový sběr  Užití pedologické tyče  Sondáže  Archeologický dohled u stavebních prací  Studium sprašových profilů Povrchový sběr • - základní metoda paleolitické prospekce • - omezen jen na přístupné plochy (zoraná pole) • - existuje metodologie sběrů (M. Kuna, D. Kolbinger) • - využití závěru krajinné archeologie (M. Gojda) • - sídelní archeologie (Svoboda, Škrdla, Mlejnek) • - definování krajinných typů (Svoboda, A-D) • - využití moderních GIS (Surfer, Grass, QGIS, Google Earth, MapSource…) • - vytváření predikčních modelů • - objevování nových lokalit na tomto základě Povrchové sběry Povrchový sběr Sondáže • - vrty pedologickou sondážní tyčí • - sondy rýčem • - sondy pomocí těžké techniky • jedná se o destruktivní výzkum – jen oprávněné organizace v odůvodněných případech Sondáž rýčem Sondáž těžkou technikou Archeologický dohled • běžně u postpaleolitu • u paleolitu vzácně • spíše u známých lokalit • obvykle dohled jen po hranici spraše • perspektivní do budoucna • viz památková péče, metodika ve vývoji Studium sprašových profilů • souvisí s archeologickým dohledem • studium stratigrafie • hl. cihelny a pískovny • Dolní Věstonice (Kalendář věků), Červený kopec, Dědice atd. Exkavace Před výzkumem • - před započetím výzkumu zajistit technické zajištění (souhlas nájemce, souhlas majitele pozemku, voda na plavení sedimentu, ubytování brigádníků, transport, pitná voda, jídlo, WC, nástroje – lopaty, rýče, kbelíky, síta, špachtle, štětce, technika – totální stanice, počítač, tiskárna, fotoaparát, připravené formuláře nebo čárové kódy, jiné vybavení – sáčky, papíry, samolepky, fixy, HCl …) • - finanční zajištění výzkumu (grant, inverstor, finanční prostředky instituce, sponzoři) • - připravit metodologii výzkumu (viz Dibble, Marean, McPherron) Zázemí výzkumu Zázemí výzkumu Metodika výzkumu • Skrývka ornice rýči a lopatami • Výzkum v sektorech 0,5 x 0,5 m, vrstvy špachtlovány po cca 4 cm (asi 1 kbelík – 10 l) • Zaměřování všech kbelíků, větších artefaktů (nad 2 cm), kousků barviva, kostí a uhlíků pomocí totální stanice, čepele zaměřovány dvěma body • Systém náhodně vybírá kbelíky, ze kterých se odebírá sediment na vzorky • Zaměření stratigrafických hranic pomocí totální stanice • Odebírání vzorků na datování a na přírodovědné analýzy (viz později) Metodika výzkumu • Ke každému zaměřenému předmětu byl přidělen štítek s čárovým kódem a náhodnou kombinací 5 písmen (vygeneroval počítač) – viz www.oldstoneage.com • V čárovém kódu zakódovány všechny potřebné informace (druh předmětu, geologická a kulturní vrstva, 3D zaměření, datum) • Fotografická dokumentace výzkumu, koncentrací nálezů a průběhu vrstev • Všechny kbelíky prosívány na sucho a následně plaveny na sítech 3x3 mm pro EUP. 2x2 mm pro MUP a LUP • Preparace vrstev pomocí špachtlí, nožů a štětců • Zvláštní pravidla pro výzkum v jeskyni Metodika výzkumu • V případě absence totální stanice lze použít i nivelační přístroj a souřadnice na osách x a y měřit metrem od jednoho zaměřeného bodu. • Podobně lze při absenci nivelačního přístroje odečítat s pomocí olovničky, provázku a metru i relativní výšku. • Při absenci čtečky čárových kódů lze použít formulářovou metodu. V případě, kdy jsme všechny formuláře vyplňovali podvojně, bylo méně chyb než při použití metody čárových kódů. • Je nutné předem připravit formuláře pro každý typ nálezů a odebíraných vzorků. Skrývání plochy Preparace nálezové vrstvy Plavení sedimentu Zaměřování Fotografická dokumentace Makroskopické studium profilu Zpracování výzkumu • - analýza štípané industrie (suroviny- A. Přichystal, technologie – P. Škrdla, typologie – M. Oliva, traseologie – S. Krásná, A. Dušková) • - prostorové analýzy (horizontální a vertikální distribuce, skládačky – refits) • - laboratorní přírodovědné analýzy – určení kostí zvířat, případně lidí (paleoantropologie), zooarcheologie (M. Rašková, G. Dreslerová). mikrofauna, malakofauna, paleobotanika, palynologie, mikromorfologie, datování Konzervace a popis nálezů • Konzervace zejména v případě kostěných nálezů • V případě ŠI slepení zlomených kusů, popis nálezů, inventarizace, předání do instituce oprávněné spravovat archeologické sbírky Publikace výsledků • nálezová zpráva (uloženo na AÚ AV ČR) • předběžná stručná zpráva o výzkumu (Přehled výzkumů) • článek o předběžném zpracování části výzkumu (odborná periodika – AMM, PV, AR, PA, Anthropologie, IANSA) • souhrnné zpracování výzkumu – studie v odborném periodiku (JAS, JHE, PNAS, Nature, Science), příp. monografie Publikace výsledků Publikace výsledků Přírodovědné metody v pleistocénní archeologii • Datovací metody (archeologické, geologické, fyzikálně-chemické, chemické) • Paleobotanika (palynologie, analýza makrozbytků, antrakologie, analýza fytolitů) • Paleontologie (makrofauna, mikrofauna, malakozoologie, studování sezonality, analýza stopových prvků v kostech) • Antropologie (fyzická, kulturní, etnologie) • Geologie (mikromorfologie, chemické analýzy půdy, stratigrafické metody) Datovací metody • Archeologické (typologie, technologie) • Geologické (stratigrafie, terasové systémy, paleontologie, paleobotanika, teplotní křivky, varvy, paleomagnetika) • Fyzikálně-chemické (radiometrické, na základě poškození zářením, na základě poměru izotopů kyslíku) • Chemické (racemizace, obsah prvků v kostech, hydratace obsidiánu) Stratigrafie • 1699 Niels Stensen – zákon o ukládání • Studium vrstev - čím níže, tím starší a naopak – stratigrafické systémy na základě sprašových profilů • Pokusy o korelaci sprašových profilů (systém pedokomplexů) • Paleopedologie a mikromorfologie – studium fosilních půd • Systémy říčních teras – čím vyšší, tím starší • Systémy mořských teras (eustatické kolísání hladiny) • Varvy – vrstvičky v jezerních sedimentech, podobně solná chronologie Teplotní křivky • Teplotní křivky sestavené podle množství slunečního svitu • Milankovičova teplotní křivka (1920) – astronomicky vypočítaná křivka klimatických cyklů • Woerkomova teplotní křivka (1953) – zdokonalení astronomických výpočtů • Emilianiho teplotní křivka (1966) – teplotní křivka sestavená na základě sedimentů z Karibského moře podle poměru izotopů kyslíku u dírkovců Paleomagnetika • Přepólování magnetických pólů před 780 tisíci lety (Brunhes x Matuyama), kratší epizody přepólování i jindy (Jaramillo, Olduvay) • Drobné odchylky magnetických pólu v čase je možné studovat v sedimentech na orientaci hematitových a magnetitových částeček (paleomagnetické datování) Radiometrické datování – 14C & AMS AMS - Accelerator mass spectrometry – měří se poměr 14C a 12C a stanovuje se stáří v radiokarbonových letech (BP), tj. vztažené k roku 1950 AD (nebo 2000 AD) Poločas rozpadu izotopu 14C je 5730 let, závisí ale na obsahu plynů v atmosféře, variacích geomagnetického pole atd., proto se kalibruje (vrtná jádra z ledovců, hlubokomořských a jezerních sedimentů) Vzorky – uhlíky po spáleném dřevu, dřevo, spálené kosti, kostní kolagen, tj. jakékoli zdroje uhlíku Odběr vzorků – zamezit kontaminaci recentním uhlíkem, odběr pomocí čistého nástroje, do alobalu, vysušit Filtrace, ultrafiltrace vzorků (ABOX – Oxford) Datace 14C (konvenční): je třeba 3-5 g čistého uhlíku; naproti tomu pro AMS stačí mikrogramy Limit metody dnes udáván 50-60 000 let, po roce 30 000 již ale není zcela spolehlivá, problematika radiokarbonových plateau Výsledek je v radiokarbonových rocích, BP nebo BC; BP dříve konvenčně stanoveno od roku 1950, dnes 2000 (b2k) Potřeba kalibrace dat: Kalibrační programy (CaPal, OxCal), kalibrační sety (INTCAL13, HULU), výsledky cal BP IntCal09 calibration curve OxCal 4 software summed calibration probabilities climate data is delta O18 from NGRIP on GICC05 time scale Ostatní radiometrické metody • Kalcium 41Ca – pouze metoda AMS, poločas 130,000 let, až do 1 mil, méně přesné, např. u kostí • Berilium 10Be – AMS, poločas rozpadu 1,500,000 let, až do 15 mil, sedimenty a led, nepřesné • Využití radioaktivní nerovnováhy – rozpadové řady – např. Uran-thorium, Draslík(potaš)-argon, fluor - fosfor atd. – např. na datování sopečných sedimentů, datování sintrů atd. Až do 10 mil let ESR, OSL, TL • ESL - Electron Spin Resonance - měří se množství uranu, který se akumuluje po uložení zubu v sedimentu • OSL - Optically stimulated luminescence - měří se dávka vyzářeného záření, po zakrytí před sluncem se v krystalické strukture křemene zachycují elektrony, po osvícení se elektrony uvolní a změří se signál, Může být ovlivněna redepozicí sedimentů, což částečně eliminuje metoda „single grain“, odběr za tmy do kovových trubek. • TL - spálené artefakty (SiO2), zahřejeme a měříme emisi záření, stejný princip jako u OSL, je třeba vyříznout krychli o hraně 0,5 cm, nutné znát radioaktivitu pozadí a vlhkost sedimentu Δ18O stage • poměr 18O a 16O v atmosféře kolísá vlivem teploty • OIS stupně – oxygen isotopic stage – na základě vzorků z grónského ledovce • MIS stupně – marine isotopic stage - na základě sedimentů z hlubokomořských vrtů Tephra • Využívají se specifické vlastnosti vulkanického materiálu z určitých sopek • Campanian Ignimbrite (CI) ca 39 ka cal BP • Spad sopečného tufu zasáhl mj. Kostěnki na Donu, kde vytvořil vrstvu v eolických sedimentech • RESET - Response of Humans to Abrupt Environmental Transitions Chemické datovací metody • Méně přesné - příliš se nepoužívají – je třeba kalibrovat • Racemizace aminokyselin (hl. kyseliny asparagové), poměr D a L izomerů určuje stáří vzorků (změny v asymertických osách molekul), až do 100,000 let, určováno chromatograficky • Na základě obsahu fluoru, uranu a dusíku – nepřesné, dusík nahrazuje kolagen, až od 100.000 let • Hydratace obsidiánu – měří se tloušťka perlitové vrstvy na obsidiánu, až do 800.000 let Paleobotanika • Palynologie: studuje množství pylových zrnek jednotlivých druhů v sedimentu, sestavuje pylová spektra, důležitá je interpretace, pyly ukazují na regionální vegetaci (V. Jankovská) • Nejvíce pylů je v rašelině, naopak ve spraši se pyly dochovávají málo • Pro mladý pleistocén pylové diagramy např. z Bulhar, Jablůnky, Šafárky, nebo Prahy - Podbaby Paleobotanika • Analýza makrozbytků: pozůstatky semen, skořápek oříšků. Rostlinných vláken…, nutné proplavování sedimentu na jemných sítech • Antrakologie: určování druhů dřevin na základě uhlíků např. z ohnišť, určíme tak dřeviny rostoucí v blízkém okolí (J. Novák) • Analýza fytolitů: fytolity – anorganické částečky z těl rostlin, podle některých z nich lze určit i druh rostliny (L. Petr) Analýza uhlíků z Želče • Želeč – lokalita z počátku mladého paleolitu, výzkum v roce 2010, ohniště • Výsledky: modřín, borovice lesní, snad smrk, borovice limba, jalovec, vrba • Interpretace: lesostep až lesotundra s ostrůvky modřínových lesů v chráněných místech Larix 46.9% Picea/Larix 25.5% Pinus sylvatica 22.8% Pinus cf.cembra 2.8% Juniperus 2.1% Paleontologie • Makrofauna – určení přítomných druhů a kostí, MNI, patologie, tafonomie, interpretace (M. Nývltová Fišáková, R. Musil) • Mikrofauna – hlodavci, obojživelníci, plazi, možnost datování vrstvy (biostratigrafie), nutné používat jemná síta – např. jeskyně (M. Ivanov) • Malakozoologie – určuje schránky měkkýšů (šnekologie) – měkkýši jsou dobrými indikátory mikroklimatu (V. Ložek, Š. Hladilová) Analýzy poměrů stabilních izotopů • Izotopy stroncia • Izotopy stroncia se dostávají do biosféry a do potravního řetězce zvětráváním podložních (krystalických a vyvřelých) hornin. Z vody jsou izotopy transportovány kořenovým systémem do listů rostlin a následně do krevního systému býložravců a následně masožravců. Sr v kostech se váže na PO4- místo vápníku (Ca2+). • Poměr 87Sr/86Sr závisí na geologickém podloží. Podle izotopového složení v kostech sledovaných zvířat a lidí lze rekonstruovat migraci daného zvířete či člověka během jeho života. • Z poměru Zn a Sr lze zjistit výživu zvířete či člověka. Více stroncia a méně zinku je u býložravců. U masožravců je poměr obrácený. • • Izotopy kyslíku • Poměr izotopů kyslíku 18O/16O vypovídá o klimatu během života zvířete a vodě kterou dané zvíře či člověk pil. Izotop 18O se velmi snadno váže do fosforečnanu vápenatého (tvořícího kost) a do fluoroapatitu (tvoří sklovinu zubu). Podle izotopového složení lze zjistit nejen klima v době života zvířete či člověka, tak rovněž lze zjistit migrace v raném věku. • • Izotopy dusíku • Podle poměru izotopů dusíku 15N/14N lze říct zdali zvíře či člověk hladověl či ne. • Nejvíce izotopu dusíku 15N má maso a nejméně obiloviny. Z rostlin mají největší obsah dusíku luštěniny. • • Izotopy uhlíku • Poměr izotopů uhlíku vypovídá o složení potravy. Rozlišuje tzv. C4 a C3 rostliny, tzn. rostliny, které zabudovávají během fotosyntézy izotopy uhlíku 13C a 12C v různém poměru do složitých cukrů. U C3 rostlin izotop uhlíku 13C tvoří –22 až –30 ‰, u C4 je –9 ‰ až – 16 ‰. C3 rostliny jsou u nás rostoucí stromy, ovocné stromy či rýže, C4 rostliny jsou všechny obiloviny a traviny. Podle zjištěného izotopového poměru lze zjistit čím se daný jedinec (zvíře a člověk) živil. • • Izotopy síry • Podle poměru izotopů 32S/34S lze zjistit nejen výživu daného jedince ale i migraci. Specifický poměr těchto dvou izotopů je odrazem geologického podloží a mikrobiologické aktivity v půdě a vodě. Velký obsah 34S ukazuje na potravu bohatou na mořské živočichy. Studium sezonality na řezech zubů • Studuje např. M. Nývltová Fišáková, v Lipsku i na zubech lidí – nestruktivní i nedestruktivní metody • Kořeny zubů se nařežou na tenké plátky a ty se analyzují pod polarizačním mikroskopem, lze studovat i nedestruktivně • Podobně jako u stromů jsou letokruhy, na kořenech zubů lze rozeznat letní a zimní přírůstek, zjistíme tak dobu smrti jedince Studium sezonality na řezech zubů • Letní přírůstek • Zimní přírůstek Další vybrané analýzy • Teplota spálení kostí – podle barvy, IR spektroskopie, DTA křivek • Genetické analýzy – příbuzenství, určení pohlaví, evoluce, domestikace, migrace… Antropologie • Fyzická antropologie – popis a analýza lidských pozůstatků – pohlaví, rasa, tafonomie … (M. Králík) • Kulturní antropologie – v anglosaském světe je archeologie součástí kulturní antropologie, trochu jiná teoretická východiska a metody (M. Wilding) • Etnologie – etnografické analogie Geologie • Makroskopické studium stratigrafie Geologie • Mikromorfologie (L. Lisá) • Stratigrafické analýzy (přítomnost jednotlivých prvků ve vrstvách) • Sedimentologie (D. Nývlt) Literatura • Prospekce: • Gojda, M. 2000: Archeologie krajiny. Vývoj archetypů kulturní krajiny. Praha. • Kuna, M. 2000: Surfaře artifact studies in the Czech Republic. In: J. L. Bintliff – M. Kuna – N. Venclová (eds.): The future of surfaře artifact survey in Europe, 29-44, Sheffield. • Mlejnek, O. 2015: Paleolit východních svahů Drahanské vrchoviny. Dissertationes Archaeologicae Brunenses/Pragensesque, Brno 2015. • Exkavace: • Aitken, M. J. 1998: An Introduction to Optical Dating, Oxford. • Dibble, H. L. – Marean, C. W. – Pherron, S. P. 2007: The Use of Barcodes in Excavation Projects. Examples from Mossel Bay (South Africa) and Roc de Marsal (France), The SAA archaeological record, 7/1, 33-38. • McPherron, S. P. – Dibble, H. L. 2002: Using Computers in Archaeology: A Practical Guide, New York. • Šída, P.: Metody terénního výzkumu a vyhodnocení paleolitických a mezolitických situací. Ústí nad Orlicí 2012. • Škrdla, P. – Tostevin, G. – Nývlt, D. – Lisá, L. – Mlejnek. O. – Přichystal, A – Richter, D. 2009: Tvarožná – Za školou. The Results of 2008 Excavation. Přehled výzkumů 50, 13-26. • Zpracování výzkumu: • Neruda, P.-Nerodová, Z. (eds) 2009: Moravký Krumlov IV. Vícevrstevná lokalita ze středního a počátku mladého paleolitu na Moravě. Brno. • Oliva, M. a kol. 2009: Sídliště mamutího lidu u Milovic pod Pálavou. Brno. Děkuji za pozornost