Provenance study of the Early Iron Age Knobbed ware in Troia, NW Turkey and the Balkans. Petrographic and geochemical evidence

Abstract

At the beginning of the Early Iron Age in Troia, in the settlement phase VIIb2 (ca. 1100-1000 B.C.), new vessel forms (Knobbed ware) of hand-made pottery appeared. The same vessel forms, with similar decoration can be found in several archaeological localities in Turkish Thrace and the Balkans (Bulgaria, SE-Romania). In this geoarchaeological work the primary question is whether there is a possible common origin of the pottery from different regions? Was the Knobbed ware in Troia transported from the Balkans, or do we have to do it with transfer of technological solutions, and the vessels were made on the spot from local material? Moreover, which raw materials and technique (firing temperatures, etc.) were used in producing the ceramics? In order to answer these questions samples of 90 ceramic fragments and 69 comparative geological materials have been collected from the most important archaeological sites and survey areas of the occurrence of the Knobbed ware: Troia, the Avsa Island, Menekse Catagi, north Turkish Thrace in Turkey, and Chal, Ovcarovo, Diadovo, Pshenitsevo, Kirilovo, and Sborianovo in Bulgaria. A complex analytical procedure employed in this study included optical microscopy (petrographic modal and cathodoluminescence), chemical (XRF, NAA, EMPA) radiogenic isotopes of 87Sr/86Sr and 143Nd/144Nd, and XRD (X-ray diffractometry) analyses. In the first step the sherds have been grouped into eight petrographic groups and several subgroups based on their non-plastic inclusion composition. Using the major and trace elements Mg, K, Rb, Ba, Sr, Nb, Ti, Y, Zr, Fe, V, Cr and Ni, bivariate plots and PAAS-normalised multi-element diagrams were edited in order to determine the local sediment patterns of the different areas based on clayey and sandy sediments (local reference materials), sampled near the archaeological sites. Comparing the PAAS-normalised XRF data from the sherds to those of the local sediment patterns, using petrographic data as well as geological information of the different areas, I can conclude that most sherds seem to have affinities to local sediments in Troia and most archaeological sites discussed in this study. With the help of radiogenic isotopes I could chemically differentiate some more production locations, which could not be exactly identified using the XRF data. Neutron activation and electron microprobe analyses were used to analyse single rock or mineral fragments found in the sherds in order to compare their chemical properties to the results of former geochemical studies. Thus the results could be directly applied to those rocks and several effects (e.g. firing, alteration of a pottery), which might influence the results of the provenance analysis could be excluded. The results of the provenance analysis, corresponding with several former archaeological studies, show that petrographic and chemical signals of 82 out of 90 vessel fragments fit well the natural properties of possible local raw materials at the archaeological places of this study, indicating that these potteries were, with high probabilty, locally produced. Three of six sherds from south Bulgaria show clear affinities with north Bulgarian vessel fragments and sediments, thus I assume that their place of origin was north Bulgaria and they were transported from there to the South. Complex archaeometrical analyses proved that five other fragments from north Turkish Thrace and Menekse Catagi were not locally produced. In most cases, due to the absence of the comparative chemical and petrographic data, I could not determine the exact place of origin of the analysed sherds unequivocally, but several places could be excluded or, on the contrary, taken into consideration. One of largest problems posed in this work was to filter the chemical influence of temper on chemical and isotope geochemical composition. I could show that sherds containing non-plastic inclusions or added temper rich in trace elements (e.g. volcanites, magmatites), can influence the whole chemical composition of the (clayey) raw material of the sherds, and thus complicate the interpretation of the data. Consequently, in case of coarse wares, only the combined use of petrographic and geochemical analyses can give the effective provenance. On the basis of microscopic textural analysis I can establish that raw materials used for the ceramic production were mainly silty-sandy clays and/or river sediments. The use of very fine-grained clays or levigated materials can be excluded. By means of the clay mineral content (XRD data) analysed sherds were grouped into three groups, indicating each one different, but relatively low maximum firing temperature: in case of chlorite content: (550) 600-650 ºC, 10Å phillosilicate and calcite content: 700-750 ºC, and 10Å phillosilicate content: 800-850 ºC. Firing-cooling procedure took place mostly under reducing atmosphere, the fact reflected by the greyish-black colour of the samples.

Am Anfang der Früheisenzeit tauchen in Troia in der Siedlungsphase VIIb2 (ca. 1100-1000 v.Chr.) neue Gefäßformen handgemachter Keramik (Buckelkeramik) auf. Dieselben Gefäßformen mit ähnlicher Dekoration kann man in zahlreichen archäologischen Plätzen in türkisch Thrakien und auf dem Balkan (Bulgarien, SO-Rumänen) finden. In dieser geoarchäologischen Arbeit ist die wichtigste Frage, ob eine gemeinsame Herkunft der Buckelkeramik aus verschiedenen Regionen möglich ist? Ist die Buckelkeramik aus dem Balkan nach Troia transportiert worden, haben wir es nur mit dem Transfer der Herstellungstechnik zu tun, oder ist die Keramik vor Ort aus lokalen Materialen produziert worden? Eine andere Frage dieser Arbeit ist, welche Rohmaterialen und Technik (Brenntemperatur, usw.) für die Keramikherstellung benutzt wurden? Um diese Fragen zu beantworten wurden 90 Keramikfragmente und 69 geologische Proben (hauptsächlich sandige Tone und Schlamm) von den wichtigsten archäologischen Orten, wo Buckelkeramik gefunden sind (Troia, Insel Avsa, Menekse Catagi, nördliche Türkischthrakien in der Türkei bzw. Chal, Ovcarovo, Diadovo, Pshenitsevo, Kirilovo and Sborianovo in Bulgarien), gesammelt. Die in der Arbeit durchgeführten Untersuchungen umfassen die folgenden Methoden: mikroskopische (modale) Analyse und Kathodolumineszens, chemische Analysen (Röntgenfluoreszenz-Analyse (RFA), Neutronaktivierungs-Analyse (NAA), Mikrosonde-Analyse (EMPA) und radiogene Isotopen Untersuchungen (87Sr/86Sr und 143Nd/144Nd), bzw. Röntgendiffraktometrie (XRD). Als erster Schritt wurden die untersuchten Scherben, anhand ihrer Magerung, in acht petrographische Gruppen und mehrere Subgruppen klassifiziert. Mit der Hilfe der Elemente Mg, K, Rb, Ba, Sr, Nb, Ti, Y, Zr, Fe, V, Cr und Ni bezogen auf PAAS (post-Archaean average Australian Shale) wurden Multielement-Diagramme erstellt, um die lokale chemischen Eigenschaften der geologischen Proben (Tone, Sande, usw.) verschiedenen archäologischen Orten und ihren Umgebung identifizieren zu können Zusätzlich und ergänzend zu den petrographischen Ergebnissen wurden chemische Daten von Sedimenten und Scherben verglichen, dadurch konnten Informationen über die Herkunft des archäologischen Materials erhalten werden. Die Unterschiede in der Konzentration und Verteilung mancher Elementen (z.B. K, Rb, Sr, Ba, usw.) kann mit dem Verhalten (Mobilität/Immobilität, Löslichkeit) sowie mit sekundären Prozessen (z.B. Alteration) erklärt werden. Radiogene Isotopenverhältnisse von Sr und Nd können weitere wichtige Ergebnisse zur Differenzierung der Scherben geben. Anhand der chemischen und der Isotopendaten, sowie der petrographischen Ergebnisse der Scherben, verglichen mit den Ergebnissen der lokalen Rohmaterialen, kann abgeleitet werden, dass 82 von 90 der Gefäßen (mit großer Wahrscheinlichkeit) lokal produziert sind. Drei Scherben aus Südbulgarien (Ovcarovo) zeigen eindeutige Affinität zu den lokalen Sedimenten, sowie den Scherben aus Nordbulgarien (Sborianovo). Damit kann abgeleitet werden, dass diese Gefäßstücke aus dem Norden Bulgariens nach Süden transportiert wurden. Zusätzliche Untersuchungen zeigten auch, dass weitere fünf Scherben aus Nord Thrakien und Menekse Catagi sicherlich nicht lokal produziert sind. Sowohl petrographische als auch geochemische Untersuchungen ergeben keine zuverlässigen Informationen über ihren Herkunftsort. Dies könnte entweder mit ähnlichem geologischem Aufbau der untersuchten Regionen, oder mit mangelnder Probenanzahl erklärt werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass spurenelementreiche Magerung (z.B. von Vulkaniten, Magmatiten), die gesamtchemische Zusammensetzung des tonigen Materials der Scherben signifikant beeinflussen und die Interpretation der Daten erschweren kann. Deshalb können im Falle von Grobwaren, nur die kombinierte Anwendung petrographischer und chemischer Analysen aussagekräftige Information über Herkunftsbestimmung liefern. Anhand des Tonmineral-Gehaltes (XRD Daten) der analysierten Scherben konnten drei verschiedenen Gruppen eingeteilt werden, die alle verschiedene, aber relativ niedrige maximale Brenntemperaturen indizierten. Dies sind im Fall von Chlorit-Gehalt: Tmax: (550) 600-650 ºC, bei Gegenwart Präsenz von 10Å Phyllosilikat (Illit-Muskovit) und Kalzit Tmax: 700-750 ºC, mit 10Å Phyllosilikat-Gehalt Tmax: 800-850 ºC. Das Brennen der Keramik hat am meisten unter reduzierenden Bedingungen stattgefunden, was auch die grau-schwarze Farbe der Scherben erklärt.