< Terug naar vorige pagina
Project
Pollutie tijdens de oudheid op het territorium van Sagalassos (SW Turkije) als een indicator voor menselijke activiteiten.
Historische menselijke activiteiten zoals het smelten van metaal, het consumeren van voedsel en het dumpen van afval hebben ervoor gezorgd dat een brede waaier aan organische en anorganische materialen terecht zijn gekomen in bodems van gebieden die vroeger bevolkt werden door mensen. Restanten van deze toevoegingen kunnen tot op vandaag de dag van vandaag gedetecteerd worden, en kunnen dus gebruikt worden om archeologische vraagstukken te helpen beantwoorden. Geochemische bodemstudies zijn reeds frequent gebruikt op opgegraven vloerniveaus op archeologische sites, maar ze worden slechts zelden in achting genomen binnen het domein van de archeologische prospectie. Desondanks kan de techniek ook in dit domein gebruikt worden om informatie te verschaffen over begraven archeologischelagen. Deze thesis onderzoekt het potentieel van deze benadering, waarbij gefocust wordt op verschillende sites binnen de Romeins- Byzantijnse stad Sagalassos (ZW-Turkije). Deze stad vormt een geschikte testlocatie dankzij zijn lange archeologische geschiedenis, variërend fysisch landschap en uitgebreid wetenschappelijk kader. Vele literatuurstudies hebben aanbevolen om verschillende survey-methodes te integreren om een objectiever beeld te krijgen van de geschiedenis van niet opgegraven sites. Daarom werd in deze thesis extra aandacht besteed aan het toepassen van eenmulti- analytische aanpak.
Er werden drie hoofddoelstellingen naar voor geschoven in deze thesis. Ten eerste evalueerden we hoe de chemische samenstelling van bodems op niet-opgegraven sites in Sagalassos gewijzigd is door historische menselijke activiteiten (1). Ook bestudeerdenwe in welke mate geochemische bodemdata nieuwe informatie kunnen verstrekken omtrent vroegere functionaliteiten van (zones binnen) archeologische sites te Sagalassos (2). Ten derde gingen we het potentieel na van deintegratie van geochemisch bodemonderzoek met andere technieken (3). Omdeze onderzoeksvragen te beantwoorden voerden we geochemische surveys uit in vier studiegebieden, elk met een verschillende historische en geologische context. De eerste site was Çatal Oluk. Dit is een geïsoleerde rurale site, schijnbaar niet rechtstreeks beïnvloed door pollutie-invloeden van de stad. Vervolgens vond er een staalnamecampagne plaats in de Oostelijke Voorstad. Dit gebied situeert zich in het oosten van Sagalassos en was getuige van een variëteit aan intense menselijke activiteiten, gespreid over een lange tijdsperiode. Ten derde voerden we een survey uit in een grote zone ten westen van de Colonnadestraat. Tenslotte werden er stalen genomen op Gökpinar, een zone rijk aan keramiekafval en met een ongekende functionaliteit op het tijdstip van de bodemsurvey.
Vanuit methodologisch standpunt combineerden we multi-element bodemonderzoek (ICP-OES analyses na Aqua Regia</> destructies) met de analyse van extra parameters, zoals pH, organisch materiaal, Pb-isotopen en mineralogie. Ook werd er nadruk gelegd op de ontwikkeling van een geschikte statistische aanpak. Deze omvatte boxplots, correlatie-analyses, principale componenten analyses, Wards clustering, contiguity constrained clustering en parallelle coördinaten-plots. Deze technieken werden toegepast om chemische data te vergelijken met lokale achtergrondwaarden, om geochemische associaties te bestuderen, om ruimtelijke groepen te definiëren en om chemische verschillen binnen groepen te detecteren. Om hetpotentieel van de integratie van chemische survey met andere techniekente bestuderen werden chemische data gecombineerd met resultaten van magnetische- en archeologische surveys in de studie-gebieden.
De resultaten op Çatal Oluk toonden anomalieën van K, P en Zn op een locatie waar archeologische- en geofysische resultaten de aanwezigheid van keramiek producerende ovens suggereerden. Wij argumenteren dat deze aanrijkingen het resultaat zijn van het verbranden van hout of gedroogde koeienvlaaien in de keramiekovens. Daarnaast werd afgeleid dat lokale anomalieën van Co, Cr, Fe, Mg, Mn en Ni het gevolg zijn van de verwerking en stockage van ofiolitische kleien, die gebruikt werden als grondstof voor de productie van keramiek. Veranderingen van Al, As, Ba, Ca, Na, Pb, Sr en Ti werden toegeschreven aan de aanwezigheid van kalksteen en vulkanische tuffen.
In een eerste grid in de Oostelijke Voorstad werd eenzone met verhoogde concentraties van Cu, P, Zn en K ontdekt. Deze zone onderscheidde zich van natuurlijke patronen gecreëerd door kalksteen en vulkanische tuf (Al, Pb, Ba, As, Sr) en ofiolitisch materiaal (Co, Cr, Ni, Mg, Fe, Mn en V). Echter, er konden geen specifieke interpretaties naar historische functionaliteit worden gemaakt. In een tweede, meer gedetailleerd grid werd een meer gedetailleerde onderzoeksvraag vooropgesteld, die als doel had een interpretatie te geven voor een zone waar de magnetometriebeelden moeilijk inter-preteerbaar waren. Er werd aangetoond dat een zone gekarakteriseerd door hoogfrequente magnetische anomalieën eneen lage variogram-range geassocieerd was met chemische zones van verhoogde Cu, K, P, Zn en mogelijks ook Pb. Dit droeg bij tot de interpretatie van deze zone als een zone van magnetische verstoring gecreëerd door occupatieafval. Vervolgens kon een zone met een laag magnetisch signaal en hoge sill-waardes geïnterpreteerd worden als een regio waar kalksteen moedergesteente zich dicht tegen het oppervlak bevond. Hiervoor werd gebaseerd op de associatie met een chemische cluster rijk in Al, Ba, As en Pb. Tenslotte werd aangetoond dat twee zones van toegenomen magnetisatieen hoge range- en sill-waardes ruimtelijk overlappen met twee bodemclusters met verhoogde waarden van respectievelijk Co, Cr, Mg, Mn, Ni en Ti,Ven Fe. Door deze chemische data te combineren met magnetische susceptibiliteiten en X-stralen diffractiepatronen werd aangetoond dat deze tweezones het resultaat zijn van twee deels verschillende types van ofiolitisch materiaal nabij het oppervlak.
Het grid ten westen van de Colonnadestraat had als doel om de karakteristieken en ruimtelijke verbreiding van een historisch vervuilingsignaal rond deze straat te evalueren.Er werd aangetoond dat Cu, P, Pb en Zn aangerijkt zijn rond de Colonnadestraat. Terwijl de aanrijking van Zn en Cu zwak was, of zich beperkte tot een klein aantal stalen, waren aanrijkingen van P en Pb zeer sterk. Zenamen toe tot waardes respectievelijk twee en drie keer hoger dan maximale achtergrond-concentraties. De ruimtelijke verbreiding van het vervuilingsignaal was verschillend voor P en Pb. Pb bereikte achtergrondwaardes op 150 m afstand van de stad, terwijl P pas op zijn achtergrondniveau was op 450 m afstand. Twee pistes werden vooropgesteld om dit verschil te verklaren. De eerste neemt aan dat alle antropogene P en Pb afkomstig zijn van activiteiten in en rond het oude stadscentrum, en dat processenvan oppervlakkige afspoeling P naar grotere afstanden getransporteerd hebben als gevolg van verschillen in verdeling van P en Pb tussen de vloeibare en vaste fases in de bodem. De tweede optie neemt aan dat de hoge P concentraties in een zone ten westen van het monumentale centrum het resultaat zijn van rechtstreekse P input in de bodem. Dit is een realistische suggestie, aangezien deze regio functioneerde als een residentiële wijk tijdens de occupatieperiode. Dit scenario suggereert dus dat de activiteiten in het monumentale centrum en de westelijke residentiële wijk dermate verschillend waren dat enkel deze in het monumentale centrum geresulteerd hebben in input van Pb in de bodem. Een link met metallurgische activiteiten rond het stadscentrum kan naar voren geschoven worden om dit verschil te verklaren, hoewel bijdragen door andere activiteiten niet kunnen worden uitgesloten.
Het onderzoek in de Gökpinar-zone had als doel om betere inzichten te krijgen in de functionaliteit van dezesite. Er werden echter geen aanrijkingen van potentieel menselijke elementen gedetecteerd. Er werd gevonden dat bestaande geochemische patronentoegeschreven konden worden aan geologische variaties binnen de Gökpinar zone, waarbij ofiolitisch moedergesteente ontsloten is in het zuiden en kalksteenrotsen in het noorden van het staalnamegrid. Deze conclusie komt overeen met de resultaten van een recente archaeologische survey, die suggereert dat de Gökpinar zone vooral functioneerde als een toegangsweg naar de Oostelijke Voorstad.
Het potentieel van Pb-isotopen omvervuilde en onvervuilde bodemstalen in Sagalassos te onderscheiden werd geëvalueerd in een apart hoofdstuk. Er werd besloten dat bodems sterk vervuild door oude menselijke activiteit een beperkte shift in hun Pb-isotopische compositie vertonen. De isotopendata leverden echter geen nieuwe informatie op rond potentiële historische vervuilingsbronnen in het studiegebied, en hun toepasbaarheid als herkomstindicatoren van historische vervuiling in Sagalassos lijkt beperkt. Hiervoor zijn verschillende redenen, met de brede en overlappende isotopenvelden van achtergronddata één van de meest belangrijke factoren die de interpretaties compliceren.
Meer algemeen gezien tonen de resultaten dat Cu, K, P, Pb en Zn aangerijkt zijn in de bodems door oude menselijke activiteiten. P is daarbij de meest betrouwbare indicator van historische menselijke activiteit. Verschillen tussen sites zijn het gevolg van veranderingen in moedergesteente en verschillen in archeologische geschiedenis. Wanneer geochemische bodemsurvey toegepast wordt als een individuele techniek zorgen superpositie en het mixen van bodemsignalen ervoor dat de geochemischedata niet kunnen gebruikt worden als een tool die kan helpen bij de interpretatie van de sites bestudeerd in deze thesis. Inconsistenties in deliteratuur met betrekking tot specifieke relaties tussen elementpatronen en historische functionaliteit versterken dit probleem. Er wordt verwacht dat deze conclusie veralgemeend kan worden naar vele andere archeologische sites met een lange historische geschiedenis. We besluiten dat wanneer geochemische survey gebruikt wordt als een individuele techniek, haar gerechtvaardigde toepassing meestal beperkt zal zijn tot de detectieen afbakening van archeologische sites. Desalniettemin werd in deze thesis aangetoond dat wanneer de techniek gecombineerd wordt met andere survey methodes, geochemische bodem survey een veel groter potentieel bezit. Omdat geochemische informatie tot op zekere hoogte diagnostisch is voor ondergrondse objecten en materialen die geofysische anomalieën met zich meebrengen, leveren geochemische data zeer waardevolle informatie met betrekking tot het onderscheid van geogene en antropogene anomalieën. Deze thesis benadrukt de waarde van een geïntegreerde aanpak met betrekking tot data analyse. Ook wordt aangetoond dat het in rekening brengen vande ruimtelijke component van de chemische dataset de kwaliteit van de statistische resultaten significant verbetert.
Er werden drie hoofddoelstellingen naar voor geschoven in deze thesis. Ten eerste evalueerden we hoe de chemische samenstelling van bodems op niet-opgegraven sites in Sagalassos gewijzigd is door historische menselijke activiteiten (1). Ook bestudeerdenwe in welke mate geochemische bodemdata nieuwe informatie kunnen verstrekken omtrent vroegere functionaliteiten van (zones binnen) archeologische sites te Sagalassos (2). Ten derde gingen we het potentieel na van deintegratie van geochemisch bodemonderzoek met andere technieken (3). Omdeze onderzoeksvragen te beantwoorden voerden we geochemische surveys uit in vier studiegebieden, elk met een verschillende historische en geologische context. De eerste site was Çatal Oluk. Dit is een geïsoleerde rurale site, schijnbaar niet rechtstreeks beïnvloed door pollutie-invloeden van de stad. Vervolgens vond er een staalnamecampagne plaats in de Oostelijke Voorstad. Dit gebied situeert zich in het oosten van Sagalassos en was getuige van een variëteit aan intense menselijke activiteiten, gespreid over een lange tijdsperiode. Ten derde voerden we een survey uit in een grote zone ten westen van de Colonnadestraat. Tenslotte werden er stalen genomen op Gökpinar, een zone rijk aan keramiekafval en met een ongekende functionaliteit op het tijdstip van de bodemsurvey.
Vanuit methodologisch standpunt combineerden we multi-element bodemonderzoek (ICP-OES analyses na Aqua Regia</> destructies) met de analyse van extra parameters, zoals pH, organisch materiaal, Pb-isotopen en mineralogie. Ook werd er nadruk gelegd op de ontwikkeling van een geschikte statistische aanpak. Deze omvatte boxplots, correlatie-analyses, principale componenten analyses, Wards clustering, contiguity constrained clustering en parallelle coördinaten-plots. Deze technieken werden toegepast om chemische data te vergelijken met lokale achtergrondwaarden, om geochemische associaties te bestuderen, om ruimtelijke groepen te definiëren en om chemische verschillen binnen groepen te detecteren. Om hetpotentieel van de integratie van chemische survey met andere techniekente bestuderen werden chemische data gecombineerd met resultaten van magnetische- en archeologische surveys in de studie-gebieden.
De resultaten op Çatal Oluk toonden anomalieën van K, P en Zn op een locatie waar archeologische- en geofysische resultaten de aanwezigheid van keramiek producerende ovens suggereerden. Wij argumenteren dat deze aanrijkingen het resultaat zijn van het verbranden van hout of gedroogde koeienvlaaien in de keramiekovens. Daarnaast werd afgeleid dat lokale anomalieën van Co, Cr, Fe, Mg, Mn en Ni het gevolg zijn van de verwerking en stockage van ofiolitische kleien, die gebruikt werden als grondstof voor de productie van keramiek. Veranderingen van Al, As, Ba, Ca, Na, Pb, Sr en Ti werden toegeschreven aan de aanwezigheid van kalksteen en vulkanische tuffen.
In een eerste grid in de Oostelijke Voorstad werd eenzone met verhoogde concentraties van Cu, P, Zn en K ontdekt. Deze zone onderscheidde zich van natuurlijke patronen gecreëerd door kalksteen en vulkanische tuf (Al, Pb, Ba, As, Sr) en ofiolitisch materiaal (Co, Cr, Ni, Mg, Fe, Mn en V). Echter, er konden geen specifieke interpretaties naar historische functionaliteit worden gemaakt. In een tweede, meer gedetailleerd grid werd een meer gedetailleerde onderzoeksvraag vooropgesteld, die als doel had een interpretatie te geven voor een zone waar de magnetometriebeelden moeilijk inter-preteerbaar waren. Er werd aangetoond dat een zone gekarakteriseerd door hoogfrequente magnetische anomalieën eneen lage variogram-range geassocieerd was met chemische zones van verhoogde Cu, K, P, Zn en mogelijks ook Pb. Dit droeg bij tot de interpretatie van deze zone als een zone van magnetische verstoring gecreëerd door occupatieafval. Vervolgens kon een zone met een laag magnetisch signaal en hoge sill-waardes geïnterpreteerd worden als een regio waar kalksteen moedergesteente zich dicht tegen het oppervlak bevond. Hiervoor werd gebaseerd op de associatie met een chemische cluster rijk in Al, Ba, As en Pb. Tenslotte werd aangetoond dat twee zones van toegenomen magnetisatieen hoge range- en sill-waardes ruimtelijk overlappen met twee bodemclusters met verhoogde waarden van respectievelijk Co, Cr, Mg, Mn, Ni en Ti,Ven Fe. Door deze chemische data te combineren met magnetische susceptibiliteiten en X-stralen diffractiepatronen werd aangetoond dat deze tweezones het resultaat zijn van twee deels verschillende types van ofiolitisch materiaal nabij het oppervlak.
Het grid ten westen van de Colonnadestraat had als doel om de karakteristieken en ruimtelijke verbreiding van een historisch vervuilingsignaal rond deze straat te evalueren.Er werd aangetoond dat Cu, P, Pb en Zn aangerijkt zijn rond de Colonnadestraat. Terwijl de aanrijking van Zn en Cu zwak was, of zich beperkte tot een klein aantal stalen, waren aanrijkingen van P en Pb zeer sterk. Zenamen toe tot waardes respectievelijk twee en drie keer hoger dan maximale achtergrond-concentraties. De ruimtelijke verbreiding van het vervuilingsignaal was verschillend voor P en Pb. Pb bereikte achtergrondwaardes op 150 m afstand van de stad, terwijl P pas op zijn achtergrondniveau was op 450 m afstand. Twee pistes werden vooropgesteld om dit verschil te verklaren. De eerste neemt aan dat alle antropogene P en Pb afkomstig zijn van activiteiten in en rond het oude stadscentrum, en dat processenvan oppervlakkige afspoeling P naar grotere afstanden getransporteerd hebben als gevolg van verschillen in verdeling van P en Pb tussen de vloeibare en vaste fases in de bodem. De tweede optie neemt aan dat de hoge P concentraties in een zone ten westen van het monumentale centrum het resultaat zijn van rechtstreekse P input in de bodem. Dit is een realistische suggestie, aangezien deze regio functioneerde als een residentiële wijk tijdens de occupatieperiode. Dit scenario suggereert dus dat de activiteiten in het monumentale centrum en de westelijke residentiële wijk dermate verschillend waren dat enkel deze in het monumentale centrum geresulteerd hebben in input van Pb in de bodem. Een link met metallurgische activiteiten rond het stadscentrum kan naar voren geschoven worden om dit verschil te verklaren, hoewel bijdragen door andere activiteiten niet kunnen worden uitgesloten.
Het onderzoek in de Gökpinar-zone had als doel om betere inzichten te krijgen in de functionaliteit van dezesite. Er werden echter geen aanrijkingen van potentieel menselijke elementen gedetecteerd. Er werd gevonden dat bestaande geochemische patronentoegeschreven konden worden aan geologische variaties binnen de Gökpinar zone, waarbij ofiolitisch moedergesteente ontsloten is in het zuiden en kalksteenrotsen in het noorden van het staalnamegrid. Deze conclusie komt overeen met de resultaten van een recente archaeologische survey, die suggereert dat de Gökpinar zone vooral functioneerde als een toegangsweg naar de Oostelijke Voorstad.
Het potentieel van Pb-isotopen omvervuilde en onvervuilde bodemstalen in Sagalassos te onderscheiden werd geëvalueerd in een apart hoofdstuk. Er werd besloten dat bodems sterk vervuild door oude menselijke activiteit een beperkte shift in hun Pb-isotopische compositie vertonen. De isotopendata leverden echter geen nieuwe informatie op rond potentiële historische vervuilingsbronnen in het studiegebied, en hun toepasbaarheid als herkomstindicatoren van historische vervuiling in Sagalassos lijkt beperkt. Hiervoor zijn verschillende redenen, met de brede en overlappende isotopenvelden van achtergronddata één van de meest belangrijke factoren die de interpretaties compliceren.
Meer algemeen gezien tonen de resultaten dat Cu, K, P, Pb en Zn aangerijkt zijn in de bodems door oude menselijke activiteiten. P is daarbij de meest betrouwbare indicator van historische menselijke activiteit. Verschillen tussen sites zijn het gevolg van veranderingen in moedergesteente en verschillen in archeologische geschiedenis. Wanneer geochemische bodemsurvey toegepast wordt als een individuele techniek zorgen superpositie en het mixen van bodemsignalen ervoor dat de geochemischedata niet kunnen gebruikt worden als een tool die kan helpen bij de interpretatie van de sites bestudeerd in deze thesis. Inconsistenties in deliteratuur met betrekking tot specifieke relaties tussen elementpatronen en historische functionaliteit versterken dit probleem. Er wordt verwacht dat deze conclusie veralgemeend kan worden naar vele andere archeologische sites met een lange historische geschiedenis. We besluiten dat wanneer geochemische survey gebruikt wordt als een individuele techniek, haar gerechtvaardigde toepassing meestal beperkt zal zijn tot de detectieen afbakening van archeologische sites. Desalniettemin werd in deze thesis aangetoond dat wanneer de techniek gecombineerd wordt met andere survey methodes, geochemische bodem survey een veel groter potentieel bezit. Omdat geochemische informatie tot op zekere hoogte diagnostisch is voor ondergrondse objecten en materialen die geofysische anomalieën met zich meebrengen, leveren geochemische data zeer waardevolle informatie met betrekking tot het onderscheid van geogene en antropogene anomalieën. Deze thesis benadrukt de waarde van een geïntegreerde aanpak met betrekking tot data analyse. Ook wordt aangetoond dat het in rekening brengen vande ruimtelijke component van de chemische dataset de kwaliteit van de statistische resultaten significant verbetert.
Datum:1 okt 2010 → 30 sep 2014
Trefwoorden:Lead and copper isotopes, Roman settlements, Villa sites, Archaeometry, Geoarchaeology, Ancient pollution, Trace element geochemistry
Disciplines:Andere chemie, Geochemie, Andere biologische wetenschappen
Project type:PhD project