Методы и приемы лабораторных исследований

Датирование по рацемизации  аминокислот. Датирование по аминокислотам может применяться для определения возраста органических веществ, в первую очередь – сохранившихся в костях протеинов. Входящие в состав протеиовы аминокислоты существуют в двух формах – «живой» (L) и «мертвой» (D); самопроизвольный переход из состояния L в состояние D называется рацемизацией. Скорость рацемизации известна и стабильна, хотя изменяется в зависимости от температуры. Вследствие этого измерение соотношения L и D-форм аминокислот с учетом температурных условий той среды, в которой образец находился с момента смерти организма, дает сведения, позволяющие вычислить, сколько времени прошло с этого момента. При первых опытах применения этого метода в 1970-х годах температура не принималась в расчет, а поскольку исследуемые кости находились в горячем источнике, результаты получились совершенно невероятные и были отвергнуты. Однако последующий их пересчет и более аккуратное применение метода оказались более успешными, доказав, что датирование по аминокислотам открывает широкие возможности для определения даты материалов возрастом до 100 000 лет.²⁰

Фторные и урановые пробы. Фтор и уран, в малых (следовых) количествах содержащиеся в грунтовых водах, постепенно накапливаются в костях животных, и на этом основан метод фторных и урановых проб. Если получение абсолютных датировок таким путем невозможно вследствие весьма значительного разброса интенсивности такого накопления в разных районах, то названные анализы могут служить основанием для построения относительяной хронологии, позволяя определить, одинаков ли возраст обнаруженных в одном контексте предметов. Если содержание в них фтора и урана существенно различается, значит, они относятся к разному времени и оказались вместе вследствие случайности или фальсификации. Самым знаменитым случаем использования этого метода является исследование пилтдаунской находки – сфальсифицированного набора ископаемых останков, который пытались представить древнейшей находкой гоминид на территории Англии. Существенно различающееся содержание в них фтора и урана послужило одним из первых доказательств того, что эта находка является подделкой.

Датирование по патине. Ряд родственных по своей природе методов датирования основан на том, что на многих материалах за время, пока они находятся в земле, образуется отличающийся от них химически и физически наружный слой. Например, на внешней поверхности обсидиана (вулканического стекла) образуется слой гидратированного кремнезема: толщина этого слоя зависит от температуры и особенностей состава самого обсидиана. Если установлена интенсивность гидратации данного сорта обсидиана в местных условиях, можно определить дату образца в интервале между 120 000 до н.э. и нашим временем. Измерение толщины гидратного слоя производится оптически – с использованием поляризационного микроскопа.²¹

Одним из немногих методов  датирования, применимых при изучении некоторых разновидностей памятников наскального искусства, является датирование  по катионному показателю. В некоторых  регионах на скалах образуется поверхностная  патина (темный блестящий налет из окислов металлов, возникающий со временем от внешних воздействий). В  этой патине содержится более или  менее постоянная концентрация оксида титана и постепенно уменьшающаяся  концентрация оксидов кальция и  калия, поскольку эти последние  легче растворяются в воде. Соответственно, измерив количество этих веществ в патине, покрывающей наскальное изображение, и вычислив, какое время требовалось для сложения данной их пропорции, можно определить его дату. Считается, что для каждого региона характерна также своя интенсивность выщелачивания скальной породы, что может служить для целей датирования. Эксперименты в области использования этого метода углубили нижнюю хронологическую границу сферы его применения на несколько сотен тысяч лет.²²

Каждый из описанных методов  датирования в принципе чреват возможностью получения неверной даты вследствие случайности, небрежности или влияния  нераспознанных искажающих факторов. Поэтому археологи обычно стараются  датировать изучаемые ими памятники  разными методами, чтобы уменьшить  вероятность ошибки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава III. Определение источников сырья и производственные технологии древних материалов

3.1. Анализ вещества

Определение источников сырья  – это установление происхождения  материала, использованного для  изготовления артефактов. Эта процедура  важна при любом исследовании ремесла, торговли или межрегиональных  взаимосвязей. Важнейшими показателями происхождения неорганических материалов являются их внешний вид, состав и  структура; применительно к органическим материалам особенно существенны данные о распространении тех пород  растений и животных, которые содержат использованное сырье. Происхождение  большинства – хотя и не всех – материалов, представленных в  археологических находках, поддается  определению.

Некоторые материалы настолько  легко отличимы по внешнему виду, что в дальнейшем их исследовании нет необходимости. В Центральной Америке широкое распространение получил зеленый обсидиан из Пачукского месторождения в Мексике, и его невозможно спутать с материалом иного происхождения. Желтый кремень, применявшийся в 18 в. французами в ружейных замках, без сомнения, происходит из Карибского бассейна, Канады или Камеруна. Однако другие материалы часто настолько сходны между собой, что для их различения необходимо применение более сложных методов.

Состав многих неорганических материалов зачастую оказывается совершенно одинаковым вне зависимости от их происхождения. К примеру, обсидиан из любого месторождения состоит в основном из диоксида кремния, но различается примесями и следами редких элементов (таких, как скандий и теллур), содержание которых в нем составляет всего несколько миллионных долей. Каждому из месторождений обсидиана свойствен свой состав примесей, выступающий в качестве химической визитной карточки данного источника сырья.

Точно так же определить происхождение сырья позволяет  разное распределение изотопов определенных элементов, содержащихся в данном материале в малых дозах или являющихся его основными компонентами. Например, евразийский обсидиан из разных месторождений можно различить по разному содержанию изотопов стронция – одного из элементов, содержащихся в нем в качестве примеси.²³

3.2. Анализ структуры

Существуют разные способы  определения концентрации в веществе примесных элементов или изотопов. К ним относятся оптическая эмиссионная спектроскопия, рентгеновская флуоресцентная спектрометрия, электронно-зондовый микроанализ, нейтронно-активационный анализ, атомно-абсорбционная спектрометрия, рентгеноструктурный анализ. Эти разнообразные методы различаются по своей стоимости и чувствительности; некоторые из них сопровождаются уничтожением пробы анализируемого вещества, тогда как другие этого не требуют. Выбор наиболее эффективной методики определяется на практике.

Применение в археологии методов анализа примесей и изотопов дало блестящие результаты. Элементарный анализ примесей оказался наиболее успешным при исследовании каменных пород  и – в меньшей степени –  глин, применявшихся для изготовления посуды. К примеру, такой анализ предметов  из евразийского обсидиана эпохи  неолита позволил определить источники  сырья, послужившего для изготовления тысяч артефактов, и способствовал  детальному воссозданию картины  древней торговли. Изотопный анализ продемонстрировал наибольшую эффективность  при исследовании металлов – материала, определить источники которого иными  способами достаточно трудно. В частности, доказано, что прекрасным объектом изотопного анализа является свинец, поскольку он в более или менее  значительных дозах или в виде малой примеси содержится в серебре  и меди. Плавка и другие технологические  операции, судя по всему, не влияют на изотопные  характеристики материала.

Если кусочек камня  или керамики отпилен в качестве образца так тонко, что его  можно просветить насквозь, его структуру  можно исследовать под микроскопом. Такой метод изучение тонкого  среза издавна практикуется в  геологии, и за полтора столетия его применения составлен обширный каталог материалов, структура которых  известна. Широко применяется этот способ исследования структуры и  в археологии.

При изучении тонкого среза  каменной породы под микроскопом  видны составляющие его кристаллы  или иные частицы, их взаиморасположение и связи между ними. Часто это  позволяет определить породу, хотя некоторые камни – особенно белый  мрамор и многие разновидности кремня – распознаются плохо. Если ограничиться всего несколькими примерами  успешного применения этого метода в археологии, то следует вспомнить  установление происхождения материала, из которого были изготовлены колоссальные базальтовые головы, относящиеся  к культуре ольмеков, или каменные топоры из Новой Гвинеи.

Еще более выразительные  результаты дал метод исследования тонких срезов при изучении керамики. Использованная глина, содержащиеся в  ней естественные примеси и следы органических веществ зачастую значительно различаются. Порой добавки, специально внесенные мастером в керамическую массу, позволяют установить место изготовления посуды и период, к которому она относится. Для того, чтобы глина при обжиге обрела дополнительную прочность, в нее примешивают различные добавки (толченый камень, песок и т.д.), и иногда удается точно установить их происхождение. Выяснение источников сырья, служившего для изготовления керамики Британии эпохи неолита, выявило неожиданную картину – существование гораздо более далеких, чем предполагали ранее, торговых связей.

Применительно к таким  органическим материалам, как раковины, кость, кожа и т.п., исследование строения и структуры с целью установления их происхождения оказывается малоэффективным. В наше время не существует результативных способов для определения происхождения  широко распространенных материалов, но проследить распределение видов сырья, имевших более ограниченное распространение, иногда удается.

 

3.3. Экспериментальное моделирование древних технологии

Материальные остатки, изучаемые  археологией, представляют собой по преимуществу продукты производственной деятельности, и большинство археологов пользуются самыми разнообразными приемами для воссоздания способов изготовления артефактов различных типов. Методику этих приемов они вырабатывают, опираясь на современные способы производства сходных предметов, изучая различные  стадии развития ремесла, засвидетельствованные  археологическими материалами, и предпринимая опыты по изготовлению копий древних  образцов.

Один из видов артефактов – каменные орудия – может быть создан тремя основными способами. Их можно изготовить методом оббивки, когда по куску кремня правильной раковинообразной формы наносят удары тяжелым отбойником (обычно из камня другой породы), отделяя многочисленные сколы, чтобы придать орудию нужную форму и острые края. Можно пользоваться другой техникой, многократно ударяя по куску твердой породы другим камнем, вследствие чего на заготовке образуется множество мелких углублений, постепенно придающих ей нужную форму. Можно применять технику шлифовки, когда заготовку трут куском песчаника или другой абразивной породы, постепенно добиваясь придания ей требуемой формы; шлифованное изделие можно затем отполировать – сделать его поверхность гладкой и блестящей, пользуясь для этого более тонким абразивом. При использовании техники оббивки остаются многочисленные отходы (к числу которых зачастую относятся и сами заготовки орудий, забракованные в результате неудачной обработки или вследствие наличия дефектов в породе), по которым можно до мельчайших деталей восстановить последовательность операций, применявшихся для создания орудия таким методом.

Артефакты другого широко распространенного вида – глиняную посуду – можно изготовить тремя  основными способами. Существует ленточная  технология, при которой из сырой  глины делают длинную, похожую на веревку полоску, которую затем  накручивают по спирали, формуя донце  сосуда, а за ним – тулово и  венчик. Вылепив таким образом сосуд, его поверхность заглаживают или охлопывают, чтобы сделать ее ровной и прочнее скрепить между собой отдельные витки спирали. Существует и другой прием: положить комок сырой глины на вращающийся гончарный круг и, постепенно вытягивая его вверх, сформовать сосуд правильно-симметричных очертаний. Третий способ – оттискивание сосуда в форме, извлечение из нее и последующая просушка. Ленточный метод был наиболее характерен для доколумбовой Америки, гончарный круг получил распространение в Евразии и Африке, а изготовление сосудов с использованием формы применялось повсеместно.

Каждый способ изготовления керамики оставляет свои отличительные  признаки. Сосуды, изготовленные ленточным  способом, зачастую имеют не столь  симметричную форму, как остальные, и швы между витками спирали, всегда заметные на изломе черепка, а  иногда и на его поверхности. На поверхности  кругового сосуда видны концентрические  линии, оставленные пальцами гончара, обрабатывавшего вращающийся ком  глины, и следы гончарного круга  на основании сосуда. Формованная  керамика лишена признаков, характерных  для ленточных или круговых сосудов, и обычно обладает сложными внешними украшениями, часто до мелочей идентичными  на нескольких сосудах или на разных частях одного сосуда.²⁴

Металлические предметы, при  крайне широком их распространении  в памятниках Евразии и Африки, лишь изредка обладают признаками, указывающими на способ их изготовления. Литые изделия (изготовленные посредством  заливки расплавленного металла  в форму, где он остывает и твердеет) могут иметь красноречивые признаки – такие, как литейный шов (выступающий  гребешок металла, затекшего между  частями литейной формы) или литник (столбик металла, заполнившего отверстие, через которое расплавленный металл заливался в форму). Однако швы и литники на металлических изделиях зачастую стачивали, чтобы придать им более аккуратный вид. На кованых изделиях часто заметны следы отдельных ударов, но искусный кузнец большинство их старался устранить, а те, что сохранялись, обычно скрывает коррозия.

Металлография представляет собой исследование под микроскопом  заполированной металлической поверхности, слегка протравленной кислотой для  того, чтобы выявить структуру  металла. Металлографическое исследование позволяет различать изделия, изготовленные техникой холодной ковки, горячей ковки и литья; отличать предметы, подвергшиеся закаливанию (быстрому остужению для придания ему блеска), от тех, при изготовлении которых эта процедура не производилась; изделия из метеоритного железа – от произведенных из выплавленного металла; наконец, сырого железа от стали.²⁵