اثر انگشت زمین‌شناختی؛ کشف جدید دانشمندان!

تحقیقات نوین در دانشگاه میسوری: کشف تاریخچه رنگ‌دانه‌های کهن

دانشمند دانشگاه میسوری، براندی ال. مک‌دونالد، با استفاده از فناوری‌های مدرنی که تنها در میسوری یافت می‌شود، به محققان کمک می‌کند تا درک بهتری از چگونگی توسعه تفکر و هوش انسانی در طول زمان داشته باشند. در یک مطالعه اخیر، یک تیم بین‌المللی از دانشمندان با همکاری مک‌دونالد به فناوری‌های پیشرفته در راکتور تحقیقاتی دانشگاه میسوری (MURR)، مؤسسه علوم و مهندسی مواد (MSEI) و مرکز میکروسکوپی الکترونی (EMC) دسترسی پیدا کردند.

با استفاده از منابع و تخصص میسوری، این تیم به رهبری مک‌دونالد توانست مکان قدیمی‌ترین معدن اوکره جهان را شناسایی کند و مسیر پراکندگی اوکره از این معدن به جوامع نزدیک را پیگیری نماید. اوکره یک رنگ‌دانه طبیعی است که از مواد غنی از آهن به دست می‌آید. به عنوان یکی از قدیمی‌ترین مواد زمین، این رنگ‌دانه به مدت هزاران سال توسط انسان‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. اوکره به عنوان رنگ‌دانه‌ای برای نقاشی‌های غار و تزئین اشیاء نمادین و زینت‌های شخصی شناخته می‌شود و در بسیاری از جوامع از اهمیت فرهنگی، تاریخی و معنوی برخوردار است. حضور پایدار آن به دانشمندان بینش‌های ارزشمندی درباره رشد جامعه انسانی و خودبیانی ارائه می‌دهد.

کشف منشاء مواد

منشاء یا پروونانس یک روش در باستان‌شناسی است که برای پیگیری تاریخ یا منشاء یک شیء استفاده می‌شود و تمرکز مک‌دونالد در آزمایشگاه باستان‌سنجی (Archaeometry Lab) در MURR بر روی همین موضوع است. در این آزمایشگاه، او و همکارانش از تحلیل فعال‌سازی نوترونی استفاده می‌کنند، تکنیکی که ترکیب شیمیایی آثار باستانی را آشکار می‌سازد. سپس می‌توان مقایسه‌هایی با داده‌های موجود انجام داد تا منشاء مشخص شود.

آزمایشگاه باستان‌سنجی به قدرتمندترین راکتور تحقیقاتی دانشگاهی کشور متصل است و توسط متخصصانی که می‌دانند چگونه این تکنیک‌ها را در این حوزه تحقیقاتی خاص به کار ببرند، اداره می‌شود. به همین دلیل، این آزمایشگاه یکی از معدود مراکز موجود در سطح جهانی است که این نوع تحقیقات می‌تواند در آن انجام شود و تنها مرکز از نوع خود در ایالات متحده است.

این فرآیند پیچیده و علمی، یک اثر انگشت ژئوشیمیایی منحصر به فرد ایجاد می‌کند که می‌تواند منشاء ماده، چگونگی شکل‌گیری آن و تاریخچه‌اش را فاش کند. در این مطالعه، ماده مورد بررسی اوکره‌ای بود که از غار شیر و جوامع اطراف آن در اسواتینی، کشوری در جنوب آفریقا، نمونه‌برداری شده بود.

مک‌دونالد، استاد شیمی در دانشکده هنر و علوم و با سمت مشترک در آزمایشگاه باستان‌سنجی MURR، گفت: “ما نمونه‌های کوچکی از آثار اوکره را گرفته و به طور ایمن آنها را رادیواکتیو می‌کنیم با قرار دادن آنها در معرض نوترون‌ها در داخل هسته راکتور.” او افزود: “زمانی که این مواد رادیواکتیو شروع به تجزیه یا زوال می‌کنند، انرژی‌های خاصی را در قالب رادیوایزوتوپ‌ها منتشر می‌کنند که می‌توانیم با استفاده از طیف‌سنجی اشعه گاما اندازه‌گیری کنیم.”

توسعه تصویری دقیق از تاریخ

ایجاد اثر انگشت ژئوشیمیایی در MURR تنها اولین گام این پروژه بود. ابزارهای پیشرفته‌ای که در MSEI و EMC موجود بودند، به محققان کمک کردند تا تاریخچه‌ای کامل‌تر از نحوه استخراج و استفاده از خاک سرخ در این بخش از آفریقا را کشف کنند. محققان از فناوری لیزر پیشرفته در MSEI – طیف‌سنجی رامان – استفاده کردند تا ترکیب منحصر به فرد نمونه‌های خاک سرخ را آشکار کنند. این لیزر موجب ارتعاش پیوندهای مولکولی نمونه می‌شود و با اندازه‌گیری انرژی ناشی از این ارتعاش، آن‌ها توانستند وجود مواد معدنی خاصی را درون خاک سرخ شناسایی کنند.

در همین حال، در EMC، دانشمندان با استفاده از ابزارهای تصویربرداری قدرتمند – از جمله میکروسکوپ الکترونی اسکنینگ – توانستند به بررسی دقیق‌تری از نمونه‌های خاک سرخ بپردازند و ساختار شیمیایی و ترکیب عناصر آن را تحت بزرگنمایی بالا مشاهده کنند. این کاوش‌های پیشرفته به محققان این امکان را داد که به عمق ترکیب و خواص نمونه‌های خاک سرخ نفوذ کرده و بینش‌های جدیدی را کشف کنند که گذشته را به حال متصل می‌کند. این تکنیک‌های نوآورانه به کشف رازهای پنهان خاک سرخ باستانی کمک کردند. با استفاده از علم مدرن برای تحلیل تاریخ باستان، آن‌ها در حال ایجاد تصویری زنده از گذشته هستند و نقش Mizzou را به عنوان یک پیشگام در تحقیقات نوآورانه و تحول‌آفرین برجسته می‌کنند.

کاوش‌های آینده

کار مک‌دونالد بر روی خاک سرخ به تازگی جایزه توسعه شغلی اولیه NSF CAREER Faculty را به او اهدا کرد – یکی از معتبرترین جوایز NSF در حمایت از اساتید با تجربه کم – تا تحقیقات خود را در اسواتینی گسترش دهد و از تحقیقات مشابه در شمال استرالیا حمایت کند. کارهای آینده او می‌تواند درک ما از نقش خاک سرخ در تاریخ بشر را متحول کند. مک‌دونالد گفت: “با مقایسه منابع خاک سرخ با مکان‌هایی که مردم بین ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ سال پیش در آن‌ها زندگی می‌کردند، می‌توانیم ببینیم که انتخاب مواد خام آن‌ها در طول زمان چگونه تغییر کرده است.” او افزود: “این به ما این امکان را می‌دهد که فعالیت‌های انسانی را در زمان مشخص کنیم و نشان دهیم که چگونه شناخت انسانی و شبکه‌های اجتماعی در کنار این فعالیت‌ها توسعه یافته‌اند. درک اینکه این افراد چگونه خاک سرخ را استخراج، فرآوری، حمل و استفاده کردند، سرنخ‌هایی درباره نوآوری‌های تکنولوژیکی اولیه فراهم می‌کند و به پیگیری تاریخ خلاقیت و نمادگرایی انسانی کمک می‌کند.”

مقاله “جامعه‌های عملی خاک سرخ در عصر حجر اسواتینی” در نشریه Nature Communications منتشر شد. نویسندگان همکار شامل الیزابت ولکی از دانشگاه برکن، نروژ؛ باب فورستر از انجمن تحقیقات باستان‌شناسی سوازی و موزه ملی اسواتینی; گرگور بادر و آیاندا مابوزا از دانشگاه توبینگن؛ سویجا ریدسل از دانشگاه کلن و دانشگاه فنی دانمارک؛ یورگ لینستادتر از موسسه باستان‌شناسی آلمان؛ استفان وودبورن از Themba LABS؛ و الکساندرا کو از MURR هستند.