Ünite 6: Tarihlendirme Teknikleri

Giriş

İnsanlığın geçmişteki olayların zamanlamasını belirleyerek bir kronoloji oluşturma çabasının öyküsü oldukça eskiye gitmekle birlikte Antikçağ’daki girişimler bir yana bırakılırsa, bu yöndeki ilk ciddi çabalardan biri, ünlü din adamlarından James Ussher’a aittir. Daha sonra James Hutton’un 1788 yılında yayınladığı “Theory of the Earth” isimli eseri, Kuvaterner bilimlerinin öncülerinden olan Flint’in, ilk baskısı 1947 yılında yapılan “Glacial Geology and the Pleistocen Epoch” adlı klasik kitabı bu süreçte önemli dönüm noktaları olmuştur. Ancak geçmişi kesin ve güvenilir yöntemlerle tarihlemek ancak II. Dünya savaşından sonra radyoaktif yöntemlerin tarihlendirme çalışmalarında kullanılmasıyla mümkün olmuştur. Lowe ve Walker’ın “Reconstructing Quaternary Environments” adlı kitabı bu tekniği kullanarak kesin tarihleme yapan önemli bir kaynaktır. Tarihlendirme yöntemleri göreli ve mutlak tarihlendirme olmak üzere ikiye ayrılır.

Göreli Tarihlendirme

Bağıl/göreli tarihlendirme, bir şeyin başka bir şeyden daha yaşlı veya daha genç olduğunu belirlemekle yapılır. Başka bir deyişle, normal şartlarda tortul tabakalar, fosiller, insan ürünü atıklar ve eserlerin dizilişleri/tabakalanışları yatay olur ve her zaman, alttaki tabaka üsttekinden yaşlıdır. Göreli tarihlendirme, bağıllık/görelilik esasına göre, birtakım karşılaştırmalarla yapılmaktadır. Bu tür tarihlemelerde en çok kullanılanı, stratigrafik/ sıralı tarihlendirme olup numunelerin bulunduğu tabakaya göre daha genç olandan daha yaşlı olana doğru ya da bunun tam tersi olarak sıralanması esasına dayanır. Bir diğeri, çapraz tarihleme olup sonradan ortaya çıkarılan materyallerin daha önce sıralı tarihlemesi yapılan materyallerle eşleştirilmesi esasına dayanmaktadır. Özellikle arkeolojik çalışmalarda, stratigrafi ile birlikte en çok kullanılan bağıl tarihlendirme yöntemleri stil ve popülaritedir. “Stil”, nesnelerin özniteliklerine bağlı iken, “popülarite” zaman ve mekana göre değişse de, insanların aynı fikirleri ve kültürleri paylaşmalarını ifade eder. Göreli tarihlendirmenin geliştirilmesinde Nicolaous Steno’nun (1638-1686) çalışmaları önemlidir.

Mutlak Tarihlendirme

Mutlak tarihlendirmede en çok tercih edilen teknikler radyoaktif yöntemler olup bazı kimyasal tekniklerle radyoaktif elementlerin bozunma (yarı ömür) ya da radyoaktif enerjinin birikimi esas alınarak belli rakamlara ulaşılmasıdır. Radyoaktif olmayan yöntemlerle de mutlak tarihlendirme yapmak mümkün olup bunun için de gözlem ve kimyasal teknikler kullanılmaktadır.

Radyoaktif Yöntemler

Radyoaktif Parçalanmaya Dayalı Yöntemler

Karbon-14 Yöntemi: Libby tarafından geliştirilen Karbon14 yöntemi bir tür radyometrik (radyasyon ölçümü) testtir. Tarihlendirme denildiğinde ilk akla gelen yöntemdir. Bunun sebebi ise diğer radyometrik yöntemler, sadece volkanik kayaçların tarihlendirilmesinde kullanırken, karbon-14’ün tüm canlı fosillerinin tarihlendirilmesinde kullanılmasıdır. Karbon-14 tarihlemesi organik materyaller (ahşap, turba, kemik, organik göl tortusu, bitki kalıntıları, kömür, kabuk, mercan, kumaş vb.) üzerinde yapılmaktadır. Bu numunelerde karbon-14 aktivitesini ölçmek için iki teknik kullanılmaktadır. Bunlardan birincisi “beta sayımı”, diğeri ise “hızlandırıcı kütle spektrometrisi” teknikleridir. Karbon-14 radyoaktif bir madde olduğundan, yarılanma ömrü vardır ve zaman içinde kütlesi eksilmeye başlar. Böylece bir canlının bünyesinde bulunan karbon-14 miktarı ölçülerek yaşının hesaplanabileceği düşünülmüştür. Karbon-14’ün yarılanma ömrü yaklaşık 5730 yıldır. Yani her 5730 yılda bir, ölmüş olan canlının bünyesindeki karbon-14 miktarı yarıya iner.

Potasyum-Argon Yöntemi: 1960’lı yıllarda geliştirilen ve büyük ölçüde volkanik kayaçların yaşının belirlenmesi için uygulanan argon radyometrik tarihleme yöntemi, potasyum-40 izotopunun, argon-40 gazına radyoaktif bozunumunu esas alan bir jeokronolojik sistemdir. Argon izotop tarihlemesinde jeokronolojik olarak iki farklı yaklaşım vardır ve bunlardan birincisi potasyum-argon yöntemi ikincisi ise argon-40/argon-39 (40Ar/39Ar) yöntemidir.

Potasyum-40 / argon-40 tarihleme yönteminin uygulanmasıyla elde edilen yaşların güvenilirliği açısından iki temel şartın mevcut olması gerekmektedir:

a) Volkanik materyalin oluşumundan (soğumasından) sonra kayaç sisteminden hiç argon gazı çıkışı gerçekleşmemelidir.
b) Volkanik materyalin oluşumundan itibaren radyoaktif sistemin kapalı kalmış olması (sisteme sonradan argon gazı girmemiş ya da sistemden sonradan argon gazı çıkışı olmaması) gerekmektedir.

Fizyon İzleri Yöntemi: Fizyon, parçalanma anlamına gelmektedir. Parçalanacak olan ise uranyum-238 elementidir. Fizyon izleri ilk defa, Silk ve Barnes (1959) tarafından yapılan bir deneyde; bir mika parçasında, geçirgen elektron mikroskobuyla gözlenmiştir. Doğal mineraller ve camlarda fizyon izlerinin sayılması yöntemiyle tarihlendirmeler yapılabileceği düşüncesi, 1963 yılında Price ve Walker’a aittir. Uranyumun, bazı mineraller içinde kendiliğinden parçalandığında, bu minerallerde iz bırakması esasına dayanır. Bahsedilen minerallerin ortak özelliği ise kristalimsi yapılara sahip olmasıdır. Kısacası kristalimsi mineraller içinde uranyum atomu parçalandığında bu yapılarda iz bırakmakta, bu izler uygun ortamlarda sayılarak parçalanmanın başladığı tarihe ulaşılabilmektedir. Bu yöntemi, volkanik kayaçlarda bulunan obsidiyen minerali başta olmak üzere diğer kristalimsi mineraller ile cam ve seramik eşyalara uygulamak mümkündür. Fizyon izi ile tarihlemede iki temel sayım önemlidir. Bunlardan ilki “iz yoğunluğu” (1 cm2 ’ye düşen iz sayısı), ikincisi ise “iz büyüklüğü”dür.

Radyoaktiviteden Dolayı Çıkan Enerjinin Birikimine Dayalı Yöntemler

Radyoaktif yöntemlerle tarihleme sadece bunların bozunma/yarılanma süreleri ile sınırlı değildir. Bazı maddelerin içinde çok az miktarda bulunan uranyum, toryum, potasyum gibi radyoaktif elementler, sahip oldukları enerjiyi zamanla içinde bulundukları maddeye verirler. Böylece maddede enerji birikimi gerçekleşmiş olur. Biriken enerji, laboratuvar ortamında yapay müdahalelerle ışık olarak açığa çıkartılarak, önce maddede biriken toplam enerji miktarı, sonra da bu enerjinin ne kadar sürede biriktiği hesaplanır. Maddede bulunan enerjinin açığa çıkartılarak yapılan tarihlendirmeye “termolüminans (TL)” denilmektedir. Bir maddenin içinde ya da çevresinde bulunan radyoaktif elementlerin yaydığı ışınların etkisiyle oluşan paramanyetik kusurların (mıknatısçık) manyetik alanda radyo sinyalleri gönderilerek hesaplanmasıyla “Elektron Spin Rezonans (ESR)” yöntemi geliştirilmiştir. Termolüminesans jeolojik kaynaklı lavalara, meteoritlere, volkanik tüf ve camlara, çakmaktaşına, doğal kalsitlere ve daha başka maddeler ile birlikte obsidiyen kaynak analizine uygulanabilir. Bazı maddeler ısıtıldıkları zaman ışıma yaparlar. Bu fiziksel olaya ısıtma ile ışıma anlamına gelen termolüminesans (TL) denir. Termolüminesans olayı aslında maddenin radyoaktif elementler ile etkileşimi sonucu meydana gelmektedir.

Termolüminesans yöntemiyle tarihlendirmede numunelerde olması gereken özellikler:

  1. Tarihlendirilecek maddenin çevresinde ve içinde eser miktarda bulunan radyoaktif elementlerden çıkan radyasyonun şiddeti (birim zamandaki miktarı) maddenin tarihi boyunca sabit kalmalıdır.
  2. Tarihlendirilecek maddenin, olayın meydana geldiği andan (örneğin, çanak-çömleklerin pişirildiği tarihten) bu yana biriken enerjiden herhangi bir kayıp veya kaçak olmamalı ve tümü korunmuş olmalıdır.
  3. Tarihlendirmesi yapılacak malzemeyi bir radyasyon enerjisi deposu olarak düşünürsek, bu deponun çok büyük olması ve enerji birikimi bakımından henüz dolmamış olması gerekir.
  4. Tarihlendirme, enerji birikiminin başlangıç tarihini verir. Örneğin, çanak-çömlek yapımında pişirilme sıcaklığı 400 ºC den yüksek olduğu için pişirilme anında hamurun kilinde ve kildeki minerallerde önceden birikmiş enerji varsa pişirme sırasındaki ısınmadan dolayı bu enerji kaybolur ve böylece TL saati sıfırlanmış olur. Çömlek yüksek sıcaklığa kadar bir daha hiç ısınmaz ise TL tarihlendirmesi çömleğin yapım tarihini verir.
  5. Maddeden çıkan TL ile maddenin aldığı radyasyon miktarı arasındaki bağıntının belirlenebilmesi gerekir, yani radyasyon miktarı başına ne kadar TL elde edildiği ve radyasyon miktarı değiştikçe TL miktarının ne şekilde değiştiği matematiksel bir bağıntı ile ifade edilir.

Arkeolojik ve jeolojik maddeler, yapısında veya çevresinde bulunan uranyum, toryum (232Th) ve potasyum (40K) gibi radyoaktif çekirdeklerin ve onların ürün çekirdeklerinin oluşturduğu doğal radyasyon nedeniyle zaman içinde ışınlanmaya maruz kalırlar. Bu doğal ışınlanma maddede atomik boyutta elektronik kusurlar oluşturur. Ayrıca serbest eşlenmemiş elektronlar üretir ki bu elektronlardan bazıları madde içindeki kusurların yanı sıra maddeye giren safsızlıklar tarafından tuzaklanabilir. Bu kusurlar oldukça kararlı olup zamanla birikir. Bir maddenin içinde ya da çevresinde bulunan radyoaktif elementlerin yaydığı ışınların etkisiyle oluşan paramanyetik kusurların (mıknatısçık) manyetik alanda radyo sinyalleri gönderilerek hesaplanmasına “Elektron Spin Rezonans Yöntemi” denilir. Bu yöntemin uygulanması esnasında gönderilen radyo sinyallerinin paramanyetik kusurlar tarafından emilme miktarı eşlenmemiş elektron yoğunluğuyla, bir diğer deyişle mıknatısçıkların yoğunluğuyla orantılıdır.

Radyoaktif Olmayan Yöntemler

Sürekli Doğal ve Kimyasal Değişimlere Dayanan Yöntemler

Manyetik Alan Değişimi Yöntemi: Manyetik alan değişimi yöntemi ile dünyanın mevcut manyetik durumuna göre, insanın maddeye müdahale zamanının tarihlendirilmesi mümkün olmuştur. Nitekim, kayaç veya kil 700 derecenin üstünde ısıtılıp soğumaya bırakıldığında yerin manyetik alanından dolayı kendi içinde bulunan ufak mıknatısların her biri kalıcı bir mıknatıslık özelliği kazanmaktadır. Bu mıknatısların yönü cismin soğuması sırasındaki yerin manyetik alanı doğrultusundadır. Yerin manyetik alan doğrultusu zaman içinde değiştiğinden, bu yöntemle cisimlerdeki mıknatıs yönü ile yerin mıknatıs yönü arasındaki açıklığın oluşabilmesi için gerekli olan zaman süresi hesaplanabilmektedir. Bu yöntemi fırınlanmış veya çeşitli nedenlerle ısıya maruz kalmış kil, kayaçlar ile okyanus ve gölsel ortamda oluşan bazı tortullara (okyanus ve denizel ortamdaki tortullaşmalarda da iyonlar manyetik kutup yönünde diziliş gösterebilmektedir) uygulamak mümkündür.

Resamizasyon Yöntemi: Kuvaterner fosil kayıtlarından elde edilen kalıntılarda protein analizi ile tarihleme yapılabileceği fikri temeline dayanır. Canlılar yaşamını yitirdikten sonra proteinlerin yapı taşı olan amino asitlerde “resamizasyon” denilen kimyasal değişim meydana gelmektedir. Yaşayan canlıların proteinlerinde (L) amino asitleri mevcut olup canlının yaşamını yitirmesinden uzun bir süre sonra tüm (L) amino asitler (glisin hariç) değişime uğrarlar ve (D) amino asit haline dönüşürler. (L) ile (D) arasındaki oran zamanla artar. Fosil kemiklerde bu artışın hesaplanması ile yaklaşık 100.000 yıllık yaşlandırma yapmak mümkündür. Karbon-14, OSL, ESR vb. radyoaktif yöntemlerle, bu yöntem kalibre edilerek bu süre 1.000.000 yıla kadar uzatılabilmiştir.

Uranyum-Florin Yöntemi: Fosil kemiklerin, toprak altında kalmış olduğu süre zarfında uranyum elementini absorbe (emilim) etmesi esas alınarak geliştirilen tarihlendirme tekniğine “uranyum yöntemi” denilmektedir. Biriken uranyum laboratuvar ortamında ölçülerek bunun tarihlendirmesi yapılmakta olup fosil, toprak altında ne kadar fazla kalmışsa, absorbe ettiği uranyum miktarının da o kadar fazla çıkması esasına dayanır.

Obsidiyen Hidrasyonu: Friedman ve Smith 1958-60 yılları arasında yapmış olduğu çalışmalarda, obsidiyenin havayla temas ettiği andan itibaren üzerinde mikroskopla görülebilen ve mikronla ölçülen bir hidrasyon tabakasının oluştuğunu, bu hidrasyon tabakasının ölçülmesi ile de obsidiyenden yapılan bir aletin tarihlendirmesinin yapılabileceğini öne sürerek bu yöntemi geliştirmişlerdir.

Doğal Ritmik Olaylara Dayanan Yöntemler

Dendrokronoloji Yöntemi: Eski Yunanca’dan gelen “dendrokronoloji” (Dendro-ağaç, chronos-zaman, logosbilim), kısaca ağaçla yapılan tarihlendirme anlamına gelmektedir. Bu yöntem Antik çağdan itibaren kullanılan klasik bir tarihleme metodu olup son yüzyılda gelişen bazı yeni tekniklerle (Karbon-14, varv vb.) karşılaştırılarak doğru bir kronoloji oluşturulmaya yarar. Ağaçla zamanın tespit edilmesi, ağacın gövdesinden yatay kesitte alınan numunelerdeki halkaların sayılması esasına dayanmaktadır. Düzenli iklim değişimlerinin görüldüğü (ilkbahar-yaz-sonbahar-kış) ağaçların vejetasyon döneminin başladığı bahar aylarından itibaren çaplarında genişleme (vasckium kombiyumda yeni hücrelerin oluşumu) olmaktadır. Vejetasyon döneminin sona erdiği sonbahar aylarına kadar devam eden bu genişleme esnasında, vejetasyon dönemini gösteren halkalar oluşmaktadır. Her vejetasyon dönemi bir yıla tekabül ettiği için bunların gövdelerinde görülen her halka da bir yıla karşılık gelmektedir (Şekil: 6.5). Ağaçların gövdeleri yatay kesitte incelendiğinde kabuğun altındaki dış halkadan merkeze doğru sayım yapıldığında ağacın yaşı belirlenir.

Varv Yöntemi: İsveç dilinden gelen “varv” terimi, aynı yer içinde başlangıç ve bitişi olan şeyler anlamına gelmektedir. Birçok göl çökellerinde yatay düzlemde farklı özellikler gösteren tabakaların üst üste sıralandığı görülür. Bu tabakalarda iri taneli olanlar ve ince taneli olanlar birbiri üzerine sıralanmıştır. Tortulların birikiminde bu şekildeki düzenli değişiklikler tıpkı dendrokronolojide olduğu gibi mevsimsel değişimleri göstermektedir. Bu diziler sayılarak bunların zaman aralıkları belirlenebilir ki buna da varv metoduyla tarihlendirme denilmektedir. Varv tortularının birçok çeşidi vardır. İlkbahar selleri sırasında organik madde birikimi olan, yaz aylarında da bitki ve algler içeren varvlara, “klastik organik varv” denir. Kalsiyum karbonat çökelmesiyle açık renkli bir görünüm kazanan varvlara “kalkerli varv”; demir oksit çökelmesi varsa “demirle zenginleştirilmiş varv” denir. Varvlar okyanus tortullarında da oluşabilir. Örneğin buzulların denizle temas ettiği alanlarda ince taneli tabakalar, buzullar eridiği zaman ince taneli tabakalar üzerinde daha büyük materyallerden oluşan farklı bir tabaka gelişir. Bu tür varvlara “glasiyomarina varvları” denir. Okyanus kıyılarında gelgitlere bağlı olarak tabakaların tortu sıralanması içindeki mikroorganizmaların zenginliğine göre varvlar koyu ya da açık bir renk kazanabilmekte olup bunlara da “marina varvları” denir.

Polen Analizi Yöntemi: Fosilleşen polenlerin değişik sondaj çalışmaları ile çıkarılıp şekil özelliklerine göre tasnif edilerek, başta karbon-14 olmak üzere mutlak tarihleme yöntemleriyle incelenmesi işlemine “polen analizi yöntemiyle tarihlendirme” denilmektedir. “Palinoloji” ise bu konuyla ilgilenen bilim dalının ismidir.

Polen analizi yönteminde, bir bölgeden sondajlarla elde edilen fosil polenler, şekil açısından incelenerek bitki türlerine göre sınıflandırılır. Polenin bulunduğu tortul tabakadan alınan numuneler başta karbon-14 yöntemi olmak üzere radyoaktif yöntemlerle tarihlenir. Bundan sonra ise polen türlerinden hareketle zaman içinde yaşamış olan bitki türleri ve bunların yetişme şartlarını gösteren iklim belirlenmektedir.