Microstructura și originea Venusului din Willendorf

Achiziția de probe de oolit

Ooliții sunt roci deosebite, iar apariția lor este documentată cu acuratețe pe hărțile geologice și descrisă frecvent în literatură. Am analizat literatura de specialitate pentru astfel de apariții de ooliți în Europa continentală și am colectat mai multe mostre din 18 localități din Austria, Republica Cehă, Polonia, România, Croația, Bosnia și Herțegovina, Italia și Rusia, prin munca proprie de teren și din utilizarea colecțiilor de Natural. Muzeul de Istorie Viena (Austria). În plus, am achiziționat mostre din 15 localități din Franța, Elveția, Germania, Polonia și Ucraina de la geologi regionali.

Motivație pentru selecția ulterioară a eșantionului

Nu au fost aplicate criterii de excludere a priori în ceea ce privește strategia noastră de prelevare a oolitului. Toate ooliții au fost analizați în funcție de textura lor (dimensiunea, sortarea și densitatea ooizilor) și conținutul de fosile (mărime, cantitate, compoziție taxonomică, fragmentare). Mai târziu, Venus-oolitul a fost datat biostratigrafic de noi ca Jurasic. Prin urmare, toate probele mai vechi (Triasic) și toate cele mai tinere (Cretacic, Terțiar) au fost excluse din analizele statistice ulterioare. În timp ce fosilele plutesc în număr mic printre ooizii din Venus, multe mostre de oolit prezintă o textură foarte eterogenă de ooizi și bioclaste, adică fragmente de fosile. Prin urmare, probele în care bioclaste apar în cantități de formare a rocii și/sau care prezintă dimensiuni mari foarte diferite au fost, de asemenea, excluse din analize. Tabelul cu date extinse 4 rezumă aceste proprietăți. Rețineți că criteriile de excludere sunt enumerate în mod exemplar și nu exhaustiv.

scanare µCT

O primă scanare a lui Venus de la Willendorf a fost efectuată pe 8 ianuarie 2013 la Centrul de bază pentru micro-tomografie computerizată de la Universitatea din Viena cu un scaner μCT VISCOM X8060 (Germania) construit la comandă: 150 kV, 210 μA, 1400 ms, diamant țintă de transmisie de înaltă performanță, filtru de cupru de 0,75 mm, rezoluție spațială 53 μm. Au fost efectuate scanări suplimentare în același laborator pe 22 martie 2016, concentrându-se pe regiunile picioarelor și ale capului: 150 kV, 150μA, 1400 ms, țintă de transmisie de înaltă performanță diamant, filtru de cupru de 0,50 mm, rezoluție spațială 11,5 µm. Imaginile cu raze X au fost luate din 1440 de unghiuri diferite. Folosind retroproiecția filtrată în software-ul VISCOM XVR-CT 1.07, aceste date au fost reconstruite ca volume 3D cu o adâncime de culoare de 16.384 de valori de gri. Pentru lucrul asupra morfologiei brute a întregii figurine și asupra limoniților, au fost utilizate scanările de 53 µm. Pentru extragerea bivalvei au fost utilizate scanări de 11,5 µm ale capului. Pentru analiza mărimii granulelor, au fost prelevate șase felii individuale de 11,5 µm: regiunea capului: xy-slice 800, xy-slice 1600; regiunea piciorului: xy-slice 650, xy-slice 700, xy-slice 1100, xy-slice 1300.

Pandantivul Brillenhöhle a fost scanat pe 8 martie 2017 la Core Facility for Micro-Computed Tomography de la Universitatea din Viena cu același scaner utilizând următorii parametri: 150 kV, 150μA, 1901 ms, țintă de transmisie diamant de înaltă performanță, filtru de cupru de 0,50 mm , rezoluție spațială 11,5 µm.

Probele individuale de oolit au fost, de asemenea, scanate µCT înainte de secționare între 2016 și 2018 la Core Facility for Micro-Computed Tomography de la Universitatea din Viena, cu setări similare cu Venus și pandantiv, care au variat doar puțin în timpul de expunere: 150 kV, 150 μA, 1900–2500 ms, țintă de transmisie diamant de înaltă performanță, filtru de cupru de 0,75 mm, rezoluție spațială 11,5 µm.

Secționare subțire

Analiza litologică a secțiunilor subțiri din calcare oolitice oferă informații unice cu privire la proveniența probei, fosilei sau figurinei arheologice. Dimensiunea granulelor și sortarea particulelor (ooide) sunt cele mai importante pentru compararea cu scanările µCT ale lui Venus. Boabele acoperite, cum ar fi ooidele, prezintă un cortex extern cu o structură concentrică de aragonit, calcit sau micrit și un nucleu intern (de exemplu fosile, litoclaste sau minerale).

Pregătirea pentru secţionarea subţire a cuprins următoarele etape: prelevarea de roci mai mari (în câmp şi colecţii), tăierea unei probe de rocă pătratică de cca. 40 × 40 × 10 mm, măcinarea feliei de rocă până la o planeitate completă utilizând pulbere SICA (carbură de siliciu cu dimensiunea granulelor 220, 600 și 1000 ym), folosind pahare sablate pe o singură față (50 × 50 mm) cu planeitate completă și o dimensiune definită. grosime (1,55 mm), pregătirea suprafeței feliei de rocă cu rășină turnată „water-clear” UN 3082 și întăritor „water-clear” UN 2735, fixarea feliei de rocă cu rășina ARALDITE AY 103-1 și întăritor ARADUR HY 951 la lama de sticlă sablata, tăierea materialului de rocă la o grosime de 0,3 mm, măcinarea secțiunilor subțiri la o grosime de 60 µm, în final măcinarea secțiunilor subțiri cu ajutorul pulberii SICA (carbură de siliciu cu granulație 220, 600 și 1000 ym ) până la o grosime finală a secțiunii subțiri de 20 µm (+ rășină).

Fotomicrografiile digitale de înaltă calitate ale secțiunilor subțiri au fost efectuate pe un microscop Discovery.V20 Stereo Zeiss. Măririle specifice au fost × 4,7, × 10,5 și × 40 în modul de lumină transmisă. Imaginile de la AxioCam MRc5 Zeiss au fost procesate și documentate folosind AxioVision SE64 Rel. 4.9 sistem de imagistică. Fotomicrografii suplimentare au fost realizate din suprafețe de materiale roci care au stat la baza analizelor de secțiune subțire. Noi microfotografii de suprafață ale figurinei Venus au fost efectuate în modul de lumină incidentă.

Segmentarea și măsurarea incluziunilor

Stivele de imagini µCT au fost importate în Amira 6.5. (ThermoFisher Scientific) și virtual segmentat pentru a izola concrețiile de limonit și incluziunile individuale de biogene, cum ar fi bivalvul descris mai sus. Am aplicat un algoritm de segmentare semi-automat bazat pe protocolul de jumătate de înălțime maximă propus de Spoor și colegii.35. Ulterior, am generat modele 3D de suprafață virtuală pentru concrețiuni de limonit și învelișul bivalvelor. Concrețiile de limonit au fost apoi măsurate de-a lungul celor trei axe majore ale elipsoizilor. De asemenea, a fost generat un model de suprafață virtuală a lui Venus și dimensiunea cavităților emisferice a fost măsurată în două dimensiuni (a treia dimensiune nu era aplicabilă deoarece cavitățile erau deschise). Mediile au fost calculate în IBM SPSS Statistics 27 (Extended Data Table 2).

Distribuția granulometriei

Probele µCT (CT) și secțiuni subțiri (TS) au fost editate și mărimile granulelor măsurate folosind software-ul ImageJ36. În cazul imaginilor TS, dimensiunea pixelilor a fost specificată prin măsurarea scărilor desenate pe secțiunile subțiri (distanța rezultată în pixeli egalând 1 inm în scanări). Pentru imaginile CT, dimensiunea pixelilor a fost cunoscută din parametrii de scanare (11,5 µm).

Pentru a edita obiectele reprezentate pentru măsurare, mostrele au fost mai întâi ajustate în ceea ce privește luminozitatea și contrastul, după care au fost convertite în binare (imagini alb-negru). În cazurile în care a fost necesară scăderea zgomotului, au fost aplicate funcțiile „despeckle”, „median” (filtru) și „eliminare valori aberante”, toate acestea fiind filtre mediane care înlocuiesc pixelii cu valorile de culoare ale pixelilor din jur.37. La eliminarea valorii aberante, au fost utilizate valorile implicite (raza: 2,0 px, prag: 50). Obiectele individuale au fost apoi corectate manual (instrumentul creion și instrumentul pensulă), de exemplu, pentru a supravopsi pixeli albi sau a urmări obiecte nedefinite, prin comparație vizuală cu imaginile originale. Pentru a izola obiectele individuale, a fost folosită funcția „Watershed”, care separă automat obiectele cu linii albe. Această metodă de segmentare calculează hărți de distanță euclidiană, în care punctele erodate finale (maxime locale) sunt găsite și apoi dilatate până când se atinge marginea obiectului sau o altă linie de dilatare.37. Separările rezultate au fost corectate cu instrumentul creion, din nou prin comparație cu imaginile originale.

Obiectele rezultate au fost apoi analizate, excluzând obiectele de la margini. Au fost selectați ooizi clar identificabili, în timp ce litoclastele, materialele biogene și alte părți ale matricei, precum și ooizii nedefiniti (de exemplu, părți cu acumulări foarte dense), au fost deselectate. Selecțiile generate au fost măsurate, rezultând un diametru Feret pentru fiecare ooid. Toate analizele ulterioare au fost efectuate cu aceste diametre, care constituie cea mai mare distanță dintre oricare două puncte de-a lungul fiecărei limite de selecție37.

Statistici

Toate diametrele boabelor au fost transformate în log (logaritm natural), iar pentru fiecare locație funcția de densitate de probabilitate (pdf) a fost calculată prin estimarea densității nucleului netezită cu regula lui Silverman pentru a determina lățimea de bandă. Pentru cuantificarea diferenței generale dintre distribuțiile de dimensiune a două situri, am folosit distanța Hellinger, Hîntre funcțiile de densitate de probabilitate corespunzătoare:

$$ H ^ {2} (f_ {i}, f_ {j}) = 1 – int { sqrt {f_ {i} (x) f_ {j} (x)}} dx, $$

Unde fi și fj sunt pdf-urile pentru site-uri i și jși X este diametrul transformat în log (de exemplu,38). Distanța Hellinger este o funcție de distanță metrică și măsoară suprapunerea a două distribuții, unde H = 0 indică distribuții identice și H = 1 nu se suprapune deloc. Valoarea 1 – H2denumit și coeficientul Bhattacharyya, se referă la probabilitatea medie (rădăcină) a elementelor eșantionului icare urmează să fie extras din eșantion j(si invers). Am calculat distanțele Hellinger dintre fiecare loc și eșantionul de Venus reunit (cuprinzând toate mostrele de cap și picioare).

În plus, am efectuat o analiză de ordonare (analiza coordonatelor principale, numită și scalare metrică multidimensională39) dintre toate distanțele Hellinger perechi dintre site-uri. Distanțele euclidiene pe perechi din graficul primelor două coordonate principale au reprezentat 76% din varianța dintre distanțele Hellinger complete, iar corelația dintre distanțele Hellinger pe perechi și distanțele euclidiene pe perechi din primele trei coordonate principale a fost r= 0,97, indicând o bună reprezentare.

Comparație între µCT și secțiuni subțiri

Pentru toate localitățile oolitice, se pot produce secțiuni subțiri și pot fi utilizate pentru a determina distribuția granulometriei. Pentru Venus de la Willendorf și pandantivul Brillenhöhle, în mod natural nu au fost disponibile secțiuni subțiri și a trebuit să fie utilizate imagini µCT. Am scanat câteva dintre celelalte mostre de oolit înainte de secţionarea subţire pentru a evalua diferenţele potenţiale în distribuţia mărimii granulelor dintre secţiunile subţiri şi µCT. Secțiunile subțiri au o rezoluție spațială puțin mai mare, dar pentru o rezoluție de scanare µCT de 11,5 µm, aceasta este de o importanță mai mică pentru măsurarea diametrelor particulelor cu un interval de dimensiuni tipic de la 0,15 mm la 1,5 mm. Secțiunile subțiri oferă un contrast mai bun decât imaginile µCT. Datorită caracteristicilor de absorbție a razelor X ale ooizilor calcificați, a cortexului, a incluziunilor biogene și a nucleilor ooizi, aceste imagini au furnizat calități variate, variind de la o bună reprezentare a ooizilor până la o diferențiere foarte slabă, ceea ce a făcut practic imposibil. pentru a delimita granițele ooide. Venus, precum și pandantivul Brillenhöhle au prezentat o diferențiere relativ bună. Pentru unele localități oolitice care oferă o diferențiere relativ bună (Savonnieres, Stránská Skála) și un eșantion experimental din Bahamas care include numai boabe, am măsurat distribuția granulometriei în secțiuni subțiri, precum și în scanări µCT. Ca date extinse Fig. 5 arată că, pentru proba experimentală de cereale din Bahamas, care nu este deranjată de nicio incluziune, este aproape o potrivire perfectă. În cazul ooliților, distribuțiile se suprapun în mare măsură, dar µCT supraestimează ușor dimensiunea granulelor, deoarece secțiunile mai mici de ooid tind să fie trecute cu vederea din cauza diferențierii mai slabe. Deoarece granulele de Venus sunt printre cele mai mici din eșantionul nostru, o astfel de supraestimare nu ne-ar schimba rezultatele, deoarece celelalte mostre cu o dimensiune mai mică a granulelor sunt Sega di Ala și Isjum. Prin urmare, concluzionăm că datele din secțiuni subțiri și µCT pot fi combinate pentru această analiză.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.