OLDAPS - obsidian least destructive analysis provenancing system : an application study

Abstract

Das natürliche, vulkanische Glas Obsidian ist auf relativ wenige Vorkommen von werkzeugtauglicher Qualität beschränkt. Die Herkunftsbestimmung von Obsidian, der in grofler Entfernung von natürlichen Vorkommen gefunden wurde, liefert wichtige Kenntnisse über ur- und frühgeschichtliche Handelsbeziehungen. Wegen der weitgehenden Homogenität der natürlichen Vorkommen ist der sogenannte "chemische Fingerabdruck", die Elementzusammensetzung, zur Charakterisierung besonders geeignet. Die große Anzahl von unidentifizierten Artefakten in Museen verlangt nach einem Analysenverfahren, das eine optimale Schonung wertvoller Kulturobjekte bei maximalem Informationsgewinn garantiert. Mit dem Obsidian Least Destructive Analytical Provenancing System wurde eine neue Herangehensweise zur Herkunftsbestimmung für archäologische Obsidianartefakte entwickelt. Sieben der relevantesten Obsidianvorkommen aus Zentral- und Südeuropa wurden mit Hilfe von drei komplementären, analytischen Methoden charakterisiert: - Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) - Kombinierte externe Ionenstrahlanalytik (IBA): Proton Induced X-ray Emission (PIXE) und Proton Induced Gamma-ray Emission (PIGE) - Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) Die Richtigkeit und Reproduzierbarkeit dieser Methoden wurde sowohl durch den direkten Vergleich der Analysendaten als auch durch die Untersuchung des zertifizierten Referenzglases BAM-S005B validiert. Die Kombination der Analyseverfahren ermöglichte die Bestimmung eines umfangreichen Elementspektrums bestehend aus 42 Elementen und enthüllte sieben charakteristische Schlüsselelemente (Ti, Co, As, Rb, Ba, Eu und U), die eine eindeutige Unterscheidung der untersuchten Vorkommen ermöglicht. Die mit OLDAPS entwickelte Strategie zur Herkunftsbestimmung archäologischer Artefakte, die höchstwahrscheinlich von zentral- oder südeuropäischen Obsidianvorkommen stammen, empfiehlt zu Beginn die Anwendung der zerstörungsfreien Ionenstrahlanalytik. Obwohl nur für einige Obsidianvorkommen eine eindeutige Identifizierung möglich ist, können gewisse Obsidianvorkommen ausgeschlossen oder zumindest eingegrenzt werden. Für detailliertere Informationen ist NAA das geeignetste analytische Verfahren, da diese Methode die größte Anzahl an Schlüsselelementen (Co, As, Ba, Eu und U) liefert.

The natural volcanic glass obsidian is one of the classical objects of archaeometric analyses. Obsidian is generally described as a relatively homogeneous material and although the number of applicable geological sources is limited, numerous obsidian finds have been found all over the world far away from any natural outcrop. Reliable provenancing by means of the highly specific chemical composition, the "chemical fingerprint", can provide information about trading routes, extension of territory, long-distance contacts and the mobility of prehistoric people. Several museum collections contain large numbers of unidentified obsidian finds. Therefore, a novel scientific approach for provenancing obsidian artefacts found in archaeological contexts is demanded. The establishment of the Obsidian Least Destructive Analysis Provenancing System (OLDAPS) contributes to both conservation and prehistoric research by ensuring a minimum of destruction to gain a maximum of information. Obsidian samples of seven archaeologically relevant geological obsidian sources in Central and Southern Europe were characterized by the application of three different methods: Neutron Activation Analysis (NAA) Ion Beam Analysis (IBA) comprising of Particle Induced X-ray Emission (PIXE) and Particle Induced Gamma-ray Emission (PIGE) Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) The reproducibility and accuracy of analytical data is demonstrated by the excellent agreement between determined analytical results and certified values of glassy reference material BAM-S005B. The combination of methods shows a maximum element spectrum composed of 42 elements and reveals the most characteristic -key elements-, in particular Ti, Co, As, Rb, Ba, Eu and U, by which all seven obsidian sources are cleary discriminable. OLDAPS developed the following analytical strategy to provenance archaeological obsidian, which most likely stem from Central or Southern Europe: The application of non-destructive PIXE and PIGE at the beginning enables the identification of some obsidian sources or at least helps to narrow them down. For more detailed information NAA is the most appropriate analytical method, because it provides the largest number of key elements (Co, As, Ba, Eu, and U).