Лекция 4. Методы и приемы лабораторных исследований

1. 
   Историко-культурные методы.
   
2. 
   Стратиграфия.
   
3. 
   Физические и химические методы.
   

«Методы» в прямом смысле слова – это логические аргументы, обосновывающие обращение к тем или иным аналитическим процедурам, тогда как «приемы» – это дополняющие методы практические операции. В археологической лабораторной практике используются сотни методов и приемов, но ни в одном исследовании не применяется вся их совокупность. Из них выбирают те, что наиболее пригодны для решения проблемы, предусмотренной планом работ или его последующими модификациями. Остановимся на некоторых наиболее часто используемых методах и приемах.

1. Историко-культурные методы. Датирование. Определение даты археологических отложений является одной из главных стоящих перед археологом задач, поскольку, не зная, какие из находок одновременны друг другу, невозможно предложить их интерпретацию. До 1950-х годов археология располагала крайне ограниченным набором способов датирования и опиралась главным образом на историко-культурные и стратиграфические данные; но с указанного времени развитие получили биологические, физические и химические методы датировки.

В процедуре датирования можно выделить два основных типа операций. Определение относительной датировки предполагает последовательное распределение двух или более предметов либо археологических комплексов на временной оси – от ранних к поздним. Примером относительного датирования является установление того факта, что комплекс А позже комплекса В, тогда как определение, что комплекс А сложился в 8 в. или в 1044, – это пример абсолютного датирования. Термин «абсолютная дата» не обязательно свидетельствует об абсолютной точности; он лишь указывает, что речь идет о датировке единичного объекта, а не о временной последовательности нескольких объектов. Оба вида датирования равно важны и широко применяются в археологии.

Историко-культурные методы датирования опираются на особенности артефактов и иных элементов культуры. Из всех методов определения датировок они применяются наиболее часто.

 Календарное датирование. Календарное датирование состоит в обнаружении датированных надписей – обычно на постройках или монетах – и в их использовании для определения даты содержащего эти объекты комплекса или сооружения. К примеру, в пепле, засыпавшем город Помпеи, найдено много монет, ни одна из которых не датируется временем после 79 н.э. – времени уничтожившего город извержения вулкана. Если бы дата этого извержения не была известна из документов, ее можно было бы вполне надежно установить методом календарного датирования, основанного на монетных находках.

Календарное датирование осложнено существованием по крайней мере 80 различных календарей, употреблявшихся разными народами в разные эпохи. Некоторые из этих календарей были основаны на линейном счислении времени – дату любого события отсчитывали от некоего начального момента в прошлом (обычно – от сотворения мира или от явления божества); применительно к таким календарям установление эквивалентной даты по современному григорианскому календарю достигается простым вычислением. В других календарных системах применялся циклический счет времени, и одна и та же дата повторялась снова и снова.

Типологическое датирование. Типологическое датирование состоит в определении даты комплекса на основе наличия в его составе артефактов с уже установленной датировкой. Например, в комплекс находок из Нью-Йорка колониальной эпохи может входить приспособление для завивки парика, применявшееся только с 1740 по 1760, чубук трубки того типа, который бытовал между 1720 и 1760, и посуда, употреблявшаяся с 1700 до 1750. На основе этих находок устанавливается дата комплекса 1700–1760. Можно даже допустить, что ее следует ограничить 1740–1750, поскольку это – минимальный интервал наложения перечисленных дат друг на друга. Дата, полученная типологическим методом, может оказаться искаженной вследствие бережливости обитателей памятника, привычки сохранять старые вещи намного дольше обычного срока их жизни.

Типологическое датирование возникло на основе применения методов перекрестного и относительного датирования. В состав комплекса с неизвестной датой могут входить артефакты, аналогичные содержащимся в другом комплексе. Хотя абсолютная дата этого второго комплекса неизвестна, можно полагать, что оба комплекса принадлежат к одной эпохе. Соответственно дата одного из них, полученная календарным или каким-либо иным методом, указывает на дату и другого. По мере накопления абсолютных дат для артефактов определенных типов и стилей перекрестное датирование постепенно уступает место типологическому.

С течением времени археологи определили периоды бытования разнообразных типов артефактов, и типологическое датирование является теперь наиболее широко применяемым методом установления археологических дат. Его значение определяется отчасти его дешевизной, а отчасти – возможностью датировать находки непосредственно в полевых условиях.

Сериация. Сериация – это совокупность методов установления некоей последовательности артефактов и, соответственно, одна из форм определения их относительной хронологии. Одна из ее разновидностей – эволюционная сериация – позволяет разместить вещи определенной категории (например, топоры) в последовательности, отражающей предполагаемое направление их изменения. Можно, к примеру, предположить, что развитие топоров шло в сторону их увеличения, либо уменьшения, либо усложнения формы; исходя из этого, образцы топоров располагают в известной последовательности. Этот вид сериации был широко принят в археологии 19 и начала 20 вв., но со временем его способность отражать реальную эволюцию вещей была поставлена под сомнение и в наши дни им пользуются редко.

Другой вид сериации – сериация по сходству – был разработан в 1849 Джоном Эвансом. Эванс доказывал, что развитие формы многих артефактов происходит постепенно, посредством появления едва заметных изменений, и что по этим изменениям можно определить последовательность вещей во времени. Он понимал, что не существует надежного способа определить, какой конец этого ряда является ранним, а какой – поздним, но полагал, что дополнительная информация может дать ответ на этот вопрос. Сериация по сходству сыграла важную роль в первой половине 20 в. и применяется до сих пор, хотя ее существенно потеснили физические методы датирования.

Последний из видов сериации – частотная сериация – был особенно популярен в середине 20 в. Впервые применивший его Джеймс Форд отверг теорию Эванса о постепенных изменениях, выдвинув вместо нее гипотезу о смене одних форм вещей другими, совершенно отличными, – наподобие того, как стеклянные бутылки для минеральной воды были вытеснены алюминиевыми банками. Исходя из этого он настаивал на необходимости подсчитывать количество предметов каждого типа в различных комплексах, а затем размещать эти комплексы в такой последовательности, при которой один тип постепенно вытесняется другим. Выводы, полученные с применением частотной сериации, позже были подтверждены физическими методами датирования, но построение полноценной частотной сериации требовало таких чудовищно сложных вычислений, что она никогда широко не применялась. Биологические методы датирования. С течением времени одни представители земной фауны вымирают, а другие эволюционируют, и этим обусловлено различие в составе живых организмов, обитавших на земле в разные периоды. На этих изменениях основан один из методов построения относительной хронологии, хотя и весьма приблизительной, поскольку процессы эволюции и вымирания тех или иных видов животных протекают очень медленно. Одним из наиболее известных случаев определения даты по остаткам фауны стала находка в 1925 в Фолсоме (шт. Нью-Мексико) останков вымершего бизона с воткнутым в них каменным орудием. Это сочетание явилось первым подтверждением того, что человек обитал на американском континенте еще в эпоху плейстоцена, когда существовала эта разновидность бизонов. В наши дни датирование по составу фауны применяется редко, поскольку существуют более точные методы.

Другим методом биологического датирования является дендрохронология, именуемая также датированием по древесным кольцам. В стволах большинства пород деревьев образуются легко различимые годовые кольца, хорошо различимые на поперечном срезе ствола. У некоторых пород ширина таких колец колеблется в зависимости от погодных условий соответствующего года, и такие чувствительные породы можно использовать для целей дендрохронологии. Собрав серию данных, протянувшуюся от сегодняшнего дня в прошлое, специалист в области дендрохронологии может определить место в этой цепочке любого большого древесного обломка, в котором представлено не меньше 10–12 годовых колец. К примеру, если на бревне из поселка пуэбло сохранилось самое внешнее кольцо, то по нему можно установить, в каком году было срублено дерево, из которого изготовлено это бревно. Если предположить, что дерево срубили, когда оно понадобилось для строительства, то можно с точностью до одного года датировать саму постройку. Сводная шкала, с которой сопоставляют тот или иной образец древесины, оказывается различной для разных регионов. В наше время дендрохронология постоянно применяется при изучении древностей юго-западных районов Америки и в Европе, а в отдельных случаях – и в других областях земного шара.

2. 
   Стратиграфическое датирование.
   

В совокупности эти четыре принципа позволяют разобраться в самой сложной стратиграфии. При том, что основной целью исследования обычно является не построение относительной хронологии, а получение абсолютной даты, стратиграфическое датирование иногда позволяет установить последовательность объектов, неясную в условиях использования только абсолютных датировок. Этапы сооружения здания, к примеру, могут следовать один за другим с таким незначительным промежутком, что никакие методы абсолютного датирования не дают возможности распознать их, но относительное датирование по стратиграфическим данным может выявить последовательность предпринимавшихся при этом действий.

3. Физические и химические методы. После Второй мировой войны широкое применение получили физические и химические методы датирования.

Радиометрическое датирование. Все радиометрические методы датирования основаны на определении степени распада содержащихся в археологических остатках радиоактивных элементов. Примером этой категории методов может служить самый известный из них – радиоуглеродное датирование (датировка по изотопу углерода ¹⁴С). В верхние слоях атмосферы под действием космических лучей образуется элемент ¹⁴С – нестабильный (радиоактивный) изотоп углерода; он циркулирует в атмосфере и постепенно внедряется в растения при поглощении ими диоксида углерода в процессе фотосинтеза; затем он попадает в организмы животных. В результате концентрация ¹⁴С в верхних и нижних слоях атмосферы и в живых организмах оказывается одинаковой. Когда организм умирает, его углеродный обмен с атмосферой прекращается и начинается распад ¹⁴С, скорость которого известна. Определяя концентрацию этого изотопа в любых остатках некогда живой материи, можно вычислить, сколько времени прошло с момента смерти организма.

Как и при использовании иных способов датирования, практические вычисления радиоуглеродных дат осуществляются в специализированных лабораториях, куда археолог отправляет свои образцы. В ответ он получает датировки, выраженные в стандартном виде – например, «101080 лет тому назад (Бета-3144)». Дата 1010 – это число лет от настоящего момента (точнее, от круглой даты, принятого, чтобы избежать вызванного течением времени разнобоя в данных). Величина «80» – стандартное отклонение, статистическая мера надежности оценки: существует 66-процентная вероятность того, что точная дата находится в пределах стандартного отклонения (в обе стороны) от полученного возраста в 1010 лет от наших дней (что соответствует 940 н.э.), 90-процентная вероятность того, что она лежит в пределах двух стандартных отклонений, 95-процентная вероятность ее нахождения в пределах трех стандартных отклонений и т.д. Код в скобках обозначает выполнившую анализ радиоуглеродную лабораторию и номер образца.

При радиоуглеродном датировании могут происходить ошибки разного рода. Образцы могут оказаться загрязненными от контакта с руками и вследствие этого содержать примеси углерода более позднего происхождения. Изменения интенсивности космического излучения на протяжении тысячелетий породили небольшие расхождения в концентрации ¹⁴С в живых тканях, что было замечено по разнице между радиоуглеродными и дендрохронологическими датировками. На практике применяется калибровка радиоуглеродных дат, основанная на данных дендрохронологии, и возраст в 1010 лет, приведенный выше в качестве примера, соответствует калиброванной календарной дате 1000 н.э.

Несмотря на эти трудности, радиоуглеродное датирование представляет собой наиболее важный из используемых археологами методов датировки. Он широко применяется, поскольку для него пригоден обширный круг углеродсодержащих материалов – от костей до дерева или древесного угля. При использовании абсорбционной масс-спектрометрии достаточно одного грамма органического вещества для получения надежной даты, относящейся к периоду от примерно 70 000 до н.э. до приблизительно 1600 н.э. Если единичная дата может привести к существенной ошибке, то получение неверной датировки на основе серии дат маловероятно. Появление в 1949 радиоуглеродного датирования произвело переворот в археологии, предоставив в ее распоряжение недорогой, надежный и доступный для широкого применения метод получения абсолютных дат.

Другие радиометрические методы основаны на аналогичных принципах, но пригодны для использования иных материалов и временных интервалов. Калиево-аргоновое датирование позволяет определить дату вулканических отложений возрастом от 100 000 до 5 000 000 лет; оно помогло датировать местонахождения ископаемых гоминид в Восточной Африке. Серия дат, полученных с использованием радиометрии урана, дает возможность определить время образования отложений карбоната кальция в период от 50 000 до 500 000 лет тому назад; этот метод помог датировать слои эпохи палеолита в европейских пещерах. Датирование по цепной ядерной реакции радиоактивного распада пригодно в первую очередь для установления возраста скальных пород в интервале от 300 000 до 3 млрд. лет; его применяли при определении даты местонахождений восточно-африканских гоминид. Второстепенной и вызывающей споры сферой применения метода датирования по цепной ядерной реакции является датировка изделий из стекла, относящихся к последним 2000 лет.

Термолюминесцентный метод датирования (TL) основан на измерении количества электронов, захваченных электронными ловушками в том или ином, преимущественно в стекле, глине и кремнистых породах. Земную поверхность постоянно бомбардируют различные космические частицы, и электроны из этого потока могут захватываться кристаллической решеткой вещества в местах, называемых электронными ловушками. Норма такого захвата известна, поскольку известна радиоактивность данного вещества. При нагревании вещества до 500 С электронные ловушки опустошаются, а сами электроны рекомбинируют в виде световой энергии.

Суть термолюминесцентного датирования состоит в измерении излучения датируемого образца и вычислении скорости заполнения электронных ловушек. (С наибольшей точностью ее можно вычислить, если известна излучательная способность грунта, из которого взят исследуемый образец). Затем образец нагревают до 500 С и измеряют его ищлучение; оно равно сумме величин световой энергии, порожденной термолюминесценцией, и свечения, обусловленного накопленным тепловым воздействием на образец. В результате нагревания ловушки опустошаются. После этого образец вновь нагревают; излучаемый при этом свет вызван только нетепловым свечением. Вычитание второго показателя из первого дает величину термолюминесценции, а ряд дополнительных вычислений позволяет сопоставить его с датой последнего нагревания этого образца до 500 С. Этот метод успешно применяется для определения времени изготовления керамической посуды и стекла, а также нагревания камней и глиняных полов в очажных ямах. Временной интервал для объектов, поддающихся датированию по термолюминесценции, тот же, что и для радиоуглеродного метода, – примерно от 80 000 до н.э. до 1500 н.э.

Родственным термолюминесценции является метод электронного парамагнитного резонанса, при использовании которого количество электронов в ловушках подсчитывается без нагревания образца. Хотя метод ЭПР не требует разрушения образцов, он менее точен и более дорог, чем метод термолюминесценции.

 Датирование по остаточной намагниченности. Определение датировок по остаточной намагниченности (называемое также археомагнитным или палеомагнитным датированием) основано на фиксации магнитного поля, возникшего в прошлом в глине или горной породе. Поскольку направление и интенсивность магнитного поля Земли постепенно изменяются, определение характеристик этого поля в древних отложениях может свидетельствовать, когда сформировалось то или иное отложение. Для определения датировки этим методом пригодны два вида отложений. Глины или железосодержащие породы, некогда нагретые до температуры в 700, сохраняют то магнитное поле, в условиях которого они подверглись нагреванию, так же, как и глины, постепенно оседавшие в непроточном водоеме. После извлечения образца породы и установления его исходной ориентации этот образец отправляют на исследование в специальную лабораторию. Для целей археологии наиболее пригодны образцы из очажных ям, относящихся ко времени от 70 000 до н.э. до наших дней, но в принципе данный метод может применяться для датирования отложений возрастом до нескольких миллионов лет.