地質考古學

一位地質考古學家正在分析法國高速鐵路東線的地層結構。

地質考古學家正在研究柱狀樣本

地質考古學(Geoarchaeology)是一門應用地理、地質、地球物理學和其他地球科學等多學科技術和理論來驗證所獲得考古結果及觀點的科學。地質考古學家的工作常涉及對土壤、沉積物以及其他地理概念的研究，並綜合使用人文社會科學、地球科學、計算機製圖、地理信息系統和數字地面模型等技術。地質考古學對社會很重要，它可讓考古學家了解被埋遺址和文物上的土壤、沉積物及岩石等地貌情況。通過地質考古手段，科學家們可定位古代城市和文物，並根據土壤性質估算出形成年代。地質考古學被認為是環境考古學的一個分支領域，因為人類活動可能改變了土壤，但考古學家能夠研究並重建過去的景觀和環境。

應用的技術

柱狀取樣

柱狀取樣是一種從剖面中採集樣本的技術，用於分析和檢測剖面下的埋藏過程。狹窄的金屬筒被成排地錘入剖面層，以收集完整的剖面圖以供研究。如果需要多根錫筒，則將它們偏移排列並向一側重疊，以便在實驗室條件下模擬完整的地層結構。

灼燒減重測試

土壤有機質含量的灼燒減重測試是一種測量土壤樣本中有機物含量的技術，通過柱狀取樣，對從剖面中已知位置採集的樣本進行稱重，然後放入高溫烤箱中燒掉有機物。再次稱量灼燒後的樣品，所減少的重量就是特定剖面層有機物含量的指標，這些讀數通常用於檢測被埋藏的土壤層位。在剖面中可能看不到被埋藏的土壤地平線，而該地平線可能就代表了古代居住層。古代地表，尤其是史前時期的地表可能很難辨認，因此這項技術對於評估一個地區的史前地表和考古潛力非常有用。在進行對比測量中，如剖面中某些點的有機物含量突然上升，再結合其他指標，則就提供了被埋藏表面的有力證據。

近地表地球物理勘探

地球物理考古勘探方法用於非破壞性地勘探和調查可能具有考古價值的地下結構，常用的方法有：

• 磁強計；
• 探地雷達；
• 接地電阻測量；
• 電磁感應測量(包括金屬探測和磁化率測量)；
• 水下考古中的聲納(側掃、單波束或多波束聲納、沉積物聲納)。

不太常用的地球物理考古勘探方法有：

• 反射或折射地震測量；
• 重力測量；
• 熱成像。

土壤剖面的偏移柱採樣

磁化率分析

材料磁化率是衡量其被外部磁場磁化的能力(迪林，1999年)。土壤磁化率反映了磁性氧化鐵礦物如磁赤鐵礦的存在，但僅靠土壤中含有大量的鐵並不意味着它就具有高磁化率，鐵的磁性形式可通過燃燒和發生在表土層及厭氧沉積物中的微生物活動形成，磁性鐵化合物也可在火成岩和變質岩中找到。

鐵與燃燒之間的關係意味着磁化率通常被用於：

• 現場勘查，在挖掘前確定具有考古潛力的區域；
• 識別爐床區域和沉積物中存在的燃燒殘留物；
• 解釋變紅區域是由於燃燒還是其他自然作用過程，如潛育(澇漬)所形成。

土壤形成和磁化率之間的關係意味着它還可用於：

• 識別沉積層序中被掩埋的土壤；
• 識別泥炭、湖泊沉積物中再沉積的土壤物質。

分光光度法測定磷酸鹽和正磷酸鹽含量

非天然土壤中的磷酸鹽來源於人、動物、垃圾和骨頭，每年每百人約排泄出62公斤的磷酸鹽，垃圾中的磷酸鹽含量也差不多，而他們的動物則排泄得更多。人體內約含有650克PO₄(骨骼占到80%約500克)，這導致墓地里的磷酸鹽水平較高。大多數磷酸鹽都會很快「吸附在」粘土中並牢牢「固定住」，持續時間可長達數千年。對於1公頃的土地，這相當於大約每年150千克的PO_4}，大部分土壤中約已存在該量的0.5%到10%。因此，人類的占居會很快使土壤中的磷酸鹽濃度產生數個數量級差異。磷分布於土壤內不同的「蓄水池」中：1)有機(有效)，2)封閉(吸附)，3)結合(化學結合)。這些水池中的每一個都可漸變成更具腐蝕性的化學物質而釋放。一些研究人員(尤其是艾迪特)認為，這些存儲池間的比例可提供過去土地使用，甚至是活動年代的信息。

無論採用何種方式將土壤中的磷溶解到溶液中，其檢測方法通常都一樣，都用到「鉬藍比色」反應，其中顏色的深度與磷濃度成正比。在實驗室中，這是用色度計測量的，光線通過標準電池時會產生與光衰減成比例的電流。在考古現場，檢測棒應用同樣的反應，並將其與彩色圖表進行比較。

磷酸鹽濃度可繪製在考古平面圖上，以顯示以前的活動區域，也可用於在更廣闊景觀中尋找遺址。

粒徑分析

土壤樣本的粒徑分布可反映出地層或沉積物堆積的條件，顆粒大小通常通過干、濕篩分(如冰磧物、礫石和沙子等粗樣本，有時是更粗的粉砂)或測量樣本(細粉砂、黏土)的溶液(例如焦磷酸鈉)滲透度變化來分離。在加熱燈下，旋轉表玻璃可分離極細離散樣本中的顆粒。

繪製成的曲線結果圖，可用統計方法對顆粒分布和其他參數加以分析。

獲得的結果可用作進一步的文化跡象、宏觀和微觀化石以及其他有趣特徵的調查，因此，粒徑分析實際上是處理樣本時首先要做的事。

微量元素檢測

地球微量化學元素檢測是研究地質材料中並非大量存在的元素豐度，由於這些微量元素的豐度是由形成某類地質物時的特定大型地質活動所決定，因此，它們在分布有相同岩石類型或其他地質物的兩處位置間通常是唯一的。

地球考古學家利用地球化學中的微量元素特性來追蹤古代獲取資源和貿易的模式。例如，研究人員可通過觀察黑曜石文物中微量元素的組成對它們進行「指紋識別」，然後，可根據黑曜岩露頭的微量元素構成，來確定製作該文物的原料產地。

粘土礦物學分析

地質考古學家通過宏觀和微觀分析研究陶器的礦物特徵，並利用這些特徵來了解製作這些陶器所用的技術，由此了解哪些生產中心可能製作了這些陶器。還可以利用礦物特性來追蹤製作陶器的原材料，找到特定的粘土沉積物。

介形類動物分析

淡水體中自然存在的介形類動物會受到人類活動所引起鹽度和pH值變化的影響，對沉積物柱中介形類貝殼的分析，顯示了農業和居住活動帶來的變化。該記錄可結合定年技術，以幫助確定人類居住模式和人口遷移的變化。

考古地質學

考古地質學一詞是「沃納·卡西格」(Werner Kasig)在1980年所提出，該學科屬於地質學的一個子領域，強調地球成分對於人類生命的價值。

另請查看

• 礦床模型

參考文獻

• Slinger, A., Janse, H.. and Berends, G. 1980 . Natuursteen in monumenten. Zeist / Baarn Rijksdienst voor de Monumentenzorg.
• Kasig, Werner 1980. Zur Geologie des Aachener Unterkarbons (Linksrheinisches Schiefergebirge, Deutschland) — Stratigraphie, Sedimentologie und Palaeogeographie des Aachener Kohlenkalks und seine Bedeutung fuer die Entwicklung der Kulturlandschaft im Aachener Raum Aachen RWTH Fak Bergbau… "zur Erlangung…" =. Aachen RWTH.
• Jonghe, Sabine de -, Tourneur, Francis, Ducarme, Pierre, Groessens, Eric e.a. 1996 . Pierres à bâtir traditionnelles de la Wallonie - manuel de terrain. Jambes / Louvain la Neuve ucl, chab / dgrne / region wallonne
• Dreesen, Roland, Dusar, M. and Doperé, F., 2001 . Atlas Natuursteen in Limburgse monumentenx- 2nd print 320pp. . LIKONA ISBN 90-74605-18-4
• Dearing, J. (1999) Magnetic susceptibility. In, Environmental magnetism: a practical guide Walden, J., Oldfield, F., Smith, J., (Eds). Technical guide, No. 6. Quaternary Research Association, London, pp. 35–62.

外部連結

• 哈薩克斯坦地質考古學實驗室 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）關於中亞地質考古研究的信息
• SASSA (考古學家土壤分析支持系統) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）