ARKEOLOJİ VE KİMYA: ARKEOKİMYA

ARKEOKİMYAYA GENEL BAKIŞ

Arkeokimyayı oluşturan, arkeoloji ve kimya, geniş, zengin ve yoğun bilim dallarıdır. Ancak bu ikisi birbirinden çok farklıdır. Arkeoloji beşeri bilimlere veya sosyal bilimlere dâhildir, kimileri tarihi bir bilim olduğunu da söyleyebilir. Arkeoloji genellikle, açık alanlar, yıkıntılar, kazılar, çamur öbekleri ve taş, seramik veya metalden yapılmış kalıntılarla ilişkilendirilir. Diğer taraftan kimya bir temel bilim dalı olup çalışmalar genellikle kapalı alanlarda, laboratuvarlarda yapılır. Zor bir bilim dalı olarak görülür, ders kitapları ağır, formülleri karmaşık, terimleri sonsuz sayıdadır. Kimya; beherler, asitler, bunsen ocakları, tuhaf kokular ve laboratuvar önlükleriyle ilişkilendirilir. Birbirinden çok farklı olan bu iki alan nasıl bir araya getirilir?

Arkeokimya, bilim ağacının işte bu iki dalının kesiştiği noktaya oturur ya da kesişmesiyle oluşur. Gerçekte, alanların bu birleşimi birçok yeni gelişmenin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Bu yazının odak noktası işte bu iki akademik disiplinin birleşimidir.

Arkeokimya

Arkeoloji, günümüze kadar ayakta kalan, geçmişe ait malzeme ve madde kalıntılarıyla ilgili çalışmaları içerir. Arkeoloji geniş bir zaman aralığını, çok sayıda yer, prensip ve yöntemi kapsar. Şöyle ki, Belçika’daki yeni sayılabilecek savaş alanları da, Çin’deki Bronz Çağı tapınakları da, Afrika’da altı-yedi milyon yıl önce yaşamış ilk atalarımız da arkeologların çalışma alanına girer.

Arkeolojinin arkeolojik bilimi içeren çeşitli türleri vardır. Arkeolojik bilim arkeolojide kullanılan laboratuvar yöntemlerini içeren genel bir terimdir. Bu yöntemlerde alet kullanımı söz konusu olduğu gibi alet kullanımı olmayabilir; fauna (belli bir bölgede yaşayan hayvanların tümü) analizi, arkeobotanik, insan osteolojisi (insana ait iskelet sistemi ve kemiklerin incelenmesi), hatta bazı bakımlardan taş ve seramik analizi, ikinci gruba girer. Bazı hallerde bu yöntemler alanda da uygulanabilir.

Arkeometri, arkeoloji biliminin özel bir dalı olup arkeolojik kalıntıların fiziksel ve/veya kimyasal özelliklerinin, kronoloji, teknoloji ve benzeri konulardaki sorunların çözülmesi amacıyla, incelenmesini içerir. Bazen enstrümantal arkeoloji olarak da adlandırılır. Yaş belirleme, uzaktan algılama ve antik DNA’ların incelenmesi de arkeometrinin konusudur. Hayvanlara, bitkilere ve bazen insanlara ait çok eski DNA ve organik madde kalıntılarının incelenmesi bağlamında zaman zaman moleküler arkeoloji terimi de kullanılmaktadır.

Arkeokimya, arkeometrinin bir alt alanıdır. Arkeolojik materyalleri oluşturan inorganik ve/veya organik bileşiklerin, element ve izotopların incelenmesini kapsar. Arkeokimya öncelikli olarak (1) karakterizasyon (tarih öncesi materyallerin kimyasal bileşenlerinin belirlenmesi) ve (2) tanımlama (ne olduğu bilinmeyen kalıntının ilk halinin belirlenmesi) ile ilgilidir. Kalıntının tanımı ve içeriği ile ilgili elde edilen bilgiler çeşitli amaçlar için kullanılabilir. Bunlar;

• Kalıntının gerçekliğini belgelemek (bir kalıntının eskiliğini belirleme; genellikle sanat yapıtlarıyla ilgilidir)
• Koruma (bir eserin zamanla değişim ve bozunmasını önlemek üzere uygun koruma koşullarını belirlemek)
• Geçmişle ilgili arkeolojik sorulara cevaplar bulmak

Yapılan araştırmaların çoğunun, inorganik materyallerin elementel ve izotopik analizini, organik materyallerin ise bileşiklerinin belirlenmesini içerdiği anlaşılmaktadır. Bu araştırmalar bize, geçmişte yaşamış toplumların, geçim durumları, yedikleri şeyler, alışveriş ve ticaret yöntemleri, yaşam alanları, nüfusları ve daha birçok özellikleriyle ilgili bilgi vermektedir. Ayrıca, arkeolojik kalıntıların bileşimlerinin bilinmesi, bu kalıntıların müzelerde sergileme amacıyla korunması için gerekli şartların anlaşılmasında da yararlı olmaktadır. Zaten, arkeoloji biliminin birincil amacı, insanlık geçmişiyle ilgili daha çok bilgi kazanılmasıyla beraber, arkeolojik kalıntıların gelecek nesiller için saklanmasını da sağlamaktır.

Arkeokimya alanı, hem beşeri bilimlerin hem de fen bilimlerinin yöntemlerini, prensiplerini ve önermelerini bir araya getiren heyecan verici bir alandır. İki disiplinin örtüşmesiyle oluşan bu alanda, oldukça sıra dışı yeni araştırmalar yapılmaktadır. Bu alanda yer alan öğrenci ve profesyoneller bilim dışı kişileri bilimle ilişkilendirmek için çalışırlar. Aynı zamanda iki disiplin içermesinden ötürü, çalışmaların yapılmasının farklı yolları vardır ve iki ayrı grup tarafından yapılır. Bu gruplar;

(1) Fiziksel bilimlerle uğraşan arkeologlar

(2) Arkeolojiye ilgi duyan, fizikle uğraşan bilim insanları

Genellikle arkeologların, enstrümantal analizlerle yanıtlanabilecek ilginç soruları vardır ancak yöntemi çoğu kez anlayamazlar. Öte yandan, fizikçiler aletleri tanır ve analizleri yorumlayabilir ancak arkeolojik soruları veya karmaşık arkeolojik verileri çoğunlukla kavrayamazlar.

Ayrıca şöyle de bir durum var ki, element derişimleri, izotop oranları ve moleküler bileşimle ilgili sorulara yanıt verebilecek aletlerin sayısı azdır, karmaşıktır, değişkendir (örneğe göre değişiklik gösterir) ve genelde pahalıdır. Dolayısıyla, laboratuvarlarında bu aletleri kullanan kimyacılar ve diğer fen bilimcilerle arkeologlar, sıklıkla işbirliği yapmak durumundadır. Çoğu kez bu işbirlikleri kısa sürelidir ve tek bir soruna yoğunlaşır. Ancak, günümüzde analizlerde kullanılan aletler, kullanım kolaylığı kazanmakta ve gittikçe ucuzlamaktadır. Sonuçta, arkeologlar da bu araçları alıp laboratuvarlarında analizlerini kendileri yapmaya başlamışlardır. Artık araştırmalar daha çok arkeolojik bilgi bağlamında yapılmaktadır.

Arkeokimyanın hızla gelişen bir alan olması bir tesadüf değildir. Bugün, çok sayıda yenilikçi yaklaşımlar, geçmişle ilgili heyecan verici yeni bilgiler ortaya çıkarmaktadır. Tarih öncesi döneme ait kalıntılarda yapılan element ve izotop analizleri geçmiş toplumların yaşam alışkanlıkları yeme içme kültürleri, ticari ilişkileri ve toplumsal özellikleriyle ilgili bilgi vermektedir. Organik analizler kap kacak kalıntılarının içeriklerini ortaya koymakta ve bunların tarih öncesi dönemlerde nasıl yapıldıklarına dair bilgiler sunmaktadır. Eski toplumlara ait DNA analizleri, geçmiş insan toplulukları arasındaki ilişkileri ve toplulukların ana çıkış noktalarını ortaya koymaktadır.

Gelecekte, arkeolojik keşiflerin çoğunun alanda değil laboratuvarda yapılacağı anlaşılmaktadır. Arkeokimya, belki şu an yalnızca hayal ürünü olan yöntem ve araçlarla, geçmişin sırlarına ışık tutacaktır. Bu nedenle, bugün, arkeoloji alanında bilim insanlarını yetiştirmek, arkeoloji laboratuvarları kurup içlerine ölçüm aletleri koymak her zamankinden daha önemlidir. Akılda tutulması gereken temel prensip şudur; arkeokimya her zaman sorun odaklı çalışmalıdır. Her araştırmada en önemli soru, “ne bilmek istiyorsun?” sorusudur. Bu temel üzerinde arkeoloji alanındaki bilim insanları, söz konusu soruyu cevaplayabilecek uygun yöntemlere, örneklere, ölçüm aletlerine, araştırmanın kapsamına karar verebilir. Ancak, soru ortada yokken, araştırma konusu belli değilken, yapılacak çalışma bir yöntemin uygulanmasından öteye gidemez.

Arkeokimyanın Kısa Tarihi

Arkeokimyayı daha iyi anlayabilmek için, arkeokimyanın bir dereceye kadar geçmişini bilmek gerekir. Bunun için kimyanın ve arkeolojinin tarihlerine kısaca göz atmakta yarar vardır.

Kimyanın ilk uygulamaları tarihte öylesine derinlere uzanır ki, iz sürmek bile mümkün değildir. Yazılı tarih öncesinde yalnızca doğadaki birkaç element bilinmekteydi. Binlerce yıldır, dünyanın çeşitli yerlerinde demir, bakır, altın, gümüş, kurşun ve kalay gibi elementler doğal halleriyle kullanılmıştır. Bronz çağının başlangıcında, yaklaşık 5000 yıl önce, bu elementlerden bazıları birbiriyle karıştırılmış veya alaşımları yapılmış ve kimyasal özellikleri az çok anlaşılarak işlenmiştir. Örneğin bakır ve kalay (bazen arsenik) karıştırılarak bronz yapılmıştır. Ancak, bilimsel girişimlerle keşfedilen ilk element olan fosforun keşfi, on yedinci yüzyılın ortalarına kadar mümkün olamamıştır. Ancak yüz yıl kadar sonra 1860’larda altmış üç element keşfedilip belirlenebilmiştir.

İnanılması zor olsa da on dokuzuncu yüzyılın başlarında, çoğu insan dünyanın ve atalarının derin bir geçmişi olduğunun farkında değildi. Kilisenin söylemleri, dünyanın MÖ 4004 yılında yaratıldığını insanlara kabul ettirmişti. İnsanlık tarihinin eskilere dayandığı ancak on dokuzuncu yüzyılın ortalarında, doğa bilimcilerin insan yapımı eserlerle soyu tükenmiş hayvan kemiklerinin birlikte bulunması insanın geçmişinin çok eskilere dayandığı fikrine temel oluşturmuştur. Arkeoloji on dokuzuncu yüzyılın sonlarına doğru akademik bir disiplin olmuştur. Arkeoloji mesleğinin yaşı 150 yıldan fazla değildir.

Bu alanların kombinasyonu olan arkeokimya da oldukça önemli bir geçmişe sahiptir. Bu konuda yararlı olabilecek birkaç yayın önerilebilir (Pollard vd. 2007; Tite 1991; Trigger 1988) İlk arkeokimyasal incelemeler, kimyasal prensiplerin arkeolojik sorulara uygulanabileceği görüş açısıyla, kimyacılar tarafından yapılmıştır. Başlangıçta, çalışmalar bir ya da birkaç elementin, kronolojik soruları cevaplama ve bulunan kalıntıların özgünlüğünü kanıtlama amacıyla, analiz edilmesine odaklanmıştır.

On dokuzuncu yüzyıl ortalarında, bir Avusturyalı kimyacı, arkeolojik kalıntıların kökenlerini bulmak amacıyla kimyasal bileşimlerinin kullanılabileceğini öne sürdü. Benzer şekilde 1860’larda bir Fransız jeolog, Neolitik dönem taş baltaların kaynaklarının, bileşimlerinden yola çıkılarak bulunabileceğini belirtti. Polonyalı bir eczacı olan Otto Helm, Yunanistan’ın Miken şehri kalıntılarında bulunan amber boncukların geldikleri yeri belirlemek için bileşimlerini belirlemeye çalıştı. Tarih öncesi çanak çömleklerin kimyasıyla ilgili ilk çalışmalardan biri de, 1895 yılında Amerikan Kimya Topluluğu Dergisinde (JACS) yayınlandı.

Yirminci yüzyılın ilkyarısında, dünya savaşlarının ivmelendirmesi sonucu gelişen askeri araştırmadan elde edilen teknolojileri çoğu kez kullanan bir seri yeni çalışma görüldü. Optik Emisyon Spektroskopisi (OES) gibi enstrümantal yöntemlerin bulunması, bronzun Avrupa’daki kökenleriyle ilgili birçok esaslı araştırmanın başlamasını sağladı. Doğal olarak yeni cihazların devreye girmesi daha çok sayıda materyalin incelenmesini sağlamıştır. Bu çalışmalarda binlerce Avrupa kaynaklı bronz eşya analiz edilmiştir (Caley, 1967; Junghans vd., 1960).

1930’larda, İsveçli Arrhenius, arkeolojik alanların belirlenmesi amacıyla fosfat analizinin kullanılması üzerine bir seri makale yayınlamıştır. Fosfat, kemik, dışkı ve topraktaki diğer organik maddelerde bulunduğundan yerleşim yerlerinde birikmektedir. Arrhenius bu bilgiye dayanarak, geniş alanlardan toprak örnekleri alıp fosfat analizlerinin yapılması üzerine geliştirdiği oldukça hızlı analiz tekniğini kullanarak, arkeolojik kazı bölgelerindeki fosfat derişimlerini belirlemiştir. Fosfat derişiminin yüksekliği genellikle o bölgenin geçmişte insan yerleşimi olduğunu göstermektedir. Arrhenius’un çalışması başka elementlerin geçmiş dönemlerdeki insan aktivitesini belirlemede kullanılabileceğini gösteren çalışmalarla devam etmiştir. Lutz (1951), Alaska’daki ören yerlerinden alınan topraklarda yüksek miktarda fosfor, azot ve kalsiyum olduğunu gözlemlemiştir. Bu elementlerin doğal olarak beklenen miktarları insan dışkısı, kemik ve diğer atıklar dolayısıyla artar. Cook ve Heizer (1965), kalsiyum, azot ve fosforu Kaliforniya’da bulunan ören yerlerindeki geçmiş aktiviteyi gösteren önemli belirteçler olarak incelemiştir.

Arkeokimyada görülen ilk çalışmalardan bir diğeri, yirminci yüzyılın ilk yarısında İngiltere’de Piltdown’da yapılmıştır. Burada bir insan kafatasına bir goril çenesi eklenerek oluşturulmuş bir kalıntı bulunmuş ve bunun insanla primat kökenleri arasındaki kayıp türe ait olduğu iddia edilmiştir. Ancak bu aldatmacayı ortaya çıkaracak tekniklerin geliştirilmesi neredeyse kırk yıl sürmüştür. İngiliz Doğa Tarihi Müzesi’nden Kenneth Oakley ve çalışma arkadaşları, Piltdown kalıntılarını 1940’ların sonunda tekrar analiz etmiş ve sahtekârlık ortaya çıkmıştır. Bu analiz için o zaman yeni olan bir “flor absorpsiyonu” yöntemi kullanılmış kemiklerdeki flor, demir, azot, kollojen, organik karbon, organik su ve radyoaktivite düzeyleri ölçülmüş, kemiğin kristal yapısı belirlenmiştir.

Flor absorpsiyonu kemik örneklerinde bir tür göreceli yaş belirleme olanağı sağlamaktadır. Kemikler ve dişler floru çevredeki yeraltı suyundan absorplar. Flor, hidroksiapatit (dişleri ve kemikleri oluşturan mineral bileşen) ile etkileşime girerek florapatit oluşturur. Bu tepkimenin doğada oldukça kararlı olduğu kabul edilmektedir. Bu yüzden, aynı yerde ve aynı zamanda toprak altına gömülmüş kemiklerdeki flor miktarının aynı olması beklenmektedir. Oakley’in çalışması, Piltdown adamının kafatası ve çene kemiğinde farklı flor derişimleri olduğunu göstermiştir. Sonuçlar 1953’te yayınlanmış ve Piltdown adamı, atalarımız listesinden çıkarılmıştır.

Aşağı yukarı aynı tarihlerde, radyokarbonun keşfi ile arkeolojik yaş belirlemesinde bir dönüm noktasına gelinmiştir. Atom bombasının yaratılması ile anılan Manhattan projesinin bir üyesi olan Willard Libby, radyoaktif karbon izotopunun, karbon-14, radyoaktif özeliklerini ve oldukça kısa olan yarılanma ömrünün önemini fark etmiştir.

Bilindiği gibi tüm canlılarda karbon bulunur. Bu canlılar öldüğünde vücutlarındaki karbon bozunmaya başlar. Her 5730 yılda bir, karbon-14 miktarı 5730 yıl öncesinin yarısına iner ve bu durum izotop bitinceye kadar devam eder. Bu olay arkeologlara odun, kömür, kemik, lif ve tohumda neredeyse 40000 yıl öncesine kadar hassasiyetle yaş belirlemesi imkânını sağlamıştır. Tarihte ilk defa, bu keşif sayesinde, arkeologlar buluntuların yaşları konusunda biraz da olsa kesin konuşabilmişlerdir. Libby 1960’da radyokarbonun keşfi ile Nobel ödülüne layık görülmüştür.

Son elli yılda arkeokimya alanında çok önemli işler yapılmıştır. Bu geçtiğimiz yarım yüzyılda, şimdi arkeokimya dediğimiz bilgi ve fikir hazinesine birçok yeni görüş, alet ve yeni işlemler kazandırılmıştır. Nicel kimyada yöntem ve cihazların gelişmesi jeolojik, biyolojik ve arkeolojik materyallerin bileşimleri ile ilgili daha ayrıntılı tanımlamalar yapılmasına olanak vermiştir. Günümüzde, çok sayıdaki yenilikçi yaklaşımlar ve teknikler geçmişle ilgili heyecan verici yeni bilgiler sunmaktadır. Bu alanda özelleşmiş ilk dergi olan “Archaeometry” 1958’de yayın hayatına başlamış, bunu 1974’te yayınlanmaya başlayan “Archaeological Science” izlemiştir.

İkinci Dünya Savaşından sonra, ABD’de yapılan atomik tepkimeler üzerindeki araştırmalar ve birçok reaktörün inşası Nötron Aktivasyon Analizi (NAA) tekniğinin gelişmesini sağlamıştır. NAA tekniği ve diğer yöntemler bakırın, kalayın, obsidyenin ve diğer ham maddelerin kimyasal analizinde kullanılmıştır. İki ayrı grup, kimyasal bileşiminden yola çıkarak obsidyenin kaynaklarını araştırmıştır. Obsidyen siyah renkte volkan camı olup materyaldir ve keskin kenarlarından ötürü tarih öncesi dönemde oldukça değer verilen bir malzemedir. Obsidyen dünyada ancak sınırlı sayıdaki yerlerde bulunur ve her kaynaktan çıkan obsidyenin kendine özgü bir kimyasal karakteri vardır ki bu karakter NAA kullanılarak tespit edilebilir. Konuyla ilgilenen Kuzey Amerika’daki bir çalışma grubu, obsidyenin Kuzeybatı Amerika’dan doğuya Mississipi’nin ötesine ticaretini araştırmıştır. İngiltere’deki diğer bir grup da antik Yakın Doğu’daki obsidyen kaynaklarını çalışmıştır.

Son yıllarda en dikkat çekici arkeokimya çalışmalarından bir kısmı alışılmadık insan kalıntılarının incelenmesi sonucu ortaya çıkmıştır. İtalyan Alpleri’nden Buz Adam Ötzi ve Washington’dan Kennewick Adamı bu çalışmalardan ikisidir. Buz adam, 5000 yıldır İtalyan Alplerindeki bir buzulun içinde donmuş olarak kalmış bulunan vücut kalıntılarına verilen bir addır. 1991 yılının yaz sıcağı buzulu eritmiş ve donmuş cesedin ortaya çıkmasını sağlamıştır. O zamandan beri, bu adamı ve ölmeden önceki aktivitelerini belirlemek için arkeoloji biliminin bilinen tüm imkânları kullanılmıştır.

Benzer bir durum Washington’da Kennewick Nehri üzerinde 1996’da bulunan insan iskeleti olayında ortaya çıkmıştır. Bu buluntu da çok önemlidir. Çünkü cesedin radyokarbon yöntemi ile belirlenen 9300 yıllık yaşı, onun tüm Amerika’daki en eski insan kalıntılarından biri olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu iskelet ayrıca kalıntıları incelemek isteyen arkeologlarla, cesedi tekrar gömmek isteyen yerlileri karşı karşıya getirmiştir. Kısa bir süre önce mahkeme arkeologların kalıntıları inceleyebileceği kararını vermiş ve o günden beri arkeolojik bilimciler Kennewick Adamı’nın diş ve kemikleri üzerine yoğunlaşmış durumdadır.

Geçmişi merak edenler için; Leslie Poles Hartley’in de dediği gibi; Geçmiş yabancı bir ülkedir; orada her şey başka yapılır.

Doç. Dr. Sevi ÖZ

Ahi Evran Üniversitesi

Kimya Bölümü

Yazı “Arkeokimyaya Genel Bakış, Sevi ÖZ, Şahinde DEMİRCİ, Gazi Kitabevi, ISBN: 978-605-344-530-2, Ankara, 2017” kitabından alıntılanmıştır.