Metoda datarii arheomagnetice (arheomagnetismul termoremanent)

Metoda datarii arheomagnetice (arheomagnetismul termoremanent)

Este strans legata de activitatea cercetatorului francez E. Thelier, care a intemeiat aceasta metoda lucrand la punerea ei la punct aproape 40 de ani. Tot el a realizat si aparatura necesara pentru studiul magnetic al rocilor si argilelor arse. Multe artefacte sau pamanturi contin particule elementare magnetice (cum ar fi de exemplu mineralele feroase - hematitul si magnetice - magnetitul) care se pot comporta ca adevarate "fosile magnetice" termoremanente (vezi cap. II 2.1) (fig. 48).

Metoda se bazeaza pe principiul ca rocile supuse la temperaturi de 650 - 700⁰ iar apoi la o racire la temperatura ambientului sufera o magnetizare remanenta, stabila in timp. Daca acestea sunt incalzite peste o anumita temperatura (aproximativ 600⁰C: 565^oC - magnetitul si 675^oC hematitul) particulele magnetice incluse sufera o agitatie termica in structura cristalina care le permite sa se orienteaze de la sine conform orientarii magnetice a campului terestru de la acea data si isi mentin imprimata pozitia fixa si dupa ce materialul se raceste (devin "fosile magnetice" prin crearea unui magnetism termoremanent coliniar cu campul magnetic terestru). Cercetatorii au dovedit realitatea geo-fizica conform careia campul magnetic al pamantului (intensitatea si directia) s-a schimbat de-a lungul anilor, mai precis, polul nord magnetic si-a schimbat mereu pozitia (vezi cap. II 2.1.).

Pentru a fi databil obiectul (structura) trebuie gasit (a) exact in pozitia in care a fost ars (a) ultima data !!!. Obiectele stationare care au fost arse, precum: vetre, cuptoare, pereti arsi, palisade incendiate etc., din contexte arheologice nederanjate intrunesc cel mai bine aceste conditii.

Fig. 48. Comportamentul unei structuri magnetice in timpul incalzirii peste 650⁰C si la revenirea ei la normal prin racire si orientarea termoremanenta a elementelor magnetice dupa directia campului magnetic terestru din acel moment (dupa Aitken 1992).

Recoltarea probelor arheomagnetice este destul de laborioasa, insa deosebit de importanta, de finetea executiei si de succesul ei depinzand practic intreaga datare. In prima faza se alege structura arsa de pe care vor fi prelevate probele. De la 8-10 pana la 15 esantioane de material din complexul studiat sunt ambalate in cuburi de plastic (gips) care au fost orientate precis cu ajutorul unui compas (busola). Etapele sunt urmatoarele:

1. Gipsul este pe punctul de a fi turnat intr-o matrita patrata care a fost plasata in jurul esantionului din vatra, cu ajutorul plastelinei si a unun cilindru din plastic sau lemn a carei suprafata superioara este calata in pozitie perfect orizontala, folosind o nivela, pe aceasta fiind apoi indicat (cu creionul) actualul nord magnetic, utilizand un teodolit cu echer si/sau un compas Brunton pentru a inregistra orientarea magnetica a mostrei incapsulate. Fiecare din probe este numerotata efectuandu-se un desen al intergului ansamblu al lor sau o fotografie. Urmeaza ridicarea lor, cu deosebita atentie, pentru a nu modifica pozitia mostrei fata de cilindrul indicat cu nordul. Mostrele obtinute se impacheteaza cu deosebita grija si se transporta la laborator (in cutii speciale, care permit manipularea facila, fara pericolulde a le afecta).

2. In laborator orientarea magnetica a mostrelor este calculata cu un magnetometru special si apoi corelata cu 'istoria' orientarii locale care rezulta din mostrele a caror vechime este cunoscuta cu ajutorul datarilor C₁₄, dendrocronologice ori prin alte masuratori. Prin urmare, ca si in cazul metodei dendrocrobologice, pentru datarea unei mostre cu ajutorul arheomagnetismului remanent trebuie sa existe in prealabil o "curba de calibrare magnetica", realizata pe contexte datate precis prin alte metode. Determinand pozitia si comparand-o cu inregistrarea orientarii magnetice locale se obtine o data cronologica pentru ultima incalzire a obiectului.

Astfel este memorata directia si intensitatea campului magnetic. Pentru a se defini directia si intensitatea magnetica intr-un loc pe glob se masoara:

- declinatia (notata D₁);

- inclinatia (I);

- componenta orizontala (Ho)

Declinatia (D₁) - reprezinta unghiul acului magnetic al unei busole orizontale cu directia meridianului.

Inclinatia (I) - reprezinta unghiul pe care il face acul magnetic al unei busole verticale situata in planul meridianului local.

Componenta orizontala (Ho) - este masurabila prin forta care aduce acul magnetic in directia meridianului magnetic local. Cunoasterea acestor 3 elemente ale campului magnetic local permite nu numai definirea directiei dar si componenta campului magnetic in 3 directii perpendiculare intre ele. Rezultanta acestora (H) reprezinta intensitatea campului magnetic terestru in locul in care s-a racit esantionul.

Fig. 49. Modalitati de prelevare a probelor pentru datarea arheomagnetica

prin metoda discurilor (dupa suteu 2001)

Se calculeaza din aceste 3 componente o valoare M, care permite cunoasterea valorii campului magnetic terestru in locul in care era situat esantionul in momentul racirii acestuia. Este cunoscut faptul ca intensitatea si directia campului magnetic variaza in timp de la un loc la altul. Ca si in cazul metodei dendrocronologice si in cazul arheomegnetismului remanent trebuie sa existe o scara (curba) magnetica anterior realizata la care sa se poata raporta. Pentru a putea realiza o scara cronologica magnetica, trebuie sa se realizeze mai intai o scara cronologica a elementelor cu declinatia, inclinatia magnetica si componenta orizontala in vederea datarii si toate acestea trebuiesc realizate pe elemente si esantioane ce provin din nivele datate prin alte metode.

Constructia curbei este legata de evenimente deja cunoscute. Ea nu poate fi realizata decat pornind de la orientarile oferite de structuri arse a caror datare este bine cunoscuta prin intermediul altor metode, reconstituindu-se astfel variatiile seculare ale oblicitatii si declinatiei campului magnetic, unghiurile care caracterizeaza orientarea acestuia in spatiu si la suprafata pamantului. In momentul in care reprezentarile cronologice sunt cunoscute se pot realiza si datari prin inperpolarea cu datele existente. Exista 3 tipuri de variatii ale campului magnetic terestru: primele doua variatii sunt una legata de ciclul de 11 ani ai activitatii solare, iar a doua este legata de variatia seculara a campului magnetic terestru guvernata de legi pe care fizicienii nu le cunosc deocamdata .

Fig. 50. Harta izogonica a regiunii polului magnetic septentrional pentru anul 1949

(dupa Canada Department of Mines and Resources)

Savantul Cook a luat in consideratie si perturbatiile regionale (a 3 - a variatie ). Pentru directia si intensitatea campului magnetic intr-un loc nu este valabila directia si intensitatea de la cateva mile departare. S-au incercat generalizari pentru aceeasi latitudine si aceeasi longitudine. Au fost observate si distribuiri diferite ale elementelor magnetice pe suprafata pamantului si variatia lor in timp. Pentru Europa de vest variatia este una ciclica (in oval). Se pare ca este un accident statistic ce nu se verifica pe ultimele 2 milenii. Cercetatorii din domeniu considera ca este bine sa se cunoasca si variatia seculara a intensitatii campului magnetic. Datele referitoare la inclinatie si declinatie au inceput sa se utilizeze in Europa inca din secolul al XIII - lea. In Anglia, incepand din secolul al XVIII-lea s-au efectuat masuratori care au localizat si inregistrat cu precizie, anual, pozitia polului nord magnetic, astfel ca realizarea unei curbe magnetice anuale a fost relativ facila. Pentru fiecare element se traseaza o curba de variatie seculara. Daca se traseaza numai o curba pentru una dintre componente gradul de datare este mai mic.

Etalonari precise si curbe pertinente o fost realizate in Franta si SUA. Pentru teritoriul Frantei, centrul de referinta este Parisul, datele fiind valide pe o raza de 700 km in jurul sau.

Pentru masurarea campului magnetic se foloseste magnetometrul - bazat pe magnetizari uniforme, permanente si susceptibilitatea magnetica - si un aparat de inductie ce masoara magnetizarea remanenta pentru corpuri diferite. Este una dintre metodele folosite in arheologie care poate fi folosita si trebuie fi folosita atunci cand sunt intrunite conditiile tehnice si cunostintele bazate pe conditiile tehnice pe o anumita zona a globului. Se face in colaborare cu geologi, fizicieni si aparatura necesara pentru aplicarea acestei metode.

La noi intara exista doua laboratoare care utilizeaza calculele masuratorilor campului magnetic terestru: unul la Iasi condus de profesorul Papusoi, in cadrul Facultatii de Fizica a Universitatii 'Al. I. Cuza' si-a desfasurat activitatea in anii '70. Al doilea, la Bucuresti, specializat in paleomagnetism. Ambele au efectuat analize pentru obiective din perioada istorica. In laboratorul de la Iasi s-au efectuat experiente pe probe din perioada precucuteniana, rezultatele dovedindu-se a fi nesatisfacatoare. Aparatura nu este suficient de sensibila pentru a inregistra remanentele slabe si ii lipsesc si datele generale. Institutul de Arheologie din Iasi a strans legaturile cu Institutul de Geofizica din Bucuresti insa nici la ora actuala nu s-a putut realiza o curba magnetica pentru tara noastra, in conditiile in care toate tarile vecine poseda deja de un astfel de "instrument" (un caz exceptional il reprezinta Bulgaria, care se dovedeste a fi deosebit de avansata in domeniu, reusind cu succes sa realizeze o curba magnetica pertinenta, ce partunde "adanc" in palierele cronologice).

Recent, in cadrul Universitatii din Alba Iulia, a fost achizitionat un echipament complet dedicat datarilor absolute, bazate pe masurarea magnetismului remanent (compus din magnetometru rotativ Molspin - magnetometru cu flux, controlat de calculator; demagnetizator termic MM TD 80 - demagnetizator de probe controlat de calculator; demagnetizator cu frecvente alternante si unitate PARM Molspin - demagnetizator de probe si unitate de realizare a masuratorilor antihisteretice de magnetizare remanenta partiala; magnetizator de probe MM - magnetizator de probe).

Tipurile de operatiuni si aplicatii ce pot fi efectuate cu ajutorul acestui tip de echipament acopera o larga paleta:

o       datare relativa (absoluta, in cazul existentei unei curbe de calibrare corectata si verificata prin alte metode de datare) a artefactelor arheologice descoperite in conditii satisfacatoare de pastrare si integritate fizica;

o       datare relativa a rocilor sau stratelor geologice; studii de paleointensitate a campului geomagnetic; studii paleomagnetice;

o       aplicatii in studii de paleomediu si paleobotanice de interes arheologic, precum si studii de mediu;

o       studii de fundamentare a unei baze de date geomagnetice si de stabilire a curbelor arheomagnetice regionale de calibrare; studii generale cu aplicatii in geofizica;

Este posibil ca pornind de la unele structuri arse usor de datat sa se inceapa reconstituirea unei curbe magnetice pentru teritoriul Romaniei.

Un alt factor disturbativ pentru realizarea acestei curbe il reprezinta situatia din nord-vestul Transilvaniei, unde zacaminte metalice afecteaza profund campul magnetic terestru, inducand frecvente distorsiuni in orientarea si intensitatea acestuia.

Cercetarile din ultima vreme au permis obtinerea unui spor de precizie in anumite situatii datate prin arheomagnetism, obtinandu-se o acuratete ce nu tolereaza erori mai mari de 20 de ani. Mai mult, se pare ca vor putea fi supuse datarilor arheomagnetice nu numai structurile imobile, nemiscate din loc, ci si obiectele mutate din pozitia lor primara de ardere (vase ceramice, caramizi, tigle, monedele, mortarul etc). In aceasta situatie va fi masurata doar intensitatea campului magnetic, fara a fi necesar unghiul de incidenta cu campul magnetic terestru.