2020. április: jegyzet, it, mérés, bionika, biokémia, egyetem, adatbányászat, folyamatmodellezés, neutronkutatás, biológia, fizika, nanotechnológia, atomenergia, űrtevékenység, lézer, tudomány, geokémia, geológia, régészet, közlekedés, építés, innováció, okostechnológia, egészségipar, agrárium, mikroszkópia, automatizálás, diagnosztika, meteorológia, környezetvédelem, vízgazdálkodás, zöldkörnyezet, energiagazdálkodás, megújuló energia
2020. április 6.

Szerző:
Horváth Dániel

Mi köze a geokémiának a Seuso-kincsekhez és a klímakutatáshoz?

A modern tudományon belül az utóbbi években a tudományterületek közötti határok el­mosódni látszanak. Természetesen a klasszikus tudományágak témái megmaradnak, de egyre kevesebb értelme van a területek elkülönítésének. A világ jelenségeinek, múltunk emlékeinek pontos megértése – ez ma már mindenki számára nyilvánvaló – csak akkor képzelhető el, ha az egykoron függetlennek tekintett tudományágak összeadják, amilyük van, és közösen kutatnak. Nincs is ennél jobb példa minderre, mint a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Földtani és Geokémiai Intézete, melynek igazgatójával, Demény Attila akadémikussal beszélgettünk.


A Földtani és Geokémiai Intézet egyik kutatócsoportja archeo­metriai kutatásokkal fog­lal­ko­zik. Ez a tudományág a régészeti és múzeumi leletek természettu­do­mányos elemzését jelenti. A kuta­tások ezen a területen egyértelműen inter­disz­cip­li­­ná­­ri­sak, vagyis különböző tudományágak igye­keznek együtt értelmezni a rendelkezésre álló adatokat.

„A természettudományok új szemléletet kölcsönöznek a kutatásoknak, a régészet, illetve a történettudomány az eredmények értelmezésével tud hozzájárulni a vizsgálatokhoz
– mondta Demény Attila. – A termé­szettudományok oldaláról számos terület vehet részt az archeometriai vizsgálatokban, hiszen idetartozik a radioaktív szénizotópos kor­meghatáro­zás is. Eredetileg azt a módszert is a fizikusok fedezték fel, és ők alkalmazták először.”

A radioaktív szénizotópos – vagy rövi­den radiokarbon – kormeghatározás a szén radioaktív izotópjának mennyisége alapján határozza meg a leletek korát. A légköri szén-dioxidban lévő szénmolekulák a kozmikus sugárzás és egyéb tényezők hatá­sára bizonyos arányban 14-es tömegszámú szénizotóppá (14C) alakulnak, majd a növények a fotoszintézis során felveszik őket, és beépítik a szerves molekuláikba. Amint az élőlény meghal, többé már nem cseréli szénatomjait a közvetetten az atmoszférából származó szénnel, így újabb 14C izotóp már nem juthat testének anyagaiba. Viszont a 14C izotóp lassan béta-sugárzás kibocsátásával 14N nitrogénizotóppá alakul, mennyisége idővel fokozatosan csökken, így lehet következtetni az élő szervezet halála óta eltelt időre.

Geokémia a kerámiákban

Az archeometriához úgy kapcsolódik a geoló­gia és a geokémia, hogy gyakran a vizsgált régészeti leletek földtani anya­gok – mint például a márványból készült tárgyak esetében – vagy ezek analógjai. A ke­rámiák például főként agyagból ké­szülnek, de emellett egyéb soványító­anya­gokat, például homokot, apró kavicsot, összetört kőzetet, kagylóhéjat is kevertek beléjük a hajdanvolt fazekasok, ezzel soványítva az agyagot, és erősítve a kerámia szerkezetét.

A geológusok már csak azért is segít­he­tik a régészek munkáját az agyagedények elemzésekor, mert a fazekasmesterség során alkalmazott eljárásokhoz meglehetősen hasonló folyamatok természetes föld­tani körülmények között is végbemehet­nek. Amikor a földkéreg mélyéből hatalmas magmatömeg emelkedik a sekélyebb ré­giókba, és ott belenyomul az üledékbe, akkor a magma hője, illetve a belőle kiáramló oldatok átalakítják az üledéket, gyakorlatilag mintegy „megsütve” a kőzetet. A hevítés és a magmából kiáramló fluidumok hatására új ásványok keletkeznek a kőzetben.

Gyakran a vizsgált régészeti leletek földtani anyagok, mint például a kerámiák, melyek főként agyagból készülnek, de emellett homokot, apró kavicsot, összetört kőzetet, kagylóhéjat is tartalmazhatnak. A kerámiaanyagok vizsgálatából az is meg­állapítható, hogy az edényt milyen hőmérsékleten égették ki, amiből következtetni lehet az egykori fazekasok tudására, az általuk alkalmazott technológiára is. Így kapcsolódik a geológia és a geokémia az archeometriához.

„Amikor az agyagot a fazekasok a kiégetés előtt soványító­anyagok­kal keverték össze, akkor ezek az anyagok a föld mélyében zajló folyamatokhoz hasonlóan reagáltak egymással a kemencében, és az ásványoknak megfelelő mesterséges anyagok alakultak ki. Ez pontosan ugyanaz a kontakt metamorfózis, ami a föld alatt megy végbe – magyarázta az igazgató. – A kontakt metamorfózis gondolatiságát és eszköztárát ezért a kerámiák vizsgálatánál is alkalmazhatjuk. A kerámiaanyagok vizsgálatából pél­dául megállapíthatjuk, hogy az edényt milyen hőmérsékleten égették ki, amiből következtethetünk az egykori fazekasok tudására, az általuk alkalmazott technológiára is.”

A kerámia mázáról is sokat megtudhatunk, annak anyagai, összetevői alapján a restaurátorok autentikus módon javíthatják, egészíthetik ki a leletet. Gyakran előfordul, hogy eredeti rajzok állnak rendelkezésre a tárgyról, vagy a megmaradt töredékek alapján külalakjában rekonstruálni lehet a tárgy eredeti megjelenését. A valóban hiteles restaurálás azt is megköve­telné, hogy a felhasznált anyagok és technoló­giák is korhűek legyenek, bár a széles körű al­kalmazásra még várnunk kell.

A legtöbb archeometriai vizsgálathoz mintát kell venni a tárgyból, tehát bizonyos mértékben roncsolni kell. Ez sok kutatót elrettent az efféle elemzés engedélyezésétől. Demény Attila elmondta, hogy dolgoztak már olyan régésszel, aki nem vállalta, hogy a geokémikus munkatársak apró furatot ejtsenek az általa vizsgált faragott ékkövön. A régész szerint a lelet tud várni addig, amíg a vizsgálati módszerek fejlődése folytán már nem kell majd megfúrni a tárgyat az elemzés elvégzéséhez. „Ha a mű­alkotás kibírt kétezer évet, akkor ez a néhány év már nem oszt, nem szoroz” – jelentette ki a tudós, és Demény Attila szerint ebben a véleményében volt is ráció.

A Seuso-kincs lelőhelyének nyomozása

Jó példa erre a nyomelemtartalom vizsgálata. Tíz évvel ezelőtt még ez is csak úgy működhetett, ha előtte a tárgyat megfúrták, vagy legalábbis nyomnyi mennyiségű anyagot kapartak le róla. Ma már a Föld­tani és Geokémiai Intézet kutatóinak is van kézi röntgen­fluoreszcens spektrométerük, amely nem nagyobb, mint egy kézifegyver. Az eszköz röntgensugárzást bocsát ki, amely gerjeszti a tárgy atomjait. A gerjesztés miatt meg­emelke­dett energiaállapotukból fotonok kibocsátásával, fluoreszcencia révén térnek vissza az alapállapotba. A fluoreszcencia hullámhossza az anyagi minőségre jellemző tulajdonság, így ennek mérésével meg lehet határozni az össze­tételt, legalábbis sok elem koncentrációját.
Ezzel a módszerrel vizsgálták az intézet Archeometriai Kutatócsoportjának szakemberei a Seuso-kincset is dr. Bajnóczi Bernadett vezetésével.

A Seuso-kincs vizsgálatánál csak a kancsók belsejéből és a tálak aljából vehettek mintát. E vizsgálatok segítségével információhoz jutottak a tárgyak kémiai összetételéről, az ezüst és az arany koncentrációjáról. A rézüstön azonban, amelybe a tárgya­kat rejtették, voltak talajmaradványok, és az a néhány milligramm elegendő volt az ásvány­tani és geokémiai elemzésekhez. (Forrás: mnm.hu)

„Nyilvánvaló, hogy a Seuso-kincs kapir­gálása – legalábbis látható helyekről – szóba sem jöhetett. Csak a kancsók belsejé­ből és a tálak aljából vehettünk mintát a tárgyakból. E vizsgálatok segítségével egészen aprólékos információhoz jutottunk a kémiai összetételről. A fő szabály azonban az volt, hogy a leletek felületét csak non­invazív technikákkal, leginkább a kézi röntgen­fluoreszcens spektro­méterrel vizsgál­hat­tuk. Ezek­ből a mérésekből tudjuk, hogy a tár­gyak­ban pontosan mennyi a nemesfém, vagyis az ezüst és az arany koncentrációja” – folytatta Demény Attila.

Sajnos a Seuso-kincs vizsgálatának ered­ményei még nem publikusak, a szak­embereket köti a titok­tartás. Ugyanakkor az intézetigazgató magáról a kutatásról, illetve az alkalmazott módszerekről és technikai nehézségekről azért mesélhet. Az első kérdés az volt, amit a szakembereknek meg kellett válaszolniuk, hogy a tárgyakat vajon tökéletesen letisztítot­ták, vagy esetleg tartalmaznak olyan anyag­­maradványokat, amelyek az elásás, az elrejtés helyéről származhatnak.

Mint kiderült, magukat a kincseket meglehetősen alaposan megtisztították, így nagyon kevés volt az anyag­maradvány rajtuk. Viszont azt a rézüstöt, amelybe a tárgyakat rejtették elásás előtt, már nem tisztogatták le olyan körültekintően. Vagyis a rézüstön voltak talaj­maradvá­nyok, és ezeket vizsgálták az intézet munkatársai. Persze ezekből sem volt sok, csak néhány milligramm, ez azonban már elegendő volt az ásványtani és geokémiai elemzésekhez. Sok volt benne a kalcium-karbonát (kalcit, ami a mindenki által ismert mészkő anyaga), amelynek izotóp-összetétele jellemző a helyszínre, ahonnan a tárgyakra ragadt talaj származik.

„A mindenki által ismert feltevés az, hogy a kincset a Polgárdi térségében lévő Szár-hegy környékén ásták el a földbe, majd onnan került különféle feketepiaci utakon külföldre. Számos mintát vettünk a Szár-hegy térségében lévő talajokból, illetve rendelkezünk más, külföldi talajmintákra jellemző adatokkal is, ugyanis egyes állítások szerint a kincset nem Magyar­országon, hanem másutt találták
– mondta az akadémikus. – Jelenleg ezek összetételét hasonlítjuk össze az üstön talált mintákkal. Az összehasonlítások eredményeiről egyelőre nem beszélhetek.”

A régészek tehát nagyon nem szeretik, ha a műtárgyak látható felületeiről mintát vesznek a geokémikusok, hogy annak anyagi összetételét megvizsgálhassák. Demény Attilának arról nincs információja, hogy egy ilyen mintavétel mennyivel csökkenti a lelet eszmei vagy esetleg piaci értékét, ugyanakkor azt gondolja, hogy bizonyos értelemben még növelhetné is. Mert a mintavétel, illetve az ennek nyomán el­végzett vizsgálatok egyúttal azt is jelentik, hogy többet tudtunk meg a tárgyról, és annak eredete, jelentősége biztosabban tudható. A történészek és a muzeológusok körében a tárgyak nagy anyagi és eszmei értékére való tekintettel érthető módon gyakori a tárgyak féltése, és ezért nem könnyű engedélyt szerezni invazív beavatkozásra. Ez nemcsak a régészetre igaz, de például a cseppkő­barlangokra is, amelyekről hamarosan szó lesz.

Az étkezésről árulkodó csontizotópok

Az intézet archeometriai kutatásainak másik iránya a régészeti ásatások során feltárt csontok analitikai vizsgálatával foglalkozik. A csontok szerves és szervetlen összetevőit is lehet mérni, és az eredmények alapján az elhunyt személy korára, életmódjára lehet következtetni. Például a csontokból kivonható kollagén fehérjében található szén- és nitrogén­izotópok vizsgálatával a táplálkozás minőségéről tudhatunk meg sok mindent.

Az egyik kutató, Gugora Ariana PhD-­hallgató honfoglalás­kori csont­marad­vá­nyok vizsgálatával foglalkozik. Egyebek kö­zött azt vizsgálja a csontok alapján, hogy az idők során őseink táplálkozásában mennyiben változott a köles szerepe. A köles különlegessége, hogy úgynevezett C4 növény, ami azt jelenti, hogy az átlagos szárazföldi növényektől eltérő molekuláris mechanizmusok segítségével köti meg a levegő szén-dioxidját a fotoszintézis során, és ez hatással lesz a létrejövő szerves anyagokban lévő szénizotóp összetételére is. En­nek megfelelően a kölesben – amely a honfoglalás idején a domináns elérhető C4 nö­vény volt a Kárpát-medencében – megkötött anyagokat elfogyasztó emberek csontjaiban is eltérő lesz a 12C és a 13C szénizotópok aránya.

Az archeometriai kutatások egyik iránya a régészeti ásatások során feltárt csontok analitikai vizsgálatával foglalkozik. A csontok szerves és szervetlen összetevőit is lehet mérni, és az eredmények alapján az elhunyt személy korára, életmódjára lehet következtetni.

Amikor a népesség a kölesről átáll a búzára (amely nem C4, hanem C3 növény), ak­kor az emberek szervezetében megváltozik a szénizotóparány. Ez felfedezhető az ásatások során talált csontmaradványokból kivont kollagénben is. Demény Attila elmondta, hogy bizonyos szempont­ból a köles afféle lenézett táplálék volt, inkább a szegények ették, illetve állati ta­kar­mányként használták. Másrészt viszont nagy volt a tápanyagtartalma, ezért a betegek­kel is kölest etettek, így próbálták támogatni a szervezetüket a betegséggel szembeni védekezés­ben. Ennek ismeretében feltételezhető, hogy ha egy lelőhelyen talált összes csontmaradvány arról tanúskodik, hogy leginkább búzát ettek, viszont van néhány olyan, amiből az derül ki, hogy voltak, akik kölessel táplálkoztak – ők való­színűleg betegek voltak.

Ha a csontok nitrogén- és szén­izotóp-össze­tételét együttesen elemzik, akkor meg tudják határozni, hogy mennyi volt az állati­fehérje-bevitelük a hajdan élt embereknek. Minél több állati fehérjét fogyasztott valaki, annál nagyobb a csontjaiban a 15-ös és 14-es tömegszámú nitrogénizotópok (15N és 14N) aránya. Ez jellemzően az állattenyésztésre való áttérés után figyelhető meg.

„Régészeti együttműködési projektjeinkben a feltárt csontok szén- és nitrogénizotóp-összetételének elemzésével a régmúlt embereinek táplálkozási szokásait határozzuk meg. Mennyi volt a növényi tápanyag, mennyi volt az állati fehérje, ezen belül esetleg a folyami hal, és hogy ez hogyan oszlik meg a különböző társadalmi csoportokban, társadalmi pozíció, kor és nem szerint.”
Gugora Ariana korábbi kutatásai egy középkori ásatási területen arra utalnak, hogy a maradványokban azonos volt minden személy esetében a szén- és nitrogénizotóp-arány, amiből arra lehet következtetni, hogy viszonylag demokratikus közösség volt, ahol a vezetők és az alacsonyabb rendűek is ugyanazt a táplálékot fogyasztották.

Cseppkövek évgyűrűi

A barlangok, és ezeken belül a cseppkő­barlangok, különösen védettek Magyarországon. Vannak olyan nemzeti parkok, amelyek vezetősége együtt­működő a geokémiai kutatásokkal, míg máshol elzárkóznak mindenféle beavatkozással járó vizsgálattól. A Földtani és Geokémiai Intézet, valamint az Aggteleki Nemzeti Park együttműködése kifejezetten jó, így a Baradla-barlangban egy évtizedet lefedően jelentős monitoring­vizsgálatokat és hosszú távú kutatást tudtak végezni.

E kutatások legtöbbjéhez semmilyen módon nem kell megváltoztatni a barlang állapotát. Rendszerint azokat az apró cseppköveket vizsgálják, amelyek azokon a kőzetdarabokon nőttek az elmúlt évtizedek során, amelyeket a Baradla-barlang járatbővítéseikor bontottak ki a barlangászok, és nincs különösebb értékük a barlang természet­védelmi jelentősége szempontjából.

A cseppkövek általában tízévente nőnek egy millimétert. Ahogy a barlang plafonjáról lecsöppen a víz, a benne oldott ásványi anyagok a szén-dioxid eltávozásával kiválnak, és a fentről lógó sztalaktitokon, illetve a padlón álló cseppkövek, a sztalagmitok végén okoznak anyagkiválást. Az egymás után következő évszázadok, évezredek során növekvő cseppkövek keresztmetszetén így a fák évgyűrűihez hasonló rétegecskék alakulnak ki. A belső rétegek képződnek korábban, míg a csúcshoz közelebbi rétegek a fiatalabbak.

Bár azt gondolhatnánk, hogy a cseppkövek vizsgálata csak a múltról szolgálhat információval, ez koránt sincs így. A korábbi rétegek kutatásával nemcsak a régmúlt éghajlatára, vagyis a paleo­klímára vonatkozó információt nyerhetünk, hanem a jövőben bekövetkező éghajlatváltozást jósló klímamodelleket is va­li­dál­hat­juk. És itt megint a korábban nem is feltételezett mértékű interdiszciplinaritás nyilvánul meg. Ki gondolta, mondjuk, fél évszázaddal ezelőtt, hogy a 21. század húszas éveiben a geológusok és a geokémikusok majd a klimatológusok munkáját fogják segí­teni a precíz kőzetelemző módszereik segítségével? De nézzük, hogyan működik ez a gyakorlatban!

„A földi éghajlat jövőjét a klíma­modellek segítségével tudjuk előre jelezni, csakhogy a modellek, jellegükből fakadóan, bizonytalansággal terheltek. Vagyis a klíma­modellek folytonos finomításra és igazolásra szorulnak. Ennek remek módja az, ha visszanézünk a múltba – magyarázta Demény Attila. – Meg kell próbálnunk pontos klimatikus adatokhoz (csapadékmennyiséghez, hőmérséklethez) jutni a múltból, mondjuk az elmúlt néhány ezer évből. Ehhez nagyszerű eszközt nyújtanak a cseppkövek. Ezután a klímamodellekkel mintegy megpróbáljuk modellezni a múltat. Ha jól működik a modell, és az általa adott eredmények összhangban vannak például a cseppkövek analíziséből szerzett, illetve más geokémiai adatokkal, akkor a modellt megbízhatónak tekinthetjük, és joggal számíthatunk arra, hogy a jövőbeli folyamatokat is nagy biztonsággal helyesen jósolja majd.”

Mindehhez a legfontosabb a cseppkövek korának pontos meghatározása. A radiokarbonos korhatározási technika csak korlátozottan alkalmazható, ez viszont nem jelenti azt, hogy az izotópok radioaktív bomlását ne lehetne erre a célra is használni. A cseppkövek korát leggyakrabban az urán-tórium kormeghatározással szokták megállapítani a kutatók. Az urán radioaktív bomlás során tóriummá alakul, és az izotópok aránya szolgáltat információt a kőzet koráról. Ez a módszer félmillió évnél nem régebbi csepp­köveknél használható megbízhatóan.

Aggteleki paleoklíma

Magyarországon a debreceni Atommagkutató Intézetben nemrégen helyeztek üzembe egy urán-tórium kormeghatározásra alkalmas berendezést. Az aggteleki Baradla-barlangban az utóbbi években vizsgált legidősebb cseppkő 330 ezer évesnek bizonyult. Ez a cseppkő már korábban kidőlt, de még így is tiszteletet parancsoló a mérete: hét méter magas volt a kidőlés előtt. Az Aggteleki Nemzeti Park vezetői engedélyt adtak az Eötvös Loránd Tudomány­egyetem, valamint a Földtani és Geokémiai Intézet kutatóinak, hogy meg­fúrják a cseppkő alját, merthogy ott találhatók a legidősebb rétegek.

Az egymás után következő évszázadok, évezredek során növekvő cseppkövek keresztmetszetén a fák év­gyűrűihez hasonló rétegecskék alakulnak ki. A cseppkövek vizsgálatával a rétegekből következtetni lehet a régmúlt éghajlati tényezőire. A korábbi rétegek kutatásával azonban nemcsak a paleoklímára vonatkozó információt nyernek, hanem a jövőben bekövetkező éghajlatváltozást jósló klímamodellek is felállíthatók.

A fúró henger alakú, vagyis üreges, három centiméter átmé­rőjű, és a pereme iparigyémánt-porral van beszórva. A cseppkövet olyan helyen, a hátulján fúrták meg, hogy a látogatók ebből semmit se vegyenek észre. A fúrás során tehát egy három centiméter átmérőjű rudat emelnek ki a cseppkőből, amelyet hosszában elvágva és a rétegek felszínét felpolírozva mikroszkóp alatt vizsgálhatóvá válnak a több százezer évvel ezelőtt rárakódott rétegek. A rétegekből pedig következtetni lehet a régmúlt éghajlati tényezőire.

„Nagyon jó hőmérsékleti rekonstrukciót sikerült kialakítanunk a cseppkőrétegek vizsgálatából. A rétegekből egyértelmű, hogy az utóbbi több százezer év során a jégkorszakok voltak a hosszabbak, amelyeket nagyjából 100 ezer évente szakított meg egy-egy viszonylag melegebb periódus, ilyenben élünk most is – mondta Demény Attila. – Ezek a meleg időszakok jellemzően 5–25 ezer év hosszúak. A korábbi felmelegedési és eljegesedési időszakokból nincs sok információnk a Kárpát-medence klímájára vonatkozóan. Nem tudjuk például, hogy milyen volt a csapadék eloszlása. Márpedig akkor tudnánk konkrét előre­jelzése­ket meg­fogalmazni a jelen­legi fel­melege­dés következté­ben kialakuló csapadék­viszonyok­ról, ha értjük, hogy ez a korábbi felmelegedési időszakokban hogyan történt. Erre adhat választ a cseppkövek rétegvizsgálata.”

Az intézet cseppkővizsgálataiból az derült ki, hogy a Kárpát-medence nagyon pontosan követte a globális klimatikus folyamatokat az elmúlt 300 ezer évben. A furaton belül három felmelegedési stádium nyomait sikerült rögzíteni, és mind a három megfelel a globális folyamatokból számolt hőmérsékleti értékeknek. Vagyis a globális klímára kidolgozott modelleket a Kárpát-medence jövőbeli éghajlatának előrejelzésére is lehet alkalmazni.•

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020

Innotéka