ARKEOLOJİDE TARİHLENDİRME YÖNTEMLERİ

Arkeolojide kullanılan tarihlendirme yöntemlerini kabaca iki bölümde incelemek mümkündür. Bunlardan birincisi; radyoaktif yöntemler, ikincisi ise, radyoaktif olmayan fakat başka periyodik veya sürekli değişimlere dayanan yöntemlerdir. Radyoaktif yöntemleri de yine kendi içinde iki ayrı bölümde incelemek mümkündür. Bunlardan birincisi radyoaktif maddelerin miktarının zamanla azalmasına dayanan yöntemlerdir ki, bunlara örnek olarak Karbon 14, Potasyum Argon yöntemlerini gösterebiliriz. İkincisi ise, radyoaktiviteden dolayı çıkan enerjinin madde içinde biriktirilmesi olayına dayanır. Bu tür tarihlendirmeye örnek olarak da termoluminesans ve elektron spin rezonans yöntemlerini gösterebiliriz.
Radyoaktif olmayan yöntemlere gelince; bunlar da bir şekilde sürekli veya ritmik değişimlere dayanır. Örneğin, yerin manyetik alanının yön ve şiddetinin değişimi, yahut sürekli kimyasal değişimler gibi.
Radyoaktif tarihlendirme yöntemlerinin tümü radyoaktifliğin tabiatından dolayı mutlak tarihlendirme yöntemidir. Oysa radyoaktif olmayan sürekli ve periyodik değişimlerin çoğu doğal çevre şartlarına bağlı olmalarından dolayı, genellikle bağıl tarihlendirme yöntemi olarak kullanılırlar. Mutlak tarihlendirme yöntemi olarak kullanılabilmeleri için gereken şartlar için kalibrasyon eğrilerinin elde edilmiş olması gerekmektedir.

                     RADYOAKTİF YÖNTEMLER

Radyoaktif elementler kararsız olup, parçalanarak kimyasal olarak farklı özellikte elementlere dönüşürler. Bu oluşum sırasında alfa, beta veya gama gibi adlar verilen enerji taşıyan parçacık veya ışınım salarlar. Örneğin, potasyumun radyoaktif olan izotopu (40K) parçalanarak Argon (40Ar) dönüşür. Bu dönüşüm sırasında beta parçacığı salınır,
              Belli bir elementin radyoaktif parçalanma hızı, hiç bir şekilde çevre koşullarına bağlı değildir. Dünyanın her yerinde her türlü aşırı çevre şartlarında hep aynı hızla parçalanır. Bu nedenle mutlak tarihlendirme için ideal bir olaydır. Radyoaktif parçalanma olayı belli bir element için yarılanma süresi ile tarif edilir. Yarılanma süresi, radyoaktif elementin başlangıçtaki miktarının yarıya düşmesi için geçen zamandır. Böylece yarılanma süresi ve radyoaktif parçalanma olayının başladığı andaki radyoaktif madde miktarı biliniyorsa, parçalanmanın başlamasından ölçüm zamanına kadar geçen süre saptanabilir. Doğada bilindiğinden pek çok daha fazla radyoaktif element vardır. Ancak günümüzün teknoloji ile arkeolojide kullanılabilecek elementler sınırlıdır ve bunlar Tablo II’de verilmiştir. Radyoaktif yöntemlerle tarihlendirebilme süresi, izotopun yarılanma süresine bağlıdır. Örneğin, radyo karbonla tarihlendirilebilecek en eski örnek, yarılanma süresinin 10 katı kadar olan 50.000 yıl kadardır. Son yıllarda yapılan tarihlendirmeler sonunda geçmiş zamanlarda yaşayan organizmanın ihtiva ettiği karbon miktarında değişimler gözlenmiş, bu nedenle de ölçülen yaşların gerçek yaşlardan farklı olduğu bulunmuştur. Yaşı kesin bilinen ağaç halkalarının ölçümü ile bu tür değişimler düzeltilebilmektedir. Radyo karbon ile tarihlendirme için en uygun örnek türü odun, odun kömürü ise de tahıl, kumaş, çeşitli hayvan kabukları ve kemik gibi tüm karbon ihtiva eden örnekler bu yöntemle tarihlendirilebilir.

RADYOKARBON YÖNTEMİ VE ORANTILI KARBONDİOKSİT
                     GAZ SAYIMI İLE TARİHLENDİRME
               
Radyokarbon yönteminin temelleri Libby tarafından yaklaşık otuz dokuz yıl önce atılmıştır. (Libby 1946) Yöntemin bulunmasından bu yana çok sayıda laboratuvar binlerce örneği tarihlemiş, teori ve uygulamadaki değişikliklere karşılık temel yöntem uzun yıllar aynı kalmıştır.
               Radyokarbon veya öteki adıyla karbon-14 14C, 5730 yıllık yarı ömrüyle doğada var olan uzun ömürlü en yaygın radyoizotoptur. Radyokarbon atmosferin üst tabakalarında azot 14N, atomlarının kozmik ışınlarının yarattığı nötronlarla etkileşmesi sonucu oluşmaktadır. Bu etkileşmeyi
14N (n,p)14C veya 14N + n  14C + p
şeklinde yazabiliriz. Buradan n nötronu, p protonu belirtmektedir. Görüldüğü gibi atmosfere girmeye çalışan kozmik ışınlar yarattıkları nötronlar aracılığı ile radyokarbonun yerkürede var olmasına neden olmaktadır. Böylece oluşan radyokarbon kısa sürede oksijen ile birleşip karbondioksit, CO2, gazına dönüşür ve tüm atmosfere dağılır. Buradan da bitki ve hayvanlardan oluşan canlılar evrenine, okyanuslara geçerek öteki karbon izotopları 12C ve 13C ile birlikte tüm organik maddelerin yapısında varolmaya başlar. Her yıl yaklaşık 75 kg radyokarbon oluştuğu hesaplanmaktadır. Radyokarbon 5730 yıl yarı ömürlü bir radyoizotoptur demiştik. Yani şu anda elimizde 1 kg radyokarbon olsa 5730 yıl sonra elimizde 0.5 kg radyokarbon kalır. Çünkü radyokarbon atomları çekirdeklerinden beta parçacıkları  fırlatarak bozunmakta ve tekrar azot, 14N, atomlarına dönüşmektedir. Bu radyoaktif bozunmayı
14C14N+
şeklinde yazabiliriz. İşte bu bozunma sonucu tüm organik maddeler belirli
Bir radyokarbon aktivitesine sahip olur. Bu aktivite canlı çevresi ile karbon alışverişinde bulunduğu sürece, yani yaşadığı sürece sabittir ve 1 gram karbon için yaklaşık 14 bozunma/dakika kadardır. Bu özgül aktifliğin sabit olması her yıl yerkürede 7.5 kg radyokarbon oluşurken 7.5 kg radyokarbonun da bozunup azota dönüştüğünü, yani bir dengenin kurulmuş olduğunu belirtir. Bu denge durumu bütün canlılar için geçerlidir ve alınan radyokarbon kadarı bozunduğundan özgül aktiflik sabittir. Ne zaman ki canlı ölür ve çevresi ile karbon alışverişi kesilirse, sağlığında sahip olduğu özgül aktiflik 5730 yılda yarılanacak şekilde azalmaya başlar. Yani bir canlı 5730 yıl önce ölmüşse kalıntısının özgül aktifliği 7 bozunma/dakika, 11460 yıl (2x5730 yıl) önce ölmüşse kalıntısının özgül aktifliği 3.5 bozunma/dakika olacaktır. Görüldüğü gibi tarihleme demek aslında kalıntıdaki halen var olan radyokarbon özgül aktifliğinin bulunması demektir. Yalnız bunun için bazı varsayımlar yapmamız gerekir. Bunlardan birincisine göre yaşayan canlıların geçmişten günümüze özgül aktiflikleri daima yaklaşık 14 bozunma/dakikadır. İkinci varsayımımıza göre ise tüm canlılar yaşadıkları sürece aynı özgül aktifliğe sahiptir. Üçüncü varsayımımız canlı öldükten sonra çevresi ile karbon alışverişinin olmadığıdır. Bu temel varsayımlarla başlanılan radyokarbon yöntemi daha sonraları varsayımların doğru olmadığının anlaşılması üzerine değişikliklere uğramış, fakat elde edilen tarihlerin günümüzden yaklaşık 10000 yıl öncesine kadar düzeltilebilmesi sağlanmıştır. Çünkü geçmişte özgül aktifliğin önemli artmalar ve azalmalar gösterdiği bazı organik maddelerin izotop ayrışması denilen olay sonucu 14C bakımından 12C ve 13C atomlarına göre zenginleştiği veya fakirleştiği, toprak altında bazı örnek türlerinin çevreleriyle karbon alışverişini sürdürdükleri bulunmuştur. Fakat yukarıda da belirttiğimiz gibi bütün bu sapmaları bilmek ve hesaplanan tarihte düzeltme yapmak ve örneğin öldüğü tarihi saptamak mümkündür ve yapılmaktadır.
Tarihleme için özgül aktiflik ölçümleri kullanılabileceği gibi, bir örnekte halen var olan 14C/12C oranını da kullanmak mümkündür. Çünkü bu oran yaşayan canlılarda yaklaşık 1/1012 değerindedir. Yani bir örnekte her 1012 12C atomuna karşılık yalnız 1 tane 14C atomu vardır. Benzer 14C/13C oranı ise yaklaşık 1/1010 dur. Görüldüğü gibi doğada radyokarbon öteki karbon izotoplarına göre çok çok azdır. Buna karşılık uygulamada gerek radyoaktif sayım yöntemleri gerekse son yıllarda geliştirilen hızlandırıcılı kütle spektrometreleri (Gove ve ark.1980, Hall 1980, Hedges 1981, Gillespie ve ark.1984, Wölfli 1984, Özbakan 1985) bir örnekteki için özgül aktiflik ve 14C/12C oranlarının örneklerin öldükleri zamandan günümüze nasıl değiştiklerini kabaca görelim.

                    Orantılı Karbondioksit Gaz Sayımı
Tarihlenmesi istenen bir örnekte halen var olan özgül radyokarbon aktivitesinin ölçülmesi için radyoaktivite sayımı yönteminin kullanıldığından söz etmiştik. Bu yöntemler uygulamada farklılıklar göstermekle birlikte, hepsinden kazı yerinden bulunup getirilen örnekler önce fiziksel ve kimyasal işlemlerle, örnek ile birlikte var olabilecek başka organik maddelerden temizlenir. Daha sonra örnek oksijen ile yakılarak karbondioksit, CO2 gazı elde edilir. İşte bu işlem basamağından sonra uygulamalar değişmeye başlar. Bazı sistemlerde elde edilen CO2 daha sonra asetilen, C2H2 gazına dönüştürülür ve sayım gazı olarak sayaçlara doldurulur, bazı sistemlerde elde edilen CO2 benzene, C6 H6, dönüştürülüp sıvı sintilasyon yöntemi ile aktivite sayımı yapılır. Bazı sistemlerde ise elde edilen CO2 gazı iyice saflaştırıldıktan sonra orantılı gaz sayacına doldurulup sayım gazı olarak kullanılır. ODTÜ Fizik Bölümü Radyokarbon Araştırma Laboratuvarı’nda kullanılan bu sonuncu yöntemdir.
Kazı yerlerinden usulüne uygun toplanan örnekler laboratuvarda ön işlemden geçirildikten sonra oksijen ile quartz tüp içinde kontrollu olarak yakılır ve CO2 elde edilir. Saflaştırılan CO2 daha sonra yaklaşık üç haftalık beklemeye alınıp CO2 ile birlikte var olabilecek ve yarı ömrü yaklaşık 4 gün olan radyoaktif radonun yok olması sağlanır. Daha sonra örnek tekrar saflaştırılıp orantılı gaz sayacına belirli bir basınçta doldurulur ve sayacın plato eğrisi çizilip sayım voltajı hesaplandıktan sonra sayım işlemine geçilir. Sayım belirli aralıklarla tekrarlanarak yaklaşık 48 saat sürdürülür. Aynı işlemler günümüz özgül aktifliğinin, yani örneklerin yaşadıkları sürece sahip oldukları aktifliğin, bulunması amacıyla kullanılan NBS Oksalik Asit örneği ve sayım sisteminin tabansayımı için kullanılan antrasit örneği içinde uygulanır.


        ELEKTRON SPIN REZONANS (ESR) TARİHLENDİRME YÖNTEMİ

Arkeolojide kullanılan tarihlendirme yöntemlerini radyoaktif olan ve radyoaktif olmayan diye kabaca iki bölüme ayırmak mümkündür. Radyoaktif olan yöntemler yine kendi içinde iki ayrı bölümde incelenir. Bunlardan birincisi radyoaktif maddelerin miktarının zamanla azalmasına dayanan, Karbon-14 ve Potasyum/Argon gibi yöntemlerdir. İkincisi ise, radyoaktiviteden dolayı çıkan enerjinin madde içinde biriktirilmesi olayına dayanır ki elektron spin rezonans bu tür tarihlendirme yöntemlerine bir örnektir. Uzun zamandır yaş tayininde kullanılagelen bu gruptaki termolüminesans (TL) yöntemiyle aynı prensibi paylaşmasına karşın ESR yönteminin TL yöntemine göre bazı üstünlükleri vardır. Bunlar şöyle sıralanabilir:
1. Ölçüm sırasında ESR merkezleri bozulmadığı için ölçü istenilen sayıda aynı örnekle tekrarlanabilir.
2. ESR yüzeysel olaylara karşı daha az duyarlı olduğu için kullanılan maddenin taneciklerinin belirli bir büyüklükte olma şartı yoktur.
3. Örnek hazırlama ve oda sıcaklığında ölçü alma işlemleri çok daha kolaydır.
4. Tekstil vs gibi organik maddelerin incelenmesinde de bu yöntem başarı ile kullanılmaktadır.

ESR Yöntemi :
Radyoaktif elementler kararsız olup parçalanarak kimyasal olarak farklı özellikte elementlere dönüşürler. Bu oluşum sırasında farklı adlarda (alfa, beta, gama) enerji taşıyan parçacık veya ışınım salarlar. Böyle radyoaktif elementler birçok kayaç ve minarellerin kristal yapısında eser miktarda bulunur ve saldıkları enerji taşıyan parçacıklar yapıdaki elektronları bağlı bulundukları yerlerden koparırlar.
Normalde elektronlar bağlı oldukları çekirdek etrafında dolanırken kendi eksenleri etrafında da dönerler (spin hareketi) ve zıt yönde spio hareketi yapan elektron çiftleri şeklinde bulunurlar. Bunlardan birinin yerinden koparılması halinde geride tek elektron kalır. Buna çiftleşmemiş elektron da diyebiliriz. Böyle bir elektronun spin hareketi bu elektrona manyetik bir özellik kazandırır ve bu elektron bir mıknatıscık olarak düşünülebilir. Bu özelliğe sahip maddelere paramanyetik maddeler denir. Bir manyetik alana konmadığı takdirde madde içindeki bu mıknatıscıklar gelişi güzel yönlerde dağılmışlardır ve hepsi aynı enerjiye sahiptirler. Madde manyetik alana konduğunda bu mıknatıscıklar ya manyetik alan yönünde ya da buna zıt yönde yönlenirler. Manyetik alan H ise, H nın zıt yönünde yönlenenlerin enerjileri M kadar artacak, H nın aynı yönünde yönlenenlerin enerjileri ise aynı miktar (H) azalacaktır. Burada  elektronun manyetik momenti olup  =  : spin kuvantum sayısı, : Bohr magneton ve g: elektronun çekirdek etrafında dolanmasının ve spin hareketinin mıknatıs özelliğine katkı derecesini gösteren faktör. Böylece elektronlar manyetik alanla aynı yönde yönlenenler veya zıt yönde yönlenenler olarak iki gruba ayrılırlar. İki grubun enerjileri farklı değerdedir ve aralarında gH kadar enerji farkı vardır. Enerjisi bu enerji farkına eşit olan bir elektromanyetik dalga maddeye gönderilirse düşük enerjiye sahip olan elektronlar bu enerjiyi alıp yüksek enerjili elektron grubuna dönüşürler. Diğer bir deyişle, H manyetik alanı yönünde yönlenmiş elektron mıknatısları elektromanyetik enerjiyi alınca H manyetik alanının zıt yönünde yönlenirler.

        TERMOLÜMİNESANS YÖNTEMİ İLE ARKEOLOJİK YAŞ TAYİNİ

Keramik, pişmiş tuğla, yanmış çakmaktaşı ve obsidyen, volkanik, kül, meteor, curuf, sarkıt ve dikit gibi kalsit oluşumları ve benzeri inorganik obje ve malzemelerin içerisinde şifreli saat gibi çalışan fiziksel mekanizmalar vardır. Bu şifreli saat bir arkeolojik zaman-ölçer aygıtı gibi çalışır; hem sıfırlama özelliği vardır hem de otomatiktir. Temel problem, saatin şifresini çözerek gerçek zamanı, yani arkeolojik yaşı bulmaktır.
Saati inceleyip şifresini çözen fiziksel yöntemlerden biri de termolüminesans (TL) yöntemidir. Burada amacımız TL yöntemini ve bu yöntemin arkeolojideki uygulamalarını kısaca anlatmak; bir başka deyişle saatin çalışma prensiplerini ve şifresinin çözüm tekniğini genel çizgileriyle sunmaktır. Yalnız yöntemi anlatmaya başlamadan önce TL olayının ne olduğunu, böyle bir amaç için nasıl kullanılabildiğini kısaca görelim.

 Termolüminesans :
Bazı maddeler ısıtıldıkları zaman ışıma yaparlar. Bu fiziksel olaya ısıtma ile ışıma anlamına gelen termolüminesans (TL) denir. Hemen belirtelim ki, TL olayı başka bir olayın sonucunda oluşmaktadır. Maddelerin içlerinde ve çevrelerinde eser miktarda uranyum (U) toryum (Th) ve potasyum (K) gibi radyoaktif elementler vardır. Bunlardan çıkan radyasyonlar [alfa () ve beta () parçacıkları ile gama () ışınları] maddenin atomları ile etkileşerek enerjilerini yitirirler. Bu enerjinin bir kıssmı madde içinde birikir ve maddenin 300 0C – 500 0C ye kadar ısıtılma durumunda ışık olarak çıkar. Çıkan ışık miktarı maddenin biriktirdiği radyasyon enerjisi miktarına bağlıdır. Ne kadar çok enerji birikirse o kadar çok ışık çıkar. Hiç enerji birikmemiş ise, veya biriken enerji herhangi bir nedenle, örneğin ısınma ile, boşalmış ise, doğal olarak hiç ışık görünmeyecek yani hiç TL olmayacaktır. Demek oluyor ki TL, maddenin etkileştiği toplam radyasyon miktarı (dozu) sonucunda biriken enerjinin ve bu enerjinin birikmesi için geçen sürenin dolaylı bir ölçüsüdür. Yöntemin temel problemi de bu sürenin bulunmasıdır.
Maddede enerji birikimi şu şekilde olmaktadır: maddenin atomları ile etkileşen radyasyonlar atomları bağlı elektronların bazılarını koparır ve enerji kazandırırlar. Bu elektronların bir kısmı kazandığı enerjiyi anında geri vererek eski yerlerine veya benzer yerlere geri dönerler. Bir kısmı ise maddenin kristal yapısınd çeşitli nedenlerle oluşan ve tuzak denilen yerlere bağlanırlar ve böylece eski yerlerine dönen elektronların tersine radyasyondan aldıkları enerjiyi geri vermeyip bu tuzaklarda biriktirmiş olurlar.
Biriken enerjinin saklanabilme süresi, yani elektronların tuzaklarda kalma süreleri çevre şartlarına ve tuzak özelliklerine bağlıdır. Birkaç dakikadan bir milyon yıla kadar elektronları tutabilen tuzaklar vardır. Doğal olarak bizi ilgilendiren uzun ömürlü tuzaklardır. Çünkü, ancak bu tuzaklar baştan itibaren yakaladıkları tüm elektronları