Compositional data analysis of archaeological glass: problems and possible solutions

Presentation in CODAWORK'03, session 4: Applications to archeometry

Compositional analysis of archaeological glasses

At CoDaWork'03 we presented work on the analysis of archaeological glass composi- tional data. Such data typically consist of geochemical compositions involving 10-12 variables and approximates completely compositional data if the main component, sil- ica, is included. We suggested that what has been termed `crude' principal component analysis (PCA) of standardized data often identi ed interpretable pattern in the data more readily than analyses based on log-ratio transformed data (LRA). The funda- mental problem is that, in LRA, minor oxides with high relative variation, that may not be structure carrying, can dominate an analysis and obscure pattern associated with variables present at higher absolute levels. We investigate this further using sub- compositional data relating to archaeological glasses found on Israeli sites. A simple model for glass-making is that it is based on a `recipe' consisting of two `ingredients', sand and a source of soda. Our analysis focuses on the sub-composition of components associated with the sand source. A `crude' PCA of standardized data shows two clear compositional groups that can be interpreted in terms of di erent recipes being used at di erent periods, re ected in absolute di erences in the composition. LRA analysis can be undertaken either by normalizing the data or de ning a `residual'. In either case, after some `tuning', these groups are recovered. The results from the normalized LRA are di erently interpreted as showing that the source of sand used to make the glass di ered. These results are complementary. One relates to the recipe used. The other relates to the composition (and presumed sources) of one of the ingredients. It seems to be axiomatic in some expositions of LRA that statistical analysis of compositional data should focus on relative variation via the use of ratios. Our analysis suggests that absolute di erences can also be informative

An R Library for Compositional Data Analysis in Archaeometry

Compositional data naturally arises from the scientific analysis of the chemical composition of archaeological material such as ceramic and glass artefacts. Data of this type can be explored using a variety of techniques, from standard multivariate methods such as principal components analysis and cluster analysis, to methods based upon the use of log-ratios. The general aim is to identify groups of chemically similar artefacts that could potentially be used to answer questions of provenance. This paper will demonstrate work in progress on the development of a documented library of methods, implemented using the statistical package R, for the analysis of compositional data. R is an open source package that makes available very powerful statistical facilities at no cost. We aim to show how, with the aid of statistical software such as R, traditional exploratory multivariate analysis can easily be used alongside, or in combination with, specialist techniques of compositional data analysis. The library has been developed from a core of basic R functionality, together with purpose-written routines arising from our own research (for example that reported at CoDaWork'03). In addition, we have included other appropriate publicly available techniques and libraries that have been implemented in R by other authors. Available functions range from standard multivariate techniques through to various approaches to log-ratio analysis and zero replacement. We also discuss and demonstrate a small selection of relatively new techniques that have hitherto been little-used in archaeometric applications involving compositional data. The application of the library to the analysis of data arising in archaeometry will be demonstrated; results from different analyses will be compared; and the utility of the various methods discussed

Revisiting the compositional data. Some fundamental questions and new prospects in Archaeometry and Archaeology

In this paper we examine the problem of compositional data from a different starting point. Chemical compositional data, as used in provenance studies on archaeological materials, will be approached from the measurement theory. The results will show, in a very intuitive way that chemical data can only be treated by using the approach developed for compositional data. It will be shown that compositional data analysis is a particular case in projective geometry, when the projective coordinates are in the positive orthant, and they have the properties of logarithmic interval metrics. Moreover, it will be shown that this approach can be extended to a very large number of applications, including shape analysis. This will be exemplified with a case study in architecture of Early Christian churches dated back to the 5th-7th centuries AD

Integro-difference equations for interacting species and the Neolithic transition

We introduce a set of sequential integro-difference equations to analyze the dynamics of two interacting species. Firstly, we derive the speed of the fronts when a species invades a space previously occupied by a second species, and check its validity by means of numerical random-walk simulations. As an example, we consider the Neolithic transition: the predictions of the model are consistent with the archaeological data for the front speed, provided that the interaction parameter is low enough. Secondly, an equation for the coexistence time between the invasive and the invaded populations is obtained for the first time. It agrees well with the simulations, is consistent with observations of the Neolithic transition, and makes it possible to estimate the value of the interaction parameter between the incoming and the indigenous populations

Un Sistema de prospección arqueológica asistida por SIG libre: diseño, puesta en práctica y perspectivas futuras

Desde 2000 desarrollamos proyectos de prospección arqueológica asistidos por SIG en la comarca de La Serena (Badajoz), con el objetivo principal de comprender la evolución de los paisajes rurales a lo largo de distintos periodos. Uno de los intereses principales de este proyecto es la mejora de los métodos de registro en campo para organizar de una forma rápida y eficaz la gran cantidad de datos de distinto tipo que se obtienen tras una jornada de trabajo. El propio diseño de la prospección arqueológica exige un intercambio de datos constante entre ordenadores y dispositivos móviles, como GPS y PDA, para lo que es necesario un entorno informático que ejecute estas tareas de una forma organizada. (...)

Estudio de la extracción química del fe en madera arqueológica subacuatica tratada previamente con peg 4000

Debido a la gran cantidad de muestras arqueológicas impregnadas con PEG que se encuentran contaminadas por compuestos insolubles de hierro, se plantea la posible extracción y formación de complejos Fe-L (L=PBTC) y sus efectos en (i) la estructura de la matriz orgánica, (ii) la estructura y propiedades físicas del PEG y (iii) el comportamiento de la muestra en la etapa posterior de almacenamiento. El proyecto analiza la formación de compuestos químicos y posibles modificaciones estructurales en el proceso de extracción del hierro. Consiste en un estudio sistemático de un sistema químico y su influencia en los procesos de precipitación de Fe3+ en medio acuoso. El proyecto se fundamenta en: (1) desarrollar un proceso experimental de optimización para la extracción de las sales contaminantes y (2) encontrar las técnicas analíticas óptimas que permitan apreciar modificaciones estructurales de los diferentes sistemas. Se determina la cantidad de hierro extraído mediante A.A. Las interacciones entre PBTC y PEG se analizan por IR. Las modificaciones de determinadas propiedades físicas se determinan por DSC y las estructurales mediante SEM. En las condiciones termodinámicas óptimas se obtiene una extracción superficial del hierro (30-35%). La disolución del PEG origina modificaciones de la masa y el volumen de la muestra

Algunes precisions sobre l’estratigrafia de la Cova de l’Arbreda (Serinyà, Girona)

Estudi de l’estratigrafia de la Cova de l’Arbreda, situada a Serinyà, a la comarca del Pla de l’Estany (Girona). Se centre en el reompliment que hi va haver al llarg del Paleolític Superior, en què s’observa un canvi a cop d’ull què, situat sobre els nivells solutrians, s’havia atribuït al pas vers el postglacial

La Bauma del Serrat del Pont (Tortellà, La Garrotxa): Un taller de metal·lúrgia del coure d’ara fa 4000 anys

Descripció de la campanya d’excavació de 1993 en el jaciment arqueològic de La Bauma del Serrat del Pont (Tortellà, La Garrotxa), en què es van trobar ceràmiques i 2 gresols amb restes de coure, la qual cosa fa pensar en l’existència a Catalunya d’una metal·lúrgia del coure

Roses a l'antiguitat tardana: el cementiri de Santa Maria

Article sobre els resultats de les excavacions a Roses que daten de entre l’antiguitat tardana i els inicis de l’alta edat mitjana, concretament es tracta del cementiri de Santa Maria

Algunes notes a l'entorn de la vil·la del Pla de l'Horta a Sarrià de Dalt (Girona)

Es presenten notes sobre el jaciment arqueològic de la vil·la del Pla d'Horta a Sarrià de Dalt, com ara, la descripció de la situació i planta de l’edifici, els resultats de sondejos de les habitacions i la cronologia del jaciment i les fases d’ocupació

Les Primeres indústries del Paleolític Superior al Nord de Catalunya: L'Aurinyacià del Reclau-Viver

En aquest treball s'intenta demostrar que els nivells inferiors de la Cova del Reclau-Viver de Serinyà s'han d'atribuir a un Aurinyacià Primitiu, els més profunds, i a un Aurinyacià Antic o Aurinyacià I els que ja estan en contacte amb el Gravetià

El Graner de Pontós

Descripció del poblat ibèric de Mas Castellar de Pontós (Alt Empordà), amb motiu de l’exposició que el Museu d'Arqueologia de Catalunya - Girona va muntar al 1998 a l'església del monestir de Sant Pere de Galligants, seu del museu a Girona, i què durant la primavera de 1999 es va presentar al Museu Arqueològic de Barcelona

Els Tresors del Congost: Tombes, sitges i muralles

Article publicat arrel de l’exposició “Tombes, sitges i muralles: excavacions arqueològiques a Sant Julià de Ramis, 1991-1993”, què el Museu Arqueològic de Girona va organitzar a Sant Pere de Galligants al 1995. L’autor aprofita per fer una breu ressenya sobre el Museu alhora que descriu les excavacions del Congost de Sant Julià de Ramis

La campanya d'excavacions del 1975, a Serinyà

Article sobre els resultats dels treballs de les excavacions arqueològiques a la Cova d’en Pau i a la Cova de l’Arbreda a Serinyà