DATAZIONI ARCHEOMAGNETICHE: MATERIALI E TECNICHE DI CAMPIONATURA

Strutture d’interesse in archeomagnetismo:materiali e tecniche di campionatura

L’archeologia e il tempo: Metodi di datazione4-8 Maggio 2009, Peveragno (Cuneo)

Gianluca CatanzaritiUniversidad Complutense de Madrid

Centro de Arqueometría y Análisis Arqueológico

CONTENUTI DELL’ESPOSIZIONE

✎ Materiali e strutture databili mediante l’archeomagnetismo: requisiti.

✎ Campionatura finalizzata alle datazioni archeomagnetiche:

✖ Obiettivi e finalità ✖ Tecniche di campionatura in funzione delle caratteristiche dei materiali ✖ Procedure di orientazione dei campioni mediante bussola (magnetica/solare) e clinometro.

✎ Esempi di strutture archeologiche impiegate in studi di archeomagnetismo dal Gruppo di Paleomagnetismo e Archeomagnetismo dell’UCM.

1) Il materiale deve contenere ossidi di ferro con proprietá ferromagnetiche. Tipicamente: magnetite e ematite con gradi di purezza e ossidazione variabile. ..

2) Deve essere stato scaldato a temperature di almeno 300-400ºC.

Materiali e strutture databili mediante l’archeomagnetismo: requisiti

Datazione basata sulle archeodirezioni:

Datazione basata sulle archeointesitá:

possono datarsi unicamente materiali la cui posizione nello spazio é rimasta invariata rispetto a quando furono scaldati.

Indicata per STRUTTURE di

combustione

Applicabile anche ai prodotti di cottura delle

strutture

possono estendersi a materiali che si presentano nella forma di frammenti sciolti o slegati dalle strutture di appartenenza.

Magnetite e ematite sono minera l i che compa iono in una g ran var i e t à d i rocce e sed iment i . Le concentraz ion i p iù e l eva te s i i ncontrano ne l l e a rg i l l e co t te dove , i no l t re , p resentano ot t ime cara t ter i s t i che g ranu lometr i che per cu i l a magnet i z zaz ione i n t a l i mater i a l i r i su l t a e s t remamente s t ab i l e ne l t empo.

!

✎ I n l i nea d i p r inc ip io, l a magg ior par te de i sed iment i d i g ranu lometr i a f i ne che contengono f r az ion i a rg i l l o se ( s abb ie a rg i l l o se , l im i a rg i l l o s i , a r g i l l e pure ) e che hanno sub i to un r i s ca ldamento d i a l t a tempera tura (>300-400 ºC) , sono cand ida t i potenz i a lmente idone i per l a rea l i z zaz ione d i una da taz ione a rcheomagnet i ca .

✎ Diversamente, le rocce vulcaniche a raffreddamento lento (graniti per esempio.) risultano magneticamente instabili poiché contengono minerali di dimensioni granulometriche elevate.

✎ Rocce e sedimenti carbonatici possiedono quasi sempre un segnale magnetico molto debole dovuto ad una concentrazione di ossidi di ferro estremamente ridotta.

in ogni caso,.. e indipendentemente dalla litologia, materiali sottoposti a temperature >900-1000ºC

capaci di indurre processi di vetrificazione e fusione parziale, risultano di norma intensamente

magnetizzati.......e quindi databili !

✎ A l t r i mater i a l i i done i sono l e rocce vu l can i che a r a f f reddamento rap ido ( l ave , ba sa l t i ) .

Strutture piú ricorrenti:✖ Forni e fornaci per la cottura di ceramici e laterizi.✖ Focolari, suoli e strutture architettoniche che hanno sofferto incendi.

Materiali più comuni:Adobe, mattoni, sedimenti argillosi (strutture ricavate nel terreno). In casi meno frequenti materiali rocciosi.

STRUTTURE ARCHEOLOGICHE DATABILI: TIPOLOGIE E MATERIALI

Strutture meno ricorrenti ma comunque idonee:✖ Sepolture destinate alla cremazione in loco ricavate in terreni argillosi.✖ Strutture di combustione associate a terme.

ESEMPI DI STRUTTURE IN MURATURA

Fornace per mattoni s. XVII d.C. (Guadalajara, Spagna)

Gómez-Paccard et al., 2006Geophys. J. Int.166,

p. 1125–11437

STRUTTURE ARCHEOLOGICHE DI COMBUSTIONE DATABILI

STRUTTURE ARCHEOLOGICHE DI COMBUSTIONE DATABILI: ESEMPI

s. I a.C.-II d.C. (Asturie, Spagna)s. I a.C. - III d.C. (Asturie, Spagna)

Ruiz-Martínez et al., 2008Physics and Chemstry

of the Earth 33 p. 566–577

s. XVI d.C. (Toledo, Spagna)s. XVI d.C (Madrid, Spagna)

s. IV-V d.C. (Toledo, Spagna)

(Guadalajara, Spagna) s. VII d.C.

STRUTTURE DI COMBUSTIONE RICAVATE NEL TERRENO

s. V-VII d.C (Madrid, Spagna)s. I-II d.C. (Valenza, Spagna)

CAMERE DI COMBUSTIONE DI FORNI CERAMICI

s. XV d.C. (Guadalajara, Spagna)

Catanzariti et al., 2007 Radiocarbon Vol 49/2,

p. 543–550

STRUTTURE DI COMBUSTIONE ASSOCIATE A TERMe

FOCOLARI E SUOLI INCENDIATI

STRUTTURE DI COMBUSTIONE RICAVATE NEL TERRENO

s. II-I a.C. (Alcalà, Spagna) s. II-I a.C. (Toledo, Spagna)

s. V-VII d.C. (Toledo, Spagna)s. III-IV d.C. (Toledo, Spagna)

s. I d.C. (Soria, Spagna)

STRUTTURE IN ADOBE INCENDIATE

Altre strutture datate con successo:

- Inumazioni ad incinerazione ricavate in terreni argillose.- Sauna realizzata con blocchi di rocce scistose.- Muraglia vetrificata costituita da blocchi di varia litologia parzialmente fusi e saldati gli uni con gli altri.

Inumazione ad incinerazione romana s. I-II d.C. (Cordoba, Spagna)

Sauna romana s. I a.C. - III d.C.(Asturie, Spagna)

Muraglia vetrificata s.IX-VII a.C(Serpa, Portogallo)

Ruiz-Martínez et al., 2008Physics and Chem. of the Earth 33

p. 566–577

Catanzariti et al., 2008Journal of Arch. Science 35

p.1399-1407

ULTERIORI STRUTTURE E MATERIALI DATABILI MEDIANTE ARCHEOINTENSITÀ

Le datazioni mediante archeointensità possono estendersi ai prodotti di cottura delle pirostrutture: frammenti di ceramica e laterizi

É inoltre possibile impiegare strutture murarie costruite con materiali cotti..(Quando l’interesse é rivolto all’etá di cottura degli stessi..)

✎ Tipo di struttura (necessarie strategie differenti se si lavora con una struttura in muratura piuttosto che con un suolo incendiato).

✎ Stato di conservazione della struttura, disponibilitá di materiali e eventuali esigenze di minimizzare l’invasività della campionatura.

✎ Forma e geometria della struttura: la campionatura di una superficie piana é tendizialmente piú agevole di una inclinata o irregolare.

✎ Esigenze imposte dagli strumenti di misura: di norma richiedono provini di forma e dimensioni regolari, tipicamente cubetti o cilindri di circa 10 cm3. .......È necessario prelevare volumi di materiale che possano in qualche modo essere ricondotti alla forma e alle dimensioni richieste (necessario trattamento di laboratorio...)

Fattori che influiscono sulla tecnica di campionatura della struttura archeologica

LA CAMPIONATURA ARCHEOMAGNETICA

LA CAMPIONATURA ARCHEOMAGNETICA

- Ogni datazione archeomagnetica deve basarsi su una serie di campioni costituita da 10-15 esemplari.

- È necessario concentrarsi sulle zone della struttura che hanno subito il riscaldameno piú intenso. ......Indicazioni dell’archeologo

- Compatibilmente con le condizioni di preservazione della struttura, la distribuzione dei campioni deve essere il più uniforme possibile rispetto alla sua geometria.

Prescrizioni generali

Con strutture robuste e materiali duri si impiegano perforatrici o carotatrici munite di corona diamantata che permettono l’estrazione di campioni cilindrici di dimensioni adeguate per essere alloggiati negli strumenti di misura.

Di norma, le misure si realizzano su provini di forma regolare quali cilindri e cubetti del volume di circa 10 cm3.

2,54 cm

2,2

cm

Campionatura di strutture robuste e materiali duri

...Prima di separare i campioni (blocchetti, cilindri..) dalle strutture di appartenenza é necessario determinarne l’orientazione !

Campionatura di materiali sottoconsolidati o incoerenti

✖ Con materiali sottoconsolidati o del tutto incoerenti, come per esempio livelli di ceneri, ci si serve di gessi, bende gessate o resine non magnetiche.

✖ Con l’ausilio di spatole non magnetiche si isolano blocchetti di 20-30 cm3.

✖ Le pareti del blocchetto vengono in seguito cinte con bende gessate al fine di conferire solidità al campione.

✖ In ultimo, il blocchetto viene affogato nella scaiola livellandone la superficie superiore mediante una piastrina in metacrilato e una bolla.

✖ Materiali di questo tipo necessitano successivi trattamenti di consolidazione che conferiscono soliditá al materiale e permettono l’impiego di taglierine elettriche per la riduzione del blocchetto alle dimensioni desiderate.

✖ Materiali di questo tipo necessitano successivi trattamenti di consolidazione che conferiscono soliditá al materiale e permettono l’impiego di taglierine elettriche per la riduzione del blocchetto alle dimensioni desiderate.

Campionatura di materiali sottoconsolidati impiegando supporti cilindrici non magnetici o piastrine.

Si fa aderire sulla struttura d’interesse un supporto non magnetico delle dimensioni dei provini di misura (colindri in legno di ∼2.5 cm di diametro o piastrine quadrate di ∼2 cm di lato. (si possono impiegare resine epossidiche, schiume o colle non magnetiche).

Dopo aver orientato il campione, il supporto viene separato dalla struttura archeologica insieme a pochi cm3 di materiale rimasti attaccati alla sua superficie inferiore.

Vantaggi: ✖ si ottengono provini pronti per le misure !✖ si minimizza l’invasivitá della campionatura !Svantaggi: ✖ Inadatti per essere misurati con i magnetometri convenzionali di tipo spinner in cui il provino compie rivoluzioni a una frequenza molto elevata ! È necessario disporre di strumenti di misura particolarmente costosi (magnetometrici criogenici) !!✖ L’orientazione di superfici ridotte comporta errori di orientazione elevati !

ORIENTAZIONE DEI CAMPIONI

Le datazioni archeodirezionali si realizzano su provini orientati...Prima di separare i campioni (blocchetti, cilindri..) dalle strutture di appartenenza é necessario determinarne l’orientazione !

Concettualmente, si tratta di assegnare al campione un sistema di riferimento, di norma 3 assi cartesiani e di determinarne l’orientazione nello spazio.

I parametri angolari che definiscono l’orientazione del campione vengono quindi usati per trasformare l’orientazione relativa della magnetizzazione (riferita agli assi del campione), in orientazione assoluta (riferita al Nord geografico). Matematicamente si opera una rotazione di coordinate.

X

Y

Z Y

Z

X Y

X

Z

N

S

E

W

P. Orizzontale

P. Vert

icale

Orientazione di campioni cilindrici:ci si serve di un misuratore di inclinazione (clinometro) costituito da un tubo accoppiato ad un piattello snodato sul quale si alloggia una bussola magnetica o una bussola solare.

OPERAZIONI PRATICHE DI ORIENTAZIONE DI CAMPIONI CILINDRICI











Per definire in modo univoco la posizione nello spazio del provino é necessario misurare 2 angoli: 1) AZIMUT DELLA PROIEZIONE ORIZZONTALE DELL’ASSE DEL FORO; 2) INCLINAZIONE DELLO STESSO RISPETTO AL PIANO ORIZZONTALE

OPERAZIONI PRATICHE DI ORIENTAZIONE DEI CAMPIONI

1)



NORD MAGNETICO

1)



NORD MAGNETICO

PROIEZIONE ORIZZONTALE DELL’ASSE DEL

FORO

1)



NORD MAGNETICO

PROIEZIONE ORIZZONTALE DELL’ASSE DEL

FORO

AZIMUT

1)

Con strutture intensamente magnetizzate o in zone di intense anomalie magnetiche, le misure effettuate con la bussola magnetica possono risultare perturbate. Per tale ragione, vengono ripetute impiegando una bussola solare.

Orientazione mediante bussola solare

L’orientazione assoluta dell’asse del foro si ricava a partire dai seguenti dati:- Data e ora esatta in cui si realizza la misura- Latitudine e longitudine del sito in cui si opera.



0

9018

0

270










Direzione dell’ombra





Asse del foro





Asse del foro



LETTURA DELL’ INCLINAZIONE

2)

Piano verticale

Inclinazione

Piano orizzontale


X

Y

Z Y

Z

X

Convenzione: l’asse Z coincide con la direzione del foro e giace nel piano verticale; l’asse X giace anch’esso nel piano a verticale ed é diretto verso l’alto a 90˚ dall’asse Z; l’asse Y é diretto ortogonalmente al piano verticale, in direzione Est

OPERAZIONI PRATICHE DI ORIENTAZIONE DEI CAMPIONI: ORIENTAZIONE DI SUPERFICI PIANE

Una tecnica di orientazione piú semplice consiste in livellare il manufatto o il blocchetto di materiale che si intende campionare mediante una superficie di scaiola, e di indicare su questa la direzione del nord magnetico. È necessario disporre di una piastrina di metacrilato, di una bolla da aria e, ovviamente, di scaiola.

Figure 3.2

X

Y

Z Y

Z

X


Convenzione: l’asse Z coincide con la direzione del foro e giace nel piano verticale; l’asse X giace anch’esso nel piano a verticale ed é diretto verso l’alto a 90˚ dall’asse Z; l’asse Y é diretto ortogonalmente al piano verticale, in direzione Est4





















OPERAZIONI PRATICHE DI ORIENTAZIONE DEI CAMPIONI: ORIENTAZIONE DI SUPERFICI PSEUDO -VERTICALI

Anche in questo caso si prepara una superficie piana di scaiola, sebbene psedudo-verticale: - Con una bussola da geologo si cerca e si indica la direzione di massima pendenza della superficie.- Si misura l’orientazione della sua proiezione nel piano orizzontale rispetto al nord magnetico, unitamente all’inclinazione della superficie.











Grazie per l’attenzione