ANNALES • Ser. his!, sociol. • 10 2000 • 2 (22) pregledni prispevek UDK 666.3:543:902/904 prejeto: 1999-03-19 UPORABA GEOLOŠKIH METOD V ARHEOLOGIJI Nina ZUPANČIČ Ocid. za geologijo NTF, SJ-1000 Ljubljana, Aškerčeva 12 e-mail: Nina.Ziipanc:ic@ntfgeo.uni-!j.si IZVLEČEK Avtorica obravnava razpoložljive geološke, kemijske, fizikalne in petrografske analize, ki jih lahko uporabljamo za določitev izvorne surovine pri keramičnih najdbah. Z določitvijo mineralne in kemijske sestave keramike in gline lahko uspešno odgovorimo na vprašan/a o provenienci izvorne surovine - gline. Kolikor je mogoče, upošteva tudi princip nedestruktivnosti takšnih analiz. Ključne besede: glina, keramika, petrografske in mineraloške analize, tehnologija žganja IMPLEMENTATION OF GEOLOGICAL METHODS IN ARCHAEOLOGY ABSTRACT The author deals with various geological, chemical, physical and petrographies! analyses available for the determination of original materials in various pottery finds. By determining the mineral and chemical structure of clay; an answer as to the origin of the material used can be successfully obtained. The author also considers the principle of non destrue ting of samples analyses. Key words: clay, pottery, petrographical and mineralogicai analyses, firing technology 569 ANNALES • Ser. hist. sociol. • 10 • 2000 • 2 (22) Nina ZUPANOC: UPORABA GEOLOŠKIH METOD V ARHEOLOGIH, 569-572 UVOD Ob najdbah keramike vseh obdobij se postavljajo vprašanja, kakšna je bila izvorna surovina, kje so jo pri- dobivali ter kakšna je bila tehnologija žganja. Z do- ločitvijo kemijske in mineralne sestave keramike in gline lahko na ta vprašanja dokaj uspešno odgovorimo. Z analizo vsebnosti različnih glavnih in slednih prvin lahko opredelimo tako izvorni material kot tudi njegovo provenienco. Gline, pa tudi dodatki, ki so jih dodajali bodisi kot talila ali pustila, imajo različno mineraloško sestavo. Mineraloška sestava gline je v neposredni pove- zavi z značajem kamnine, iz katere je glina nastala. Za- radi preperevanja se lahko zvišajo ali znižajo tudi vseb- nosti nekaterih kemijskih prvin. Vendar pa je kljub temu izvorno kamnino, iz katere je glina nastala, možno opredeliti. Tehnologija izdelave sodobne keramike je takšna, da se primernost gline za obdelovanje in žganje lahko iz- boljšuje z dodatki, ki znižujejo tališče ali zmanjšujejo plastičnost gline. Takšne tehnološke postopke so verjet- no vsaj deloma uporabljali tudi pri izdelavi arheološke keramike. Talila (glinenci) in pustila (kremen, drobci ke- ramike, karbonati, vulkanski pepel) lahko zabrišejo prvotno kemično sestavo gline. Med žganjem gline v ke- ramiko se prvine sicer prerazporedijo iz prvotnih mine- ralov v novonastale, celotna kemična sestava pa ostane nespremenjena. METODE DOLOČAN/A MINERALNE SESTAVE Metoda rentgenske difrakcije temelji na uklonu rent- genskih žarkov na atomih v mrežnih ravninah, ki gradijo kristalno rešetko minerala. Uklonski vzorec posamez- nega minerala je temeljna fizikalna lastnost in služi tako za hitro identifikacijo minerala kot tudi za določitev strukture minerala, iz uklonskega vzorca mineralne zmesi lahko razberemo mineralno sestavo in količino posameznih mineralov v preiskovanem materialu. Meja detekcije vsebnosti nekega minerala pri tej metodi je od 1 do 5%, enoznačno pa je mogoče določiti največ 15 različnih mineralov. Metoda je uspešno uporabljana je pri raziskavah različnih arheoloških vzorcev, predvsem pa keramike. Za analizo z metodo rentgenske difrakcije potrebu- jemo 3 do 5 g homogenega vzorca uprašenega na veli- kost delcev < 45 prn. Za analizo uporabljeni praškovnl vzorec se med preiskavo ne uniči in je primeren tudi za druge analize. Vzorci preiskovane keramike morajo biti dobro očiščeni. Glineni material, ki se drži keramike, ima svojo mineralno sestavo, predvsem minerale, kot so illit, montmorillonit in klorit. Prav na osnovi prisotnosti ali odsotnosti teh mineralov določamo temperaturo žga- nja keramike. Če so taki minerali vneseni kot nečistoča, to lahko bistveno vpliva na prenizko določene tem- perature žganja. Z diferencialno termično analizo (DTA) ugotavljamo, ali pri segrevanju materiala pride do reakcije. Določamo temperaturo in tip reakcije (endotermna ali eksotermna). Pri keramiki lahko s to metodo določimo temperaturo žganja, kajti material ostane do temperature, pri kateri je bil žgan, inerten (Bertolani M. et al. 1992, Schomburg j. 1991). Vzporedno z DTA običajno izvajamo tudi ter- mično gravimetrijo (TG), s katero opazujemo spre- membo mase pri segrevanju materiala. Za analizo potre- bujemo nekaj gramov homogenega, uprašenega vzorca. Z opazovanjem zbruska keramike v presevni svetlobi lahko določimo pri nižje žgani in bolj grobozrnati ke- ramike nekatere mineralne faze, fosile, dodane drobce pustil, značilnosti glinenih in neplastičnih vključkov ter strukturo keramike. Vsi ti podatki pomagajo pri določitvi predvsem izvornega materiala, deloma pa tudi tempe- rature žganja. Za izdelavo zbruska košček keramike (1-2 cm2) zbrusimo in prilepimo na objektno stekeice. Z brusilnim prahom vedno nižje zrnavosti ga stanjšamo do take debeline, da svetloba lahko prehaja skozi mineralna zrna. Če površino tudi spoliramo, lahko zbrusek opa- zujemo tudi v odsevni svetlobi ali pa določamo kemij- sko sestavo izbranih mineralov z rnikrosondo. S polarizacijskim mikroskopom v odsevni polarizi- rani svetlobi določamo, katerim mineralom pripadajo zrna mikroskopske velikosti, na osnovi njihove odse.vne sposobnosti. Predvsem pa lahko na podlagi oblik zrn določimo, kateri minerali ali drugi materiali so bili ke- ramiki dodani že pred žganjem, kaj se je z njimi do- gajalo med žganjem in kateri minerali so nastali med žganjem kot produkt reakcije vhodnih komponenet. Do- ločimo lahko tudi površinski delež por ter naknadne za- polnitve ie-teh. Košček keramike (1-2 cm2) za izdelavo obrusa zbrusimo, da dobimo ravno površino, ki jo nato spoliramo. METODE DOLOČANJA KEMIČNE SESTAVE Obstaja precej različnih metod za določanje kemij- ske sestave vzorcev. Med njimi so najpogosteje uporab- ljane rentgenska fluorescenca (XRF), metoda induktivno vezane plazme (tCP), metoda nevtronske aktivacije (INAA) in elektronska mikrosonda. Pri vseh metodah pri- sotnost in količino kemijskih prvin določimo na podlagi spektralnih črt, ki so posledica vzbujanja atomov na raz- lične načine (rentgenski žarki, tok nevtronov, argonska plazma, žarek elektronov). Prednost rentgenske fluorescence je v tem, da je me- toda lahko nedestruktivna, možno pa je analizirati tudi uprašene vzorce. Pomanjkljivost metode je, da lahko analiziramo le prvine, težje od Na (atomsko število 11 )• Metoda ICP omogoča določitev vsebnosti vseh glav- nih prvin, meje detekcije pa so zadovoljive tudi za ve- čino slednih prvin. Za analizo potrebujemo nekaj gra- mov uprašenega homogenega vzorca. Analiziramo iah- 570 ANNALES • Ser. hist. socio!. • 10 • 2000 • 2 (22) Nina ZUPANČIČ: UPORABA GEOLOŠKIH METOD V ARHEOLOGIJI, 569-572 ko ie raztopino, ne pa trdnega vzorca. Vzorec moramo zato pred uvajanjem v plazmo razklopiti. Bistvena po- manjkljivost metode je, da za nekatere prvine razklop ni popoln in so analizirane vrednosti zato prenizke, Nevtronska aktivac.ija je izredno občutljiva metoda, s katero lahko določamo tudi zelo nizke vsebnosti glav- nih in slednih prvin. Analiziramo lahko trdne in upraše- ne vzorce. Analiza zahteva okrog 100 mg vzorca. Z elektronsko mikrosondo točkovno analiziramo koncentracijo glavnih prvin v izbranih zrnih. Vzorec, ki ga analiziramo, je poiiran zbrusek ali obrus. Tehnologija žganja keramike je lahko različna ne samo glede na pripravo gline in temperaturo žganja, temveč tudi glede na to, ali so pri žganju vladale oksidacijske ali redukcijske razmere. Z Mossbauerjevo analizo tudi v arheoloških vzorcih lahko določimo, kakšna je bila količina kisika med žganjem. METODI GEOLOG1CI IN ARCHEOLOGIA Nina ZUPANČIČ Dipartimento di Geología NTF, SI-1000 Ljubljana, Aškerčeva 12 e-mail: Nina.Zupancic@ntfgeo.uni-lj.5i RIASSUNTO L'autrice illustra le a na I isi geolog ich e, chimiche, fisiche e petrografiche impiegate per identificare il materiale di fabbricazione dei reperd in ceramica. Determinando la composizione minerale e cbimica délia ceramica e dall'argilla si puô individuare la provenienza délia materia prima ~ l'argilla. Viene messo anche in evidenza il principio non distruttivo delle analisi. Paroïe chtave: argilla, ceramica, analisi petrografiche e mineralogiche, tecnología délia cottura 571 AN NA LES • Ser. hist. sociol. • 10 • 2000 • 2 (22) Nina ZUPANČIČ: UPORABA GEOLOŠKIH METOD V ARHEOLOGI]!, 569-573 572 ZAPISI, POROÖLA IN OCENE NOTE, RELAZION1 E RECENSION! NOTES, REPORTS AND REVIEWS