AMS ile Kemiklerin Yaş Tayini

Hızlandırılmış Kütle Spektroskopisi (AMS) ile yapılan radyokarbon yaş tayini için kemikler en çok gönderilen numunelerden biridir. Bunun başlıca nedeni, hayvan ve insan kemiklerinin, arkeolojik kazılar sırasında çokça yer yüzüne çıkartılmasıdır.

Tarih öncesi döneme ait birçok konu, yapılan arkeolojik kazılar ve bu kazılardan elde edilen kemiklerin yaş tayinleriyle aydınlatılmıştır. Hatta tarihte yaşamış birçok medeniyete ait detaylı konu yine kemiklerin yaş tayin sonuçlarıyla aydınlatılmıştır.

Bir Kemiği Oluşturan Bileşenler

Bir kemiğin %30′ u organik %70’de inorganiktir. Organik kısım proteinde oluşurken; inorganic kısım ise hidroksiapatit minerali ki bu mineralde kalsiyum fosfat, kalsiyum karbonat, kalsiyum florid, kalsiyum hidroksit ve sitrattan oluşur. Kolajenden oluşan protein, kemiğe güç ve esneklik verirken; hidroksiapatit ise kemiğe sağlamlık ve yapısal stabilite verir.

Teoride, hem organik hem de inorganik bileşenlerin yaş tayini mümkündür. Ancak, hidroksiapatitin açık kafes yapısı (moleküler) minerali karbonat ve yer altı suyuna karşı kontaminasyonda zayıf kılar. Karbonat kontaminasyonunu ortadan kaldırmak için, seyrek asit çözeltisiyle yıkama işlemi burada kullanılamaz çünkü hidroksiapatitin kendiside asitte çözülebilir.

Laboratuvarlar, AMS ile yaş tayini işleminde kemiğin protein kısmını kullanırlar çünkü bu yapı asitte çözülemez bu yüzden de hidroksiapatit ve diğer karbonat içerikten kolayca ayırt edilebilir.

Kemiğin içinde bulunan protein yapısının, yaş tayininde kullanılamayacak kadar iyi olmadığı durumlarda ise AMS laboratuvarları belirli amino asitleri kontrol eder ve mümkünse bunlarla yaş tayini işlemine devam eder. Bu işlem bir hayli uzun sürmekte ve maliyet olarak da yüklüdür ve bu yüzden önerilmez.

Kemiklerin Yaşam Döngüsü

Canlı organizmaların yaşam döngüsü, organizmanın oluşumu, büyümesi ve genel olarak biyosferle etkileşime girme anının sona ermesini kapsar. Birçok canlı organizma gibi kemiklerin de ölümü, biyosferle olan tüm eklişimin sona erdiği andan itibaren başlar.

Radyokarbon yaş tayini sonuçların normal koşullarda herhangi bir yaş düzeltmesine gerek duymaz ancak kemikler için bu böyle olmayabilir. Biyosferle olan etkileşimin sonra ermesini son-ölüm anı- olarak kabul ediyorsak eğer, yapılan araştırmalara göre, insan kemikleri için ölümden sonra 30 yıl, hayvan kemikleri için biraz daha kısa bir süre daha biyosferle etkileşim devam edebilir.

Radyokarbon yaş tayini kalibrasyonlarının yapılmasında ve elde edilen yaşın takvim yaşına çevrilmesinde, kemik için bu özel durum dikkate alınmaktadır.

Kemik Numunelerin Kontaminasyonu

Kemiğin içinde bulunan Karbon 14 miktarına etki edebilecek tüm karbon içeriklerine kontaminant denir. Kemikler genellikle organik malzemelerle birlikte gömülü bulunduklarından dolayı AMS labratuvarlarına gönderilen kontamine olmuş numunelerin başında gelirler.

Başlıca kontaminantlar, hümik ve fülvik asitler olup bunlar toprakta bitkilerin ya da hayvansal dokuların mikrobiyal olarak bozunmasıyla oluşurlar. Polifenol, polisakkaritler, ligninler ve bozunmuş kolajenlerde kemiklerin karbon 14 miktarında değişime yol açabilen diğer kontaminantlardandır. Kazının yapıldığı yere bağlı olarak, kemikler ayrıca kireçtaşından da etkilenebilirler. Bu kontaminantlar kemikle doğal yollardan etkileşime girdiklerinden ötürü doğal kabul edilmektedirler.

Yapay kontaminantlar ise, kazı sırasında ya da sonrasında insan eliyle ya da faktörüyle kemiğe etki etmiş olanlardır. Etiketleme sırasında kullanılan hayvansal tutkal da yine bir kontaminanttır. Hayvansal tutkal kimyasal olarak kemikle benzerdir. Kullanımı, AMS yaş tayini sonuçlarını olumsuz yönde etkileyecektir.

Biyosit, polivinil asetat ve polietilen glikol, sigara külü ve tüm kağıt malzemeler diğer kontaminant çeşitlerine örnektir.

Kontaminasyonun AMS yaş tayini sonuçlarına etkisi şu faktörlere bağlıdır: kontaminant türü, kontaminasyonun derecesi, kontaminantın ve kemiğin bağıl yaşları.

Kireçtaşının AMS yaş tayininden önce numuneden ayrıştırılmaması halinde, radyokarbon yaş tayini sonuçu çok daha yaşlı bir sonuç verecektir. Kireçtaşı jeolojik kökenli olduğundan, herhangi bir arkeolojik örnekten daha yaşlı olacaktır.

Hümik ve fülvik asitlerin varlığı ise yine sonuçlara etkide bulunacak, beklenenden farklı gelmelerine neden olacaktır. Organik asitin geldiği organizmaya bağlı olarak, yaş daha eski çıkabileceği gibi daha gençte çıkabilir.

Modern karbona bağlı olan etkileşimde, radyokarbon yaş tayini sonuçları daha genç çıkar. Modern karbon genellikle örneğin maruz kaldığı çevresel faktörlerden gelir.

Genel olarak, sonsuz yaşındaki bir kontaminantın etkisi çok büyük olabilir. Ancak, bu etkinin yaşı artı yönde mi eksi yönde mi hareketlendireceğini bilmek çok zordur. Ancak, modern karbon yaşı her zaman genç çıkarmaktadır.

Bu tür kontaminasyona bağlı hataların önlenmesi için laboratuvar tüm örnekleri ön işlemden geçirmeye çalışacaktır.

Fiziksel ön işlemlerde, herhangi bir kimyasal kullanılmaz. Örnek olarak, kemiğe bulaşmış olan bitki köklerinin elle ya da cımbızla ayrıştırılması ya da numunenin kırılarak boyutunun küçülmesi gibi.

AMS laboratuvarı çalışanları görsel olarak kemik numunelerini muayane eder ve gözüken tüm kontaminantları ayrıştırmaya çalışır.

Kemiğe bulaşmış olan bitki kökleri elle ya da cımbızla ayrıştırılırken sonrasında hassas olarak eleme işlemi yapılır.

AMS laboratuvarı ayrıca kemiğin sertliğini de kontrol eder. Yumuşaklık yaş tayini için gerekli olan kolajenin azlığına işarettir. Kolajen yaş tayini için gereklidir.

Gözle görülebilen kontaminantların ayrıştırılması işleminden sonra kemik bir havan içinde kırılarak ön işlemler sırasında gerekli olacak küçük parçalar oluşturulur. Küçük parçalar, yüzey alanını genişlettiğinden ön işlemler sırasında faydalı olmaktadır.

Farklı AMS laboratuvarları farklı kimyasal prosedürleri izlese de kullanılan kimyasallar genelde aynıdır.

Kırılmış kemik parçaları seyrek bir çözeltiyle (HCI) hidroksiapatit ayrışana ve kolajen izole edilene kadar yıkanır. Kolajen içinde herhangi bir kökçük kaldıysa onlarda ayrıştırılır.

Organik asitlerin tamamen ayrıştırıldığından emin olmak için kolajen de alkali bir çözeltiyle (Na OH) yıkanır. Kolajenin iyi gözükmediği durumlarda bu adım atlanabilir çünkü, yıkama sırasında organik malzeme de yok edilebilir.