A prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) felülmúlhatatlan előnye más analitikai módszerekkel szemben a vizsgálat roncsolásmentes volta. Ezen tulajdonságának köszönhetően a PGAA az értékes, egyedi régészeti leletek és múzeumi tárgyak egyik elsődleges anyagvizsgálati módszere. Szinte valamennyi anyagfajtából (kő, kerámia, fém, üveg) készült tárgyak elemi összetétele meghatározható vele. A standard mérési elrendezésben 2 cm × 2 cm keresztmetszetű neutronnyalábbal besugározva, néhány cm³ anyagmennyiség átlagösszetételét kapjuk eredményül. Néhány mm² keresztmetszetre szűkítve a nyalábot, nagyobb tárgyak részletei külön-külön elemezhetők. Már 1997 felismertük a PGAA archeometriai alkalmazásaiban rejlő lehetőségeket, és azóta számos tudományos kapcsolatot alakítottunk ki hazai és nemzetközi kutatóintézetekkel és múzeumokkal. 1998-ban a Budapesten rendezett 31. Nemzetközi Archeometriai Szimpóziumon mutattuk be első eredményeinket, római bronzfibulák PGAA vizsgálatáról. Több témában is tartós együttműködést folytatunk a Magyar Nemzeti Múzeummal, amely gondozásában 2004 óta jelentetjük meg az Archeometriai Műhely elektronikus folyóiratot.

2006-ban elnyertük az Európai Közösség támogatását az Ancient Charm elnevezésű kutatási pályázatra, amelyben 10 európai kutatóintézet és múzeum vesz részt. A projekt célkitűzése a neutronrezonancia-befogásos analízis (NRCA) és más, neutronok alkalmazásán alapuló technikák (úgy mint prompt-gamma aktivációs analízis, neutrontomográfia, neutrondiffrakció) továbbfejlesztése a kulturális örökség tárgyainak térbeli összetétel- és szerkezetvizsgálata céljából.

Kőeszközök

Az emberi kultúra hajnalán készült első ismert szerszámok különböző kőzetekből készültek, melyeket évezredeken keresztül épségben megőrzött lelőhelyük természetes környezete. Amikor ilyen kőeszközleletek eredetét vizsgáljuk PGAA-val, a régészeti lelet elemi összetételét hasonlítjuk össze a potenciális nyersanyaglelőhelyek anyagával (a geológiai referencia minták elsősorban a Magyar Nemzeti Múzeum Lithotéka gyűjteményéből származnak.
Az ősember már kb. 40 000 évvel ezelőtt, a Középső-Paleolitikumban készített pattintott kőeszközöket. Helyi vagy „import” nyersanyagokat, obszidiánt, tűzkövet vagy kvarcporfírt használt. Ezek a kőzetek elég kemények voltak, mégis jól megmunkálhatók. A Kárpát-medencében számos jellegzetes nyersanyaglelőhely található. Egy részükből (bükkszentkereszti kvarcporfír, nagyteveli tűzkő, tokaji obszidián) származó mintákat már elemeztük PGAA-val. Mivel a kőzetek összetétele jellemző a geológiai eredetre, és az évezredek során nem változik számottevően, az elemi összetétel alapján csoportosíthatjuk a leleteket, ill. megkülönböztethetünk makroszkópikusan azonosnak látszó anyagfajtákat.


Balra: Szeletai kvarcporfír levélhegy (Magyar Nemzeti Múzeum, Leltári szám: Pb. 71.2.). Lelőhely: Sárospatak, valószínűleg felső paleolitikum. Fotó: A. Dobosi, Közlés: Markó et al., Acta Archaeologica Academiae Scientiarum Hung. 54 (2003) 297-314.

Jobbra: Nagyméretű pattintott szürke tűzkő penge (Magyar Nemzeti Múzeum, Leltári szám: 59.10.1.). Lelőhely: Kálló, valószínűleg középső rézkori. Fotó: A. Dobosi, Közlés: Patay, Folia Archaeologica 1960/12 15-20.

A primitív kultúrák jóval a Paleolitikum után, kb. 6000 éve, a Neolitikumban, majd később a Bronzkorban kezdtek szépen megmunkált csiszolt kőeszközöket (baltákat, kalapácsokat, örlőköveket) készíteni. Ezek anyaga legtöbbször bazalt, zöldpala, kékpala, szaruszírt vagy szerpentinit volt. A kőeszközök és nyersanyagok elemi összetételének meghatározásával bebizonyítható, hogy a csiszolt kőeszközök cserekereskedelme akár többszáz km távolságban zajlott.

A Magyar Nemzeti Múzeummal folytatott együttműködésünk során különböző korokból származó kárpát-medencei obszidián lelet eredetmeghatározását végeztük el. Mind a mediterrán régió, mind a Kárpát-medence főbb nyersanyagforrásait elemeztük, és eredményeink szerint az egyes források anyaga, sőt a Kárpáti obszidiánok alcsoportjai is elkülöníthetők PGAA-val.

Hasonló vizsgálatokat folytattunk a szürke tűzkőből ill. a Szeletai kvarcporfírból készült pattintott kőeszközök esetében is. A Szeletai kvarcporfír az egyik leghíresebb, Magyarország területén talált pattintott kőeszköz nyersanyag. A nyersanyag egyetlen ismert lelőhelye a Bükk dél-keleti lábánál található. Korábban azt gondolták, hogy ezt a nyersanyagot legfeljebb csak 35 km-es távolságon belül használta az ősember, a PGAA eredmények alapján azonban nagy biztonsággal állíthatjuk, hogy a 100 km-re (a Dunántúlon) talált kőeszköz anyaga is Szeletai kvarcporfír.

A roncsolásmentes fő- és nyomelem meghatározás lehetővé teszi számunkra a finoman megmunkált, ép csiszolt kőeszköz leletek eredetmeghatározását is. Egy tanulmányban a Kárpát-medence területéről származó zöldpala- és kékpala kőeszközöket vizsgáltunk. A PGAA-módszerrel különbséget tudtunk tenni a szemre sokszor megkülönböztethetetlen zöldpala és kékpala között. Sikerült továbbá azonosítanunk a legvalószínűbb nyersanyagforrásokat az Alpok-Kárpátok régiójában.

Kerámiák

Geológiai szempontból a kerámia termikusan átalakult metmorf kőzet, agyag és soványító keveréke. (A soványító mesterséges adalék – lehet szalma, összetört kőzet vagy régi kerámia – ami az agyagot jobban megmunkálhatóvá teszi.) A Kárpát-medencében talált legrégibb kerámia tárgy mintegy 8000 éves. Magyarország területén számos fontos Kora-Neolitikumi (Stracevo ill. Körös kultúra), Középső-Neolitikumi (Bükk kultúra), ill. Késő-Neolitikumi – Rézkori (Lengyeli kultúra) feltárást ismerünk. 2005-2006-ban egy magyar-német MÖB-DAAD együttműködés keretében szisztematikusan feltérképeztük és analizáltuk a legfontosabb neolit kerámia leletanyagokat, és kapcsolatot kerestünk a régészeti leletek és a lehetséges nyersanyagok összetételei között.

A caracasi Simón Bolívar Egyetemmel közös együttműködésben Kolumbus előtti venezuelai kerámia szobrocskák eredetét vizsgáltuk. Mintegy 40, a venezuelai kontinensről ill. a Los Roques szigetekről származó teljes vagy töredékes szobrot mértünk PGAA-val. Arra a kérdésre kerestük a választ, hogy a szigetlakók helyi nyersanyagból vagy a kontinensről importált nyersanyagból készítették a szobrokat. Néhány jellemző elemarány ill. a koncentráció adatok főkomponens analízise (PCA) alapján a szigeteken ill. a kontinensen talált szobrok készítéséhez nagy valószínűséggel különböző nyersanyagot használtak.


IAEA CRP keretében részt vettünk egy kínai porcelán referenciaminta nemzetközi összemérésén, igen jó eredménnyel.

Drágakövek és festékanyagok (pigmentek)

A lápisz lazuli mintegy négyezer éve az egyik legkedveltebb és a leglátványosabb féldrágakő ill. festék alapanyag. Közép-Ázsiában népszerűek a belőle készült ékkövek, ékszerek. Szerencsénkre a világon csak kevés helyen bányásznak lápisz lazulit. A Tübingeni Egyetemmel együttműködve, PGAA mérésekkel – elsősorban a Cl- és S-tartalom alapján azonosítottuk a fő nyersanyaglelőhelyeket (Afganisztánban, Chilében, a Bajkál-tónál, ill. az Uralban). A PGAA lehetőséget nyújt továbbá az egyes kék festékek (úm. ultramarin, azurit, indigó, kolbalt kék, stb.) roncsolásmentes megkülönböztetésére, ami felhasználható pld. hamisítványok felkutatására.

Fémek

A fémművesség megjelenése jelentős lépés az emberiség történetében. A főbb régészeti korokat is az újonnan megmunkált fémek után nevezték el (lásd: Rézkor, Bronzkor, Vaskor). Az új ötvözési technikák bevezetése az egyes földrajzi helyeken eltérő időben történt, így az ötvözetek kémiai vizsgálata alkalmas lehet a fémműves műhelyek azonosítására. Elvileg a fémanyag nyomelemtartalma „ujjlenyomat-szerűen” jellemző lehet a nyersanyagra (ércre), valamint a kohászati technológiára (tüzelőanyag ill. flux). Mivel a fémeket általában értékes nyersanyagnak tekintették, a régi tárgyakat gyakran újraolvasztották. Ez jelentősen megnehezíti a fémtárgyak eredetének meghatározását.

Osztályunkon a PGAA módszert elsőként II. és IV. századi, Hegyeshalomnál talált római bronz fibulák vizsgálatára alkalmaztuk. A kutatást a Magyar Tudományos Akadémia Régészeti Intézetével közösen végeztük. Három különböző ötvözetcsoportot azonosítottunk: Cu-Zn, Cu-Zn-Sn és Cu-Sn ötvözőkkel. A sírokban talált pénzérmék alapján datált fibulák közül a II. századiak ólomtartalma kimutatási határ alatti volt, a IV. századi fibulák közül a fiatalabbak ólomtartalmát magasabbnak találtuk.

Egy másik tanulmányban egy Gicről (Nyugat-Magyarország) származó sárgarézzel futtatott bronz szíjvéget vizsgáltunk PGAA-val. A szokásostól eltérő motívumokkal díszített, magas ólomtartalmú szíjvéget a régészek egy kárpát-medencei avar ötvös munkájaként azonosítják, amely feltehetően a bizánci stílus egy helyi imitációja. A Bielefeldi Egyetemmel együttműködésben 25, dél-itáliai műhelyekből származó különlegesen szép római bronztárgyat, sisakot, pajzsot, askost, paterát vizsgáltunk. Ezeknél a nagyméretű tárgyaknál eltávolítottuk a mintatartó kamrát, és szűkített nyalábbal a tárgyak meghatározott pontjait elemeztük. A Cu/Sn arány alapján valamennyi tárgy anyaga az ún. „aes campanum”-nak adódott (Cu:Sn = 9:1).

Egy nagyobb méréssorozat keretében 115 – Kr. u. 119 és 194 között kibocsátott – római ezüst dínár összetételét vizsgáltuk. Valamennyi érmét a lengyelországi Romanów közelében találták. Eredményeink szerint a vizsgált időszakban az érmek Cu/Ag aránya folyamatosan növekedett 0,3-ról 0,5-re. Ez a szabad szemmel nem látható összetételváltozást a korabeli infláció jelének tekinthetjük.

Egy másik együttműködésben szűkített méretű neutronnyalábbal vizsgáltuk középkori angol rézdomborművek valamint holland ónkanalak összetételét. Az elemi összetétel (PGAA, BNC, Budapest) és a fázisszerkezet (TOF-ND, ISIS, UK) adatok összevetésével hasznos információ nyerhető a tárgyak készítésére vonatkozóan.


Hasonló tanulmányt végeztünk középkori európai orgonák rezgősípjain. A PGAA és a Kisszögű Neutronszórás (SANS) mérések eredményei segítséget nyújthatnak a restaurátoroknak az eredeti hangzás minél hűbb visszaadásában.

Üveg

Az üveggyártást – akárcsak a fémkohászatot – az emberiség viszonylag későn fedezte fel. Az első üvegszerű – inkább fajanszhoz hasonlító tárgyakat a feltételezések szerint Kr. e. 3-4 ezer évvel Egyiptomban vagy Mezopotámiában készítették.

Az üveg fő alkotórészei a SiO₂ (homok), mint fő alkotó, növényi hamu, mint folyósító, valamint mészkő vagy dolomit, mint stabilizáló. A fő kémiai összetevők alapján meghatározható a nyersanyag(ok) eredete. A Na/K arány pl. megmutatja, hogy tengeri vagy erdei növény hamuját használták-e az üvegművesek. Az összetevők nyomelemtartalma szintén a nyersanyagok eredetére utalhat, míg a mesterségesen adagolt egyéb összetevők, színezők (Co, Cu, Mn, Fe, Sn) a technológia vagy a műhely „ujjlenyomatai” lehetnek.

A XVIII. századtól kezdve az üveggyártás során mesterségesen adagoltak bóraxot. A bór csillogó fényes megjelenést kölcsönzött a barokk üvegtárgyaknak. A bór, mint nyomelem ugyanakkor a PGAA-val egyik legjobban mérhető kémiai elem. Az üvegtárgyak bórtartalmának mérésével eldönthetjük, hogy egy üveg műtárgy a XVIII. század előtt vagy után készült, azaz közvetett kormeghatározást végezhetünk. A PGAA egy másik nagy előnye, hogy alkalmas H mérésére. A régi üvegtárgyak felületén megnő a megkötött hidrogén mennyisége, így hidrogénméréssel nyomon követhetjük a tárgy öregedését.

A fenti lehetőségeket kihasználandó, 2004-ben indítottunk egy projektet a varsói Institute of Nuclear Chemistry and Technology-val.

Kapcsolattartó

Archeometriai kutatásokkal kapcsolatos információkért forduljon Kasztovszky Zsolthoz.

MTA Izotópkutató Intézet

1525 Budapest, Pf. 77

Kapcsolat | Honlaptérkép

Honlaptérkép