آنالیز ایزوتوپ‌های پایدار استرانسیوم و عناصر کمیاب Sr و Ba اسکلت‌های گورستان عصر آهن مسجد کبود تبریز

. مقدمه

1-1. آنالیز ایزوتوپ­های پایدار

یکی از شاخه­های مطالعاتی که از حدود سه دهه پیش در مباحث باستان­شناسی نوین ظهور کرده است، مطالعۀ­ ایزوتوپ­های پایدار موجود در بقایای استخوان و دندان است. ایزوتوپ­های متعددی در پژوهش­های باستان­شناسی به کار گرفته شده­اند که مهم‌ترین آنها کربن، نیتروژن، اکسیژن و استرانسیوم است. با مطالعۀ آنالیز ایزوتوپ­های پایدار می­توان به سؤالات بسیاری دربارة آب­و­هوای زمان باستان، تغذیه و اقتصاد زیستی و نیز جابه­جایی­ها و مهاجرت­های گروه­های انسانی گذشته پاسخ داد (Brown and Brown, 2011: 83).

ایزوتوپ ⁸⁷Sr، ایزوتوپی رادیوژنیک¹ است که طی زمان در اثر واپاشی روبیدیوم (⁸⁷Rb) به وجود می­آید و حدوداً %­7 از کل استرانسیوم موجود را تشکیل می­دهد. دیگر ایزوتوپ­های طبیعی استرانسیوم غیر رادیوژنیک و شامل ⁸⁴Sr (%56/0)، ⁸⁶Sr (%87/9) و ⁸⁸Sr (%5/82) هستند. نسبت ایزوتوپ­های استرانسیوم در پوستۀ زمین با توجه به سن و نوع سنگ­ها متغیر است (Faure, 1986: 121). تغییرات ترکیبات ایزوتوپی استرانسیوم در مواد طبیعی به صورت قراردادی به عنوان نسبت ایزوتوپی استرانسیوم (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) شناخته شده است که با توجه به فراوانی نسبی روبیدیوم و استرانسیوم و سن سنگ­ها، در مناطق مختلف متغیر است. نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr به طور کلی بین 700/0 تا 750/0تغییر است.

استرانسیوم عنصری است که از سنگ­های بستر به داخل خاک، آب‌های سطحی و سپس از آنجا به چرخۀ غذایی جانداران وارد می­شود؛ از این‌ رو، غلظت استرانسیوم و نسبت ایزوتوپی آن در خاک، آب‌های زیرزمینی، گیاهان و جانواران تا حد زیادی به جنس سنگ‌های منطقۀ مورد نظر بستگی دارد. اگرچه مقدار استرانسیوم در بافت­های گیاهی و جانوری تحت­تأثیر عوامل زیادی قراردارد، به دلیل اینکه تفاوت جرمی ایزوتوپ­های استرانسیوم بسیار اندک است، ترکیبات ایزوتوپی آن در اثر فرآیندهای بیولوژیک تغییر نمی­کنند (Sillen and Kavangh, 1982: 69). به طور کلی 99 درصد از استرانسیوم مصرفی در بافت­های اسکلتی و دندانی قرارمی‌گیرند (Schroeder et al., 1972: 548).

از دهۀ 1980 آنالیز ایزوتوپ‌های استرانسیوم در مطالعات باستان‌شناسی به عنوان شاخص مهاجرت (Ericson, 1985: 506) و همچنین برای ارزیابی ترکیبات رژیم غذایی جمعیت­های ماقبل تاریخ استفاده  شده­اند (Sealy et al., 1991: 404).

مطالعات جابه­جایی­های گروه­های انسانی بر مطالعۀ مینای دندان استوار است؛ زیرا این امکان را می­دهد که نسبت­های ایزوتوپی محل تولد را اندازه گرفت. نسبت ایزوتوپی محلی را می­توان از طریق آنالیز نمونۀ استخوان همان اسکلت­هایی که دندان‌های آنها آنالیز می­شود، از طریق آنالیز استخوان­های انسان و انسان‌های موجود کشف شده در محوطه یا از طریق آنالیز نمونه­های حیوانی جدید در مجاورت محوطه به­ دست آورد (Price and Burton, 2010: 237). به علت عدم تعادلی که در برخی از پژوهش­ها میان استرانسیوم محیط و استرانسیوم محاسبه شده از مینای دندان اسکلت‌های ماقبل تاریخ دیده شد، می­توان تمایزی بین نسبت استرانسیوم زمین­شناسی (Geologically available strontium) و نسبت استرانسیوم زیستی (Biologically available strontium) قائل شد (Bentley, 2006: 154; Price et al., 2002: 126). استرانسیوم زمین­شناسی شاملتماممنابعاتمسفری(بارش،زمینودریا)و نمایانگر ورودی محتمل استرانسیوم در محیط زیست­شناختی است (Bentley, 2006: 171). از سوی دیگر، استرانسیوم زیستی میانگین ورودی تمام منابع محیطیِ استرانسیوم به بدن است که می‌تواند متعاقباً در بافت‌های اسکلتی و دندانی مشاهده شود (Price et al., 2002: 120). با وجود این، مینای دندان هر اسکلت باستانی منبع استرانسیوم زیستی است که به قوت میانگین منابع استرانسیوم محیط را انعکاس می­دهد (Bentley and Knipper, 2005: 638; Bentley et al., 2004: 368).

اندازه­گیری نسبت ایزوتوپ استرانسیوم­ در دندان و استخوان انسان می­تواند نشان­دهندۀ منطقه­ای باشد که افراد در آن رشد کرده یا مرده­اند؛ زیرا همان‌طور که ذکر شد استرانسیومی که از طریق منابع غذایی مصرف می­شود، طی فرآیند تشکیل استخوان و تغییرات بیولوژیک آن، به داخل اسکلت منتقل می­شود. بخش ارگانیک (آلی) استخوان پیوسته دست‌خوش تغییر می­شود؛ بنابراین، اندازه­گیری استرانسیوم استخوان، نسبت آن را در سال‌های پایانی زندگی فرد نشان می­دهد (Price et al., 1994: 421). از طرف دیگر، مینای دندان در کودکی شکل می­گیرد و دچار تغییرات اندکی می­شود (Hillson, 2005: 72)؛ بنابراین، تفاوت بین نسبت ایزوتوپی استرانسیوم استخوان و مینای دندان تغییر محل اقامت آن فرد را در مدت حیات نشان می­دهد (Price et al., 2002: 123).

برای به دست آوردن مقیاسی برای تشخیص نمونه­های بومی از غیر بومی، پرایس و همکارانش پس از سه دهه پژوهش در این حوزه، پیشنهاد کرده­اند که برای داشتن بازۀ اطمینان (Confidence limit) دقیق برای تشخیص نمونه­های بومی از غیر بومی، ضمن به دست آوردن میانگین زیستی منطقه با استفاده از نمونه­های دندان یا استخوان حیوانات (باستانی یا معاصر یا هر دو) و یا استخوان انسان، می­توان از بازۀ میانگین 2± استاندارد معیار استفاده کرد. بر این اساس، نمونه­هایی که در این بازۀ اطمینان قرارگیرند، بومی و در غیر این صورت غیر بومی محسوب می­شوند (Price et al. 2002: 132). پیشنهادهای مذکور در تمامی پژوهش­های بعدی به طور همه­جانبه مورد قبول واقع شده­اند و به عنوان قرارداد پذیرفته شده­اند (Harvig et al., 2014; Killgrove, 2013: 83; Shaw, 2009: 1083; Bentley et al., 2004: 371; Knudson et al., 2004: 11; Schweissing and Grupe, 2003: 1378) .

1-2. آنالیز عناصر کمیاب

آنالیز عنصر استرانسیوم برای مطالعۀ ترکیبات رژیم غذایی انسان‌های پیش از تاریخ از دهۀ 1970 استفاده شده است (Schoeninger, 1979). پژوهش­ها در زمینۀ رژیم غذایی با استفاده از عنصر استرانسیوم بر فرآیندی به نام «خالص­سازی زیستی» (Bio-purification) اتکا می‌کنند که طی فرآیندهای زیستی در بدن، استرانسیوم مصرف شده را نسبت به استرانسیوم اولیه پالایش می‌کند. فرآیند پالایش زیستی بر اساس این پیش­فرض است که استرانسیوم در مسیرهای سوخت­و­ساز بدن جایگزین کلسیم می‌شود؛ در نتیجه، به طور معمول نسبت استرانسیوم با نسبت کلسیم (Sr/Ca) مقایسه می‌شود (Burton and Price, 1999: 234).

باریم همانند استرانسیوم و کلسیم عنصر قلیایی خاکی است که در هیدروکسی آپاتیت (Hydroxyapatite) مینای دندان وجود دارد. الیاس و همکارانش (1982) نشان دادند که باریم و استرانسیوم در حد عناصر کمیاب، در بافت اسکلتی وجود دارند و تغییرات در ترکیب رژیم غذایی را منعکس می‌کنند (Burton and Price, 1999: 235). پژوهشگران بسیاری تلاش کرده­اند تا با استفاده از مطالعۀ فرآیند خالص­سازی زیستی باریم و استرانسیوم به ترکیبات رژیم­های غذایی باستانی دست یابند (Sillen et al., 1995: 283). با این حال، به دلایلی این تلاش­ها نتایج مطلوبی در بر نداشته است. دو مشکل اصلی در این مطالعات بروز کرده است که خود آنها به نحوی کلید مطالعات منشأیابی و مهاجرت محسوب می­شوند: 1- وجود نسبتاً اندکِ تغییر در ترکیبات عنصری رژیم غذایی، حتی در مواردی که تغییرات زیادی در نسبت مصرف گوشت و گیاهان دیده می­شود و 2- تنوع جغرافیایی نسبتاً زیاد در میزان استرانسیوم و باریم (Burton et al., 2003: 90)؛ به عبارت دیگر، رژیم غذایی انسان و در نتیجه استخوان و دندان انسان، در یک ناحیۀ معین، صرف­­نظر از میزان تغییرات در رژیم غذایی، مقادیر مشابهی Sr و Ba دارند، در حالی که غلظت این عناصر در مناطق مختلف جغرافیایی تحت­تأثیر ویژگی­های زمین­شناسی آن منطقه هستند و تفاوت قابل­توجهی را نشان می­دهند. این تفاوت­ها اگرچه برای مطالعات تغذیه سودمند نیست، می­تواند برای مطالعة مهاجرت و منشأیابی به کار رود (Burton et al., 2003: 93).

1-3. محوطۀ باستانی مسجد کبود                                          

محوطه­ای که در این پژوهش مطالعه می­شود، گورستان عصر آهن مسجد کبود تبریز است که در نتیجۀ کاوش‌های باستان­شناختی آن، 108 گور شناسایی شد که بر اساس گونه­شناسی سفالینه­ها و مصنوعات فلزی و شیوۀ تدفین و مقایسۀ آنها با مجموعه­های مکشوف از کاوش‌های تپۀ حسنلو و دینخواه­تپه، قدمت حدود 1200 تا 800 سال ق.م و بازۀ زمانی عصر آهن I-II برای آنها تخمین زده شده است که البته با نتایج سال‌یابی کربن 14 این محوطه‌ها نیز هم­خوانی نسبی دارد (هژبری نوبری، 1381و 1383).

یکی از مهم‌ترین پیش­نیازهای مطالعۀ مهاجرت با روش آنالیز ایزوتوپ­های استرانسیوم این است که منطقۀ مورد مطالعه دارای تنوع زمین­شناسی کافی باشد؛ زیرا نسبت ایزوتوپ­های استرانسیوم در مناطقی که از لحاظ زمین­شناسی یکسان هستند، تفاوت قابل­توجهی نشان نمی­دهد­(Ericson, 1985: 512; Price et al., 2002: 128). به همین منظور لازم است پیش از انجام دادن آنالیزها، مطالعات زمین­شناختی کافی دربارة منطقۀ مورد مطالعه انجام شود.

همان‌طور که در نقشه² (شکل 1) دیده می­شود، شهر تبریز در منطقۀ وسیعی از رسوبات کواترنری شامل رسوبات آبرفتی، رسوبات مخروط­افکنه­ای، رسوبات دانه­ریز و کانی­های رسی و رسوبات رودخانه­ای قرارگرفته است (GSI. Rpt. 6262, 1991). این در حالی است که در اطراف منطقه رسوبات پلیوسن و میوسن شامل ماسه­سنگ­، کنگلومرا، رسوبات آواری، سنگ­آهن و... دیده می­شود که به خوبی از منطقۀ وسیع کواترنری قابل تفکیک است و در نقشه با رنگ­های متفاوت نشان داده شده است. با توجه به این بررسی زمین­شناسی،     می­توان گفت منطقۀ دشت تبریز از یک­سو دارای ویژگی همسان بودن و همگنی خاصی است و از سوی دیگر، از مناطق هم­جوار اطرافش به خوبی قابل تفکیک است و از آنجایی که تفاوت­های زمین­شناختی مستقیماً بر نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr تأثیر می­گذارند (Faure, 1986: 194)، می­توان محوطه­های باستانی این مناطق را با روش آنالیز ایزوتوپی استرانسیوم مطالعه کرد.

شکل 1. نقشۀ زمین­شناسی دشت تبریز و مناطق اطراف

در ایران مطالعات بسیار اندکی دربارة بقایای اسکلت‌های تاریخی انجام شده است و این بخش از یافته­های باستان­شناسی که منبع اطلاعات بسیار با ارزشی دربارة فرهنگ‌های گذشته است، به آن کم­توجهی شده‌ است. از طرف دیگر، آنالیز ایزوتوپ‌های پایدار که روش بسیار مفیدی برای استخراج اطلاعات دربارة فرهنگ‌های پیشین است، با اینکه در چند پژوهش برای مطالعۀ اقتصاد زیستی و تغذیة باستان به کار رفته است، تاکنون برای مطالعه مهاجرت‌های باستانی استفاده نشده است.

اهداف این پژوهش به طور کلی شروع مطالعات جدید در زمینۀ زیست­باستان­شناسی و شناسایی و بررسی روش‌های نوین برای استخراج اطلاعات باستان­شناسی است. در این رابطه ابتدا میانگین ایزوتوپی محوطۀ مورد مطالعه تعیین خواهد شد که علاوه بر این پژوهش، می‌تواند در بسیاری دیگر از پژوهش‌های زمین­شناسی و باستان­شناسی و سایر علوم بین­رشته­ای استفاده شود. در ادامه، نسبت ایزوتوپی نمونه­های مورد مطالعه با میانگین ایزوتوپی منطقه مقایسه خواهد شد که به تعیین بومی یا بومی نبودن اسکلت‌های مورد مطالعه منجر خواهد شد.

2. مواد و روش­های مورد استفاده

2-1. نمونه­برداری

انتخاب نمونه­ها در این پژوهش بر اساس تعداد نمونه­های سالم و در دسترس بود. با توجه به مقاومت دندان‌های آسیاب اول و این مسئله که مینای این دندان­ها طی دورۀ جنینی و سال‌های اولیة کودکی شکل می­گیرد، معمولاً برای انجام دادن آزمایش ایزوتوپی از دندان‌های آسیاب اول (First Molar) (یا مولار اول) استفاده می­شود (Price and Burton, 2010: 119). در این پژوهش نیز اساس نمونه­برداری اسکلت­های بالغی بودند که دندان آسیاب اول آنها سالم بود و بر همین اساس، ده نمونه انتخاب شد. علاوه بر نمونه­های دندان، سه نمونه استخوان نیز برای محاسبه و تخمین نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr محوطه در نظر گرفته شد. نمونه­های دندان از گورهای شمارۀ 1/82، 11/82، 7/81، 8/81، 9/81، 12/79، 11/79، 7/79، 18/79 و 14/79 و نمونه­های استخوان نیز از گورهای 1/82، 8/81 و 14/79 برداشته شدند. نمونه­برداری با کمک استادان دندان­پزشک دانشکدۀ  دندان­پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تبریز و با ابزارهای مخصوص این کار انجام شد. جدول 1 مشخصات  نمونه­های دندان و استخوان مورد مطالعه در این پژوهش را نشان می‌دهد. سن نمونه­ها مشخص نشده است؛ زیرا گزارش­های منتشر شده فاقد این اطلاعات بود، اما می­توان به سادگی با مشاهدة اسکلت­ها پی برد که غیر از اسکلت شمارۀ 12/79 که به فردی نوجوان تعلق دارد، مابقی آنها متعلق به افراد بالغ است. تنها جنسیت برخی از اسکلت­ها در گزارش­های منتشر شده از حفاری آمده که این اطلاعات نیز در جدول 1 آورده شده است. به طور کلی می­توان گفت نمونه­ها ترکیبی از دو جنس مؤنث و مذکر و نیز برگرفته از لایه­های مختلف حفاری شده هستند. در تصاویر 1 و 2 نمونه­های استخوان و دندان مورد مطالعه در این پژوهش نشان داده شده‌ است.

جدول 1. مشخصات نمونه­های دندان و استخوان

تصویر 1. نمونه­های استخوان از گورهای شمارۀ 1/82، 8/81 و 14/79

2-2. آماده­سازی نمونه­ها

2-2-1. تمیزکاری نمونه­ها

تمیزکاری و برداشتن رسوبات اولیة نمونه­ها در آزمایشگاه «کتابخانه و موزۀ ملی ملک» انجام شد و کلیۀ مواد شیمیایی استفاده شده در این مرحله ساخت کمپانی مرک (Merck) آلمان بودند. پس از عکاسی واندازه­گیری وزن و ابعاد نمونه­ها، لازم بود که نمونه­ها برای نمونه­برداری مینای دندان تمیز شوند؛ زیرا رسوبات زیادی بر روی دندان­ها وجود داشت که وجود اندکی از آنها می‌توانست نتایج آزمایش‌ها را تحت­تأثیر قراردهد.

تصویر 2. نمونه­های دندان گورهای شمارۀ 1/82، 11/82، 7/81، 8/81، 9/81، 12/79، 11/79، 7/79، 18/79 و 14/79

تمیز کردن نمونه­ها به روش فیزیکی با استفاده از تیغ بیستوری و فرز انگشتی سیلور (Silver GT 10103) ساخت کشور چین انجام شد. پس از آن هر کدام از نمونه­ها به مدت ده دقیقه در حمام اولتراسونیک (Ultrasonic Fuses) ساخت کشور انگلستان قرار داده شدند. فرکانس امواج این حمام حدود Hz 60-50 بود که امکان جدا کردن ذرات و آلودگی‌های سطحی را ممکن می‌ساخت. بعد از خشک ­شدن نمونه­ها و خیساندن دوباره و تمیزکاری با قلم­مو، نمونه­ها مجدداً خشک شدند و در ادامه، در اتانول و نهایتاً در استون (برای زدایش پارالوئیدهای احتمالی) غوطه­ور شدند و سپس خشک شدند. شایان ذکر است که تیم مرمت­گر حاضر در کاوش اکثر اسکلت­های به دست آمده را از محوطۀ مسجد کبود با چسب پارالوئید B-72 استحکام­بخشی کردند (هژبری نوبری، 1381)؛ البته وجود یا عدم وجود پارالویید در نتایج آنالیز استرانسیوم تأثیری ندارد، اما برای سهولت در زدایش کامل رسوبات، لازم بود که این چسب­ها از نمونه­ها زدوده شوند که به همین­منظور تمامی نمونه­ها در استون غوطه­ور شدند. 

2-2-2. استخراج مینا و نمونه­برداری از استخوان­ها

مراحل این بخش در آزمایشگاه مؤسسة پژوهشی آنالیزی کیمیازی انجام شد. تمامی اسیدهای مورد استفاده فوق خالص (Suprapur Merck) و مخصوص آنالیزهای ایزوتوپی بودند. نمونه­های مینا و استخوان با استفاده از دریل دندان­پزشکی Crown (ساخت کشور چین) و با یک قلم (سرمته) به قطر 5/0 برداشته شدند. از هر دندان به میزان حدود 50 تا 60 میلی­گرم نمونه­ برداشته شد که نمونه­ها با ترازوی دیجیتالی (چهار رقم اعشار، METTLR TOLEDO، ساخت کشور سوئیس) وزن شدند که نیمی از نمونه­ها برای آنالیز ایزوتوپی و نیم دیگر آن برای آنالیز عناصر کمیاب استفاده شدند. برای اجتناب از آلودگی احتمالی نمونه‌ها، قلم نمونه­برداری پس از هر مرحله، با اتانول خالص و حمام اولتراسونیک تمیز شد.

نمونه­ها در داخل 5 میلی­لیتر آب مقطر فوق خالص (Milli-Q) غوطه‌ور و به مدت دو دقیقه در حمام اولتراسونیک قرار داده شدند. آب و آلودگی­هایی که طی آماده­سازی، از مینا و استخوان جدا شده بود، دور ریخته شد. فرآیند پاک­سازی اولتراسونیک سه مرتبه با آب مقطر فوق خالص (Milli-Q) تازه تکرار شد تا هرگونه آلودگی از نمونه­ها جدا شود. هر کدام از نمونه­ها در ویال ساویلکس (Savillex) 15 میلی­لیتری حاوی ml 3 HNO₃ سه نرمال ریخته شد تا استرانسیوم ثانویة (Secondary Sr) ناشی از لایه­های بیرونی شسته و زدوده شود. بلافاصله، به آن آب Milli-Q اضافه شد تا اسید خنثی شود که محلول حاصل با پیپت برداشته شد. مجدداً، نمونه­ها سه­بار در آب Milli-Q شسته و خشک شدند. پس از خشک شدن، مجدداً در HNO₃ سه نرمال حل شدند.

2-2-3. جداسازی استرانسیوم

برای اندازه­گیری دقیق نسبت ایزوتوپ­های استرانسیوم لازم است استرانسیوم خالص­سازی یا جداسازی شود و دلیل آن، این است که بین ⁸⁷Sr و ⁸⁷Rb تداخل ایزوباری وجود دارد (Price et al., 1992). برای غلبه بر این مسئله از ستون کروماتوگرافی یونی (Chromatographic Ion Exchange Column) و رزین استرانسیوم (Sr-SPEC resin) استفاده می­شود. رزین استرانسیوم جاذبۀ بسیار زیادی نسبت به استرانسیوم دارد که در نتیجه، امکان جداسازی این عنصر از عناصر مشابه شامل روبیدیوم، کلسیم، باریم و دیگر عناصر را فراهم می‌آورد (Poirier et al, 2003).

مقدار نمونه روی ستون کروماتوگرافی تبادل یونی برای جداسازی استرانسیوم به وزن نمونه­های هضم شده بستگی دارد. کلسیم خواص شیمیایی مشابهی با استرانسیوم دارد و مقادیر آن در مینا بسیار بیشتر است. تقریباً %97 ماتریکس مینا غیر آلی است و %­40 درصد این ماتریکس کلسیم و به صورت بلورهای فسفات کلسیم (هیدروکسی آپاتیت) است؛ بنابراین، %­40 درصد مینا کلسیم در نظر گرفته می­شود (Hillson, 2005: 314).

برای استخراج استرانسیوم، نمونۀ مینا و استخوان به ستون میکروکروماتوگرافی تبادل یونی انتقال داده شد. برای ساختن این ستون از سرنگی استفاده شد که یک فیلتر پلی اتیلن اتر در قسمت پایین آن قرارداده شد. رزین استرانسیوم مورد استفاده در این پژوهش رزین SR-B100-S ساخت کمپانی سیگما-آلدریچ (SIGMA-ALDRICH) و محصول کشور آمریکا بود.

بر روی فیلتر پلی اتیلن اتر یک لایۀ نازک رزین استرانسیوم ایجاد شد. با توجه به اینکه رزین استرانسیوم در غلظت معین اسیدی، قرابت بسیار زیادی نسبت به استرانسیوم دارد، یون‌های استرانسیوم را نگاه می­دارد و هنگامی که غلظت اسید کاهش یابد، استرانسیوم از رزین جدا می­شود (Shaw, 2009: 1081).

لایۀ نازکی از رزین بر روی ستون (سرنگ) حاوی آب مقطر فوق خالص کشیده شد و قبل از آنکه نمونه به داخل ستون ریخته شود، ستون با HNO₃ سه نرمال آماده شد. آماده کردن ستون با اسید نیتریک به این دلیل است که اطمینان حاصل شود رزین و فیلتر باعث دفع زودرس استرانسیوم نشوند و رزین، استرانسیوم را نگاه دارد. سپس نمونة حل شده به داخل ستون ریخته و اجازه داده شد تا از فیلتر رد و به داخل لولۀ زیر آن ریخته شود.

عناصر ماتریکس در مینا (عمدتاً کلسیم و فسفات) و استخوان با اضافه کردن دو میلی­لیتر دیگر HNO₃ سه نرمال از ستون شسته شدند. سپس با اضافه کردن ml 4 HNO₃ 05/0 نرمال به داخل ستون، استرانسیوم از فیلتر و رزین جدا و مایع به دست آمده به درون بشر تمیز دیگری چکیده شد. هنگامی که نمونۀ استرانسیوم آماده شد، ستون با دو میلی­لیتر HNO₃ سه نرمال مجدداً آماده شد. رزینی که یک­بار برای آماده­سازی نمونه استفاده شده بود، دور ریخته شد. محلول حاوی استرانسیوم بر روی هات پلیت گذاشته و دوباره تبخیر شد و مجدداً در ml 1 HNO₃ سه نرمال حل و برای بار دوم از ستون تمیز عبور داده شد. عناصر ماتریکسی مجدداً با  ml 1 HNO₃ سه نرمال شسته شدند و استرانسیوم نیز با ml 4 HNO₃ 05/0 نرمال جداسازی شد.

با توجه به اینکه غلظت کلسیم در مینای دندان و نیز استخوان، بسیار بیشتر از استرانسیوم است، اجرای بار دوم عملیات باعث زدودن یون‌های کلسیم می­شود و محلول حاوی استرانسیوم خالص تولید می‌کند.

2-3. آنالیز ایزوتوپی

آنالیز ایزوتوپی نمونه­های دندان و استخوان با استفاده از دستگاه طیف سنج ICP-MS ((Perkin Elmer مدل ELAN DRC-e (آمریکا) در مؤسسۀ پژوهشی آنالیزی کیمیازی انجام شد. دستگاه ICP-MS پیش از تزریق نمونه­ها به آن، کالیبره شد و ده بار نمونۀ استاندارد استرانسیوم (Strontium Carbonate Isotopic Standard) (SRM 987) اندازه­گیری شد که در تمامی موارد نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr اندازه­گیری شده 7102/0 بود. مقادیر مفروض این استاندارد 710250/0 است که آن را مؤسسۀ ملی استاندارد و تکنولوژی آمریکا (National Institute of Standard and Technology­) (NIST) تعیین کرده است و در صورتی که اندازه­گیری نمونة استاندارد در یک دستگاه با مقدار مذکور تفاوت داشته باشد، میزان تفاوت باید از نسبت ایزوتوپی سایر نمونه­ها کم شود (Price and Burton, 2010: 138). قابل ذکر است که دستگاه ICP-MS موجود در مؤسسۀ کیمیازی تنها قابلیت داشت نمونه­ها را تا چهار رقم اعشار اندازه­گیری کند و همان‌طور که نتایج ارائه شده در بخش بعدی نشان می‌دهند، چهار رقم اول مقادیر، مشابه­اند و نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونة استاندارد با استاندارد       بین­المللی مطابقت دارد؛ در نتیجه به تصحیح مقادیر اندازه­گیری شدۀ نمونه­ها نیازی نیست.

2-4. آنالیز عناصر کمیاب

مراحل آماده­سازی اولیه و هضم کردن نمونه­های دندان و استخوان برای آنالیز عناصر کمیاب مشابه این مراحل برای آنالیز ایزوتوپی بود، با این تفاوت که پس از حل کردن و رقیق­سازی، دیگر به ستون کروماتوگرافی و جدا کردن استرانسیوم نیازی نبود. آنالیز عناصر کمیاب استرانسیوم و باریم و نسبت Sr/Ca و Ba/Ca نیز با دستگاه فوق انجام گرفت و نتایج به دست آمده با استفاده از نرم­افزار (Version 22) SPSS با همدیگر مقایسه و از نظر آماری تحلیل شدند.

3. نتایج و تحلیل داده­ها

3-1. آنالیز ایزوتوپ­های استرانسیوم

با توجه به اینکه محوطۀ مسجد کبود امروزه در مرکز شهر تبریز قراردارد، امکان وجود آلودگی­های معاصر در این محوطه وجود دارد و از این رو نمی­توان از نمونه­های خاک و نمونه­های گیاهی یا حتی جانداران استفاده کرد (Price et al, 2002: 119)؛ در نتیجه بهترین گزینه که می­توانست نشان­دهندۀ میانگین ایزوتوپی محوطه باشد، اندازه­گیری نمونه­های استخوان بود. نمونه­های استخوان محوطه­های باستان­شناسی به عنوان شاهد و میانگین در پژوهش­های متعددی به کار رفته است و نتایج قابل ­قبول آن مکرراً تأیید شده است (Price and Burton; 2010: 211; Price et al., 2002: 122; Kusaka et al., 2009: 2283; Knusdson et al., 2004: 16; Schweisseing, 2003: 1381) که در واقع میانگین زیستی ایزوتوپی محوطه را به دست می­دهد.

برای به دست آوردن میانگین و انحراف معیار قابل­­قبول، از هر نمونه استخوان سه نمونه از قسمت­های مختلف آن برداشته و جداگانه آنالیز شد که نسبت­های ایزوتوپی ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونه­های استخوان در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2. نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونه­های استخوان

با توجه به ویژگی­های زمین­شناختی منطقۀ دشت تبریز (شکل­ 1)، محوطۀ مسجد کبود در منطقۀ وسیعی از رسوبات جوان کواترنری واقع شده است و نیز با در نظر گرفتن این مسئله که نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr در اکثر مناطق کواترنری جهان حدود 706/0 و یا کمتر از آن است(Price and Burton, 2010: 81; Price etal., 2002: 123; Ericson, 1985: 511) مقادیر به دست آمده در این آنالیزها قابل انتظار است. برای بررسی صحت نتایج علاوه بر کالیبره کردن دستگاه و نیز اندازه­گیری نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونۀ استاندارد، دو آنالیز جداگانه نیز بر روی دو نمونه از استخوان­ها، پیش از مرحلۀ جداسازی استرانسیوم انجام شد که مقادیر به دست آمده 336/0 و 467/0 بودند. با توجه به اینکه نسبت استرانسیوم در تمام مناطق کرۀ زمین رقمی بین حدوداً 700/0 و 750/0 (Faure, 1986: 112) است، کاملاً واضح است که این مقادیر اشتباه هستند که دلیل آن نیز به طور واضح تداخل ایزوباری استرانسیوم با روبیدیوم و نیز ناخالصی ناشی از وجود دیگر عناصر بود.

میانگین نمونه­های استخوان 7056/0 و انحراف معیار³ (SD) 0004/0 است (0004/0±7056/0). برای تشخیص نمونه­های بومی از مهاجر، طبق قرارداد محدوده­ای تعریف شده است که بر اساس آن میانگین نسبت زیستی استرانسیوم 2± انحراف معیار⁴ را شامل می­شود (Price et al., 2002: 129). بر این اساس، نسبت 7048/0 تا 7064/0 محدودۀ اسکلت­های بومی را شامل می­شود؛ به این معنا که نمونه­های دندانی که در این محدوده قرارگیرند، بومی و در صورتی که خارج از محدوده باشند، غیر بومی محسوب می­شوند. این نتایج در نمودار­1 نشان داده شده است. محدودۀ مذکور اگرچه از لحاظ عددی کوچک به نظر می­رسد، از نظر      زمین­شناسی و نیز فنی و دستگاهی برای نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr بازۀ وسیعی را شامل می­شود (Price et al., 1994: 416)، اما با توجه به اینکه محوطۀ مسجد کبود در منطقۀ وسیعی از رسوبات کواترنری قرارگرفته است که از یک طرف از لحاظ بافت زمین­شناسی یکدست و مشابه است و از طرف دیگر تفاوت زمین­شناسی آن با مناطق اطراف بسیار واضح و قابل­توجه است، می­توان چنین استنباط کرد که تفاوت نسبت ایزوتوپی منطقۀ دشت تبریز با مناطق اطراف شایان ­توجه و قابل اندازه­گیری است.

نمودار 1. نسبت  ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونه­های استخوان به همراه میانگین (خط منقطع) و 2± انحراف معیار (خطوط توپُر)

در جدول 3 مقادیر ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr به دست آمده از نمونه­های دندان نشان داده شده است که نمودار 2 این مقادیر را به صورت ستونی به نمایش گذاشته است.

جدول 3. مقادیر ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونه­های دندان

نمودار 2. نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونه­های دندان و مقایسة آنها با میانگین (خط منقطع) و 2± انحراف معیار (خطوط توپُر)

چنانچه در نمودار ­2 دیده می­شود، نمونۀ اسکلت 11/79 با نسبت 7048/0 در مرز 2- انحراف معیار قراردارد که قابل اغماض است، اما نمونۀ 8/81 که عدد 7073/0 را نشان می­دهد، با تفاوت نسبتاً زیادی خارج از محدوده قراردارد. غیر از این دو نمونه، مابقی نمونه­ها در داخل محدودۀ مذکور قراردارند؛ بنابراین، غیر از نمونۀ 8/81 می­توان ادعا کرد که مابقی نمونه­ها بومی محسوب می­شوند. نسبت ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr نمونۀ 8/81 سه­بار    اندازه­گیری شد که در هر سه­بار همین نتیجه حاصل شد. با توجه به مؤنث بودن این اسکلت شاید بتوان این مسئله را نشانه­ای از الگوی برون­همسری (Exogamy) دانست؛ همان­طور که مطالعات باستان­شناسی زیادی به وجود اسکلت­های مؤنث غیر بومی اشاره دارند که غالباً به دلیل وجود الگوی برون­همسری بوده است (Killgrove, 2013: 93, 2010: 66).

3-2. آنالیز عناصر کم­مقدار

برای حصول اطمینان از نتایج آنالیز ایزوتوپی، آنالیز عناصر کمیاب نیز انجام گرفت. همان‌طور که در مقدمه نیز بدان اشاره شده است، مطالعات عناصر کمیاب استرانسیوم و باریم که در ابتدا به منظور مطالعۀ تغذیه باستان آغاز شد، در ادامه با مشکلاتی مواجه شد که همانا نبود معیاری برای تشخیص و تفکیک میزان مصرف غذاهای گیاهی و گوشتی یا غذاهای دریایی بود، اما پیشرفت این پژوهش­ها در ادامه به این منجر شد که غلظت این عناصر در مناطق مختلف جغرافیایی کاملاً با همدیگر متفاوت است که در نتیجه می‌تواند برای مطالعه منشأیابی استفاده شود (Burton et al., 2003: 94).

با اینکه استخوان و دندان، تحت­­تأثیر فرآیند زیست­پالایی مشابهی قرار می­گیرند، الزاماً نتایج مشابهی را نشان نمی­دهند. با توجه به این واقعیت که مینای دندان پس از شکل گرفتن در سنین کودکی، اصطلاحاً کپسول یا بسته می­شود، قابلیت تبادل یونی و عنصری با محیط اطراف خود را از دست می­دهد و ساختار آن ثابت می‌ماند و غلظت عناصر موجود در آن با تغییر مکان فرد تغییر نمی­کند، در حالی که ساختار شیمیایی استخوان پیوسته با تغییر مکان موجود زنده تغییر می­کند و با محیط به تعادل می­رسد و از این‌ رو، شرایط آخرین محل اقامت نمونه را منعکس می­کند (Burton et al., 2003: 94; Price et al., 2002: 130)؛ بنابراین، تفاوت قابل­­توجه یا معنادار (Significant difference) در غلظت عناصر استرانسیوم و باریم در نمونه­های دندان و استخوان اسکلت­های موجود در یک محوطه می­تواند نشان­دهندۀ بومی یا غیر بومی بودن اسکلت­های مورد نظر باشد. به منظور دستیابی به معیار مشخص­تری برای تفکیک شباهت­ها و مطالعۀ تفاوت­های بین دو گروه نمونه، لازم است از آزمون تی (t-Test) استفاده شود و مقادیر پی (P-Value) برای هر سری از نمونه­ها به دست آید و در صورتی که مقدار پی به دست آمده کمتر از 05/0 باشد، می­توان تفاوت را معنادار فرض کرد، در غیر این صورت تفاوت معناداری بین دو گروه نمونه­های استخوان و دندان وجود ندارد (Drennan, 2009: 131; Burton et al., 2003: 90). در جدول 4 نسبت Sr/Ca و Ba/Ca و لگاریتم این مقادیر برای نمونه­های استخوان و در جدول 5 این مقادیر برای دندان ارائه شده است.

جدول 4. نسبت Sr/Ca و Ba/Ca و لگاریتم این مقادیر برای نمونه­های استخوان

جدول 5. نسبت Sr/Ca و Ba/Ca و لگاریتم این مقادیر برای نمونه­های دندان

جدول 6 نیز نشان­دهندۀ میانگین و 1± انحراف معیار (SD 1±) لگاریتم نسبت­های اندازه­گیری شده است. برای حذف تغییرات بزرگ و کاهش پراکندگی و در­ عین­ حال حفظ اهمیت تفسیری داده­ها، مقادیر مورد نظر به صورت تابع لگاریتمی درمی­آیند­(Shaw, 2009: 1089; Burton et al., 2003: 91; Burton and Price, 1990: 556) .

جدول 6. میانگین و انحراف­معیار نمونه­های دندان و استخوان

در این پژوهش برای به دست آوردن مقدار پی از نرم­افزار (Version 22) SPSS استفاده شد. برای این منظور پیش از آزمون تی لازم است که ابتدا نرمال بودن پراکندگی یا توزیع داده­ها بررسی شود. برای بررسی نرمال بودن توزیع داده­ها از آزمون کولموگوروف-اِسمیرنوف (Kolmogorov-Smirnov) استفاده شد. نتایج این آزمون برای مقایسۀ مقادیر Log Sr/Ca در نمونه­های استخوان و دندان مقدار 557/0 را نشان داد که از سطح معناداری که 05/0 است، بیشتر بود که در نتیجه می­توان گفت توزیع داده­ها نرمال است و برای مقادیر Log Ba/Ca عدد 912/0 حاصل شد که از سطح معناداری 05/0 بیشتر بود و در نتیجه، توزیع داده­ها در این مورد نیز نرمال است. با داشتن این نتایج می­توان با استفاده از آزمون تی میانگین داده­ها را مقایسه کرد.

برای مقایسة مقادیر Log Sr/Ca نمونه­های استخوان و دندان از آزمون تی مستقل استفاده شد. مقدار پی 509/0 است که از سطح معناداری 05/0 بیشتر است (05/0­P >)؛ به این معنا که اختلاف معناداری بین میانگین مقادیر Log Sr/Ca دیده نمی­شود. این مسئله در نمودار 3 به صورتی دیگر نشان داده شده است.

برای مقایسة مقادیر Log Ba/Ca در نمونه­های استخوان و دندان آزمون مشابهی انجام شد. نتایج این آزمون مقدار پی 821/0 را نشان داد که از سطح معناداری 05/0 بسیار بیشتر است (05/0 P >) و با اطمینان می­توان گفت که تفاوت معناداری بین مقادیر Log Ba/Ca در نمونه­های استخوان و دندان وجود ندارد. این نتیجه در نمودار 4 ارائه شده است.

نمودار 3. مقایسة میانگین و ± انحراف معیار مقادیر Log Sr/Ca نمونه­های استخوان و دندان

نمودار 4. مقایسة میانگین و ± انحراف معیار مقادیر Log Ba/Ca نمونه­های استخوان و دندان

با توجه به نتایج آنالیز عناصر کمیاب استرانسیوم و باریم و نسبت این عناصر به کلسیم، می­توان گفت مقادیر Sr/Ca و Ba/Ca در نمونه­های دندان تفاوت معناداری با نمونه­های استخوان ندارند. با توجه به این واقعیت که نمونه­های استخوان نسبت­های عنصری سال‌های پایانی سن اسکلت را نشان می­دهند و از طرف دیگر، نمونه­های دندان نشان­دهندۀ نسبت­های عنصری سال‌های نخستین سن اسکلت­ها هستند، نبود تفاوت معنادار بین این نسبت­ها حاکی از بومی بودن اسکلت­های محوطۀ باستانی مسجد کبود است.

4. نتیجه

در این پژوهش نمونه­های دندان و استخوان ده اسکلت از اسکلت­های مسجد کبود برای بررسی بومی یا غیر بومی بودن این اسکلت­­­ها با دو روش آنالیز ایزوتوپ­های پایدار استرانسیوم ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr و آنالیز عناصر کمیاب Sr/Ca و Ba/Ca مطالعه شد. برای به دست آوردن میانگین زیستی ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr محوطه از نمونه­های استخوان اسکلت­های مورد مطالعه استفاده شد که مقادیر (±2 SD) 0008/0± 7056/0 را نشان دادند. نتایج آنالیز ایزوتوپی دندان­ها و مقایسۀ آنها با میانگین به دست آمده نشان داد که غیر از اسکلت شمارۀ 8/81 مابقی نمونه­ها در محدودۀ بومی قراردارند. با توجه به مؤنث بودن اسکلت مورد نظر، این مسئله را می­توان نشانی از برون­همسری دانست که البته بررسی این مسئله به نمونه­ها و مطالعات بیشتری نیاز دارد.

آنالیز عناصر کمیاب استرانسیوم و باریم و نسبت Sr/Ca و Ba/Ca نیز بر روی نمونه­های دندان و استخوان انجام شد. مقایسة لگاریتم Sr/Ca نمونه­های استخوان با این نسبت در نمونه­های دندان نشان داد که مقدار پی 509/0 و بزرگ­تر از سطح معناداری است (05/0 P >)؛ در نتیجه می­توان گفت که اختلاف معناداری بین نسبت Sr/Ca نمونه­های دندان و استخوان وجود ندارد. مقایسۀ لگاریتم Ba/Ca نمونه­های استخوان و دندان از طریق آزمون تی نیز عدد پی 821/0 را نشان داد که این مقدار نیز بزرگ­تر از سطح معناداری است (05/0 P >)؛ در نتیجه می­توان گفت که در اینجا نیز تفاوت معناداری بین نسبت Ba/Ca نمونه­های دندان و استخوان وجود ندارد؛ بنابراین، نتایج آنالیز عناصر کمیاب حاکی از بومی بودن نمونه­هاست.

تشکر و قدردانی

نگارندگان بر خود لازم می­دانند از مسئولان محترم دانشگاه هنر اسلامی تبریز به خاطر حمایت‌های همه­جانبه در به سرانجام رسیدن این پژوهش و نیز از مسئولان محترم سازمان میراث فرهنگی، صنایع دستی و گردشگری استان آذربایجان شرقی برای در اختیار قرار دادن نمونه­های مورد بررسی صمیمانه سپاسگزاری کنند.

پی­نوشت

1. ایزوتوپ رادیوژنیک، ایزوتوپی است که در اثر واپاشی یک رادیوایزوتوپ به وجود می­آید.

2. این نقشه بر اساس نقشۀ زمین­شناسی تبریز، برگرفته از تارنمای سازمان زمین­شناسی (www.gci.ir) تهیه شده است.

3. Standard Deviation

4. (±2 SD)