Hvad er strontium og strontiumisotoper?

Strontium (Sr) der er et sporgrundstof, er det 38. grundstof i det periodiske system. Strontium findes i naturen i form af fire isotoper; 88Sr (82,53%), 87Sr (7,04%), 86Sr (9,87%) og 84Sr (0,56%). Strontium indgår som en naturlig del af fødekæden idet den substituerer for calcium. Det har vist sig at strontium forøger knoglernes densitet og dermed danner en vigtig del i vores knoglevæv/skelet. Tre af de fire naturligt forekommende strontiumisotoper er stabile, mens den fjerde, 87Sr, er radiogen; dvs. en del af det 87Sr som findes på jorden er et produkt af et radioaktivt henfald af naturligt forekommende 87Rb (Rubidium; halveringstid på 48,8 milliarder år). Når man nævner strontium, får det de fleste mennesker til straks at tænke på strontium-90 og Tjernobylulykken. Strontium-90 (90Sr) er en højradioaktiv isotop, men den findes ikke i naturen, den dannes som affaldsprodukt i atomkraftværker; og er derfor ikke vigtig i forhold til forhistorisk materiale.

Strontiumisotoper bruges i arkæologien som sporingsmetode, der bygger på anvendelsen af to af de fire naturligt forekommende isotoper, nemlig 87Sr og 86Sr, og især på variationerne i deres forhold: 87Sr/86Sr (det kaldes for et forhold der det ikke nogen SI enheder). Dette forhold relateres til de naturlige mængder af disse to isotoper i jorden, og derfor ses ofte en værdi i størrelsesordenen ~ 0,7( ~ 7% 87Sr / ~ 10 86Sr). Samtidig er disse forhold direkte relateret til det geologiske materiale, som de stammer fra (dvs. bjergartstype, alder, bestemte mineraler osv.).
Kombinationen af det oprindelige 87Sr samt det, som dannes gennem tiden ved radioaktivt henfald fra 87Rb, kan derfor relateres direkte til geologien. For eksempel er de fleste bjergarter i jordens skorpe granitiske, og disse indeholder betydelige koncentrationer af rubidium og strontium, helt op til titusinder dele per million. Modsat højt differentierede magmatiske bjergarter (fra kappen), som fra starten har lave rubidium-til-strontiumforhold, hvilket medfører mindre ændringer over tid, end dem vi ser i granitiske bjergarter. Strontiumisotopisk udvikling gennem jordens lange geologiske historie er kompliceret, hvilket især skyldes den kendsgerning, at jorden fungerer som et kontinuerligt genbrugssystem, hvor tidligere dannede sten undertiden genanvendes (fx.under subduktionszoner) og rekonstitueres og kombineres til at skabe nye. Generelt er alder og bjergartstyper de vigtigste parametre, der styrer strontiumisotopsammensætningen, samt faktummet at der ikke sker nogen fraktionering gennem fødekæden. Det betyder at forholdet 87Sr/86Sr forbliver det samme fra bjergart til sediment til jord til planter og endelig til dyrene, som spiser og drikker i et bestemt geologisk område. Det er disse egenskaber af strontium, som gør det meget nyttigt for sporingssystemer også inden for arkæologien. I denne sammenhæng er det vigtigt at pointere, at forholdet 87Sr/86Sr betragtes som invariant over den arkæologiske tidsskala, idet halveringstiden for 87Rb er så lang.

Hvordan kan strontium anvendes i kulturhistorisk sammenhæng?
Strontiumisotopværdier/ -forhold har, inden for arkæologien, i løbet af de sidste 20 år tjent som mobilitetsindikatorer for forhistoriske mennesker og dyr. Populært sagt kan man sige at strontiumisotopværdier kan bruges som en slags datidens pas. Ved at analysere tandemaljen fra et individ kan man sige noget om den person er opvokset lokalt eller udenlands (for yderligere information se Metodens begrænsninger). Der findes i dag utallige eksempler på strontiumisotopanalyser af forhistorisk humant fund, hvor resultaterne har givet vigtige informationer om migration samt netværksforbindelser. Ydermere, er brugen af strontiumisotopanalyser blevet udvidet og nye metoder er blevet udviklet til fx træ, tekstiler, plantefrø og andre organiske materialer. Der findes endnu ikke andre så veletablerede naturvidenskabelige metoder hvorpå man kan komme så tæt på et individs proveniens. Denne information er yderst vigtig, da den kan bidrage med nye oplysninger omkring det socio-økonomiske netværk og mulige handelsruter.
Kendte eksempler hvor strontiumisotopanalyser er blevet anvendt i arkæologien er Ötzi ”the Iceman” (Chalcolithic) hvor man har fundet at det mest sandsynligt at han var opvokset nord for Bolzano i Italien, hvor han udstilles i dag, et andet eksempel er den velkendte ”Eulau” fælles/familiegrav hvor kvinderne viste sig at være immigranter og derfor er blevet fortolket som tegn på exogamy. I Danmark kan man nævne de følgende lokaliteter hvor strontiumisotopanalyser er blevet anvendt som en del af de naturvidenskabelige undersøgelser; Dragsholm (mesolitisk), Ellekilde (Jernalder), Trelleborg (Vikingtid) og Galgedil (Vikingtid) og mange flere er pt. på vej.

Hvornår kan et materiale anvendes?
Hvis man er interesseret i at lave strontiumanalyser af et eller flere individer for at undersøge mulig proveniens, skal man tage prøver fra en af tændernes tandemalje. Der anvendes ofte den første molar (se figur 1) som dannes fra fosterstadie til ca. 9 års alderen og repræsenterer denne periode i individets liv. Andre tænder kan også anvendes men de repræsenterer andre mineralizationstidspunkter i barnets liv. For eksempel repræsenterer den tredje molar teenager perioden.
Brændte tænder kan også anvendes. Til gengæld er diagenesis så stor i knoglerne på grund af deres højporøsitet at denne type analyse frarådes i hvert fald til proveniensbestemmelser. Knogler kan dog bruges som referencemateriale sammen med små dyr, jord, vand og lignende.

For analyser af organisk materiale såsom tekstil og træ, skal man kontakte laboratoriet, idet der er flere forholdsregler som er nødvendige i forbindelse med fjernelse af mulige forurening.

Metodens begrænsninger
Som alle metoder har strontiumisotopsystemet også sine begrænsninger. Den vigtigste er at der kan findes andre steder i verden med lignende isotopværdier, hvis geologien m.m. er som i det sted hvor udgravningen befinder sig. Derfor er det yderst nødvendigt at man tager den arkæologiske kontekst med i fortolkningsfasen. Et andet punkt som kan være vigtigt er mulig kontamination fra en højt marin kost, som vil betyde at man vil få en strontiumisotopværdi som afspejler havets strontiumisotopværdi og ikke den lokale. For at kunne bidrage med information om proveniens er det nødvendigt at have referencemateriale og data. Derfor skal der beregnes flere analyser end dem fra selve individerne.

Man skal altid være forsigtig i fortolkningsfasen for ikke at overfortolke resultaterne. Behandling af data ligesom behandling og procedurerne i laboratoriet er vigtige parametre som skal tages hensyn til og burde tages med i konklusioner.

Prøveudtagning
Den tand som man ønsker at lave analyser på skal have tandemajle nok (få milligram) til at dette kan udføres. Strontiumisotopanalyserne er destruktive, dvs. at der mistes den del af emaljen som udtages til analysen, dog er prøven oftest meget lille.

Tanden kan enten sendes i en lille kasse med evt. vat eller lignende omkring for at undgå at noget af tanden falder af. Man kan også sende selve emaljen (kontakt dog laboratoriet først). Efter tanden er pakket godt ind kan den sendes via post. Hvis tanden skal udstilles sidenhen skal der gøres opmærksom på dette, så prøven tages på en sådan måde at den er mindst skadelig.

Tanden opbevares tørt og i stuetemperatur.

Strategier for prøveudtagning
En enkelt tand er oftest ikke nok. Referencemateriale (små dyr, jord, vand, osv.) er nødvendigt i hver udgravning, og antallet kan være varierende i forhold til det a priori kendskab til området i forhold til andre forrige strontiumisotopstudier.

Resultater
Når resultaterne forekommer skrives oftest ikke en rapport, dvs. man vil normalt få strontiumisotop værdierne fra de forskellige individer. Hvert laboratorium har forskellige procedurer, men de fleste plejer at kræve en form for samarbejde i forbindelse med en publikation. Derfor er det vigtigt at gøre det klart fra begyndelsen hvilken form for samarbejde man ønsker at have.