Текст книги "Археология и естественнонаучные методы. Сб. статей"
Автор книги: Евгений Черных
Соавторы: Валерий Завьялов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 19 страниц)
Будет целесообразным начать наше изложение с дендрохронологии, которая несомненно играет важнейшую роль при датировке позднейших периодов археологических культур и памятников (рис. 2). Только после этого мы «углубимся» в древность, где царит уже радиоизотопная хронология. При таком изложении, как мы надеемся, станет намного более понятным процесс взаимодействия и взаимовлияния обоих методов.
Кратко об основах метода
Научно обоснованные взгляды на годичное кольцо как на источник информации о ритме природных явлений были высказаны еще во второй половине XIX века. Сам же метод датирования по годичным кольцам (или так называемый «древесно-кольцевой анализ») вошел в систему естественных наук уже почти сто лет тому назад, когда откристаллизовалась новая отрасль знания, ставшая вскоре известной под термином «дендрохронология». Еще более 80 лет назад ее основоположником и организатором первых исследований явился американский астроном А. Дуглас ( Douglass, 1941, а также многие другие его работы) Согласно широко распространенному и весьма общему по смыслу определению, цель и назначение дендрохронологии заключается в систематическом изучении древесных колец для точной датировки событий прошлого и оценки климатических изменений в ходе времени.
Метод исходит из наблюдений за стойкими и ритмичными колебаниями в ширине погодичного прироста древесины. Толщина каждого кольца на самых различных деревьях четко отражает ту климатическую ситуацию, которая имело место либо в год формирования конкретного кольца, либо в годы ему предшествующие. Климатические условия проявляются, как правило, достаточно однородно на огромных территориях, что и явилось основным определяющим фактором в характере роста годичных колец у бесчисленных древесных стволов той или иной географической области. Благоприятен климат для роста дерева (влажно и жарко), и дерево отреагирует толстым кольцом. Надвигаются критические условия для жизни дерева (сухо и холодно), и годичное кольцо будет тонким, еле заметным на срезе ствола (рис. 3).
При определении взаимного положения на хронологической шкале между собой сопоставляются, конечно же, не сами деревья, но графически выраженные кривые их роста, в основе которых лежат замеры толщин годичных колец. Последовательно шаг за шагом «сцепляя» друг с другом эти кривые прироста (рис. 4), характерные для срубленных в разное время деревьев, дендрологи и смогли в конечном итоге составить великое множество более или менее долговременных дендрохронологических шкал, протяженность которых колебалась от нескольких сотен и до нескольких тысяч лет.
Хронологический охват метода достаточно широк -суммарно до шести-семи тысячелетий вглубь от наших дней для археологических материалов (рис. 2), а для климатологии и того больше: последние изыскания углубили ее границу вплоть до 11–12 тысяч лет! Правда, львиная доля его календарных определений приходится, безусловно, на периоды средневековья и нового времени. Ныне это общепризнанный в мире метод массовой датировки археологических объектов, и его применяют в самых различных странах нашей планеты десятки специализированных лабораторий.
Для правильного понимания масштабов дендрохронологических исследований, мы ограничим свое повествование лаконичными данными лишь для одной ячейки подобного рода – дендрохронологической лаборатории Института археологии Российской Академии наук в Москве. Здесь из множества средневековых и разнообразных по своему характеру памятников северной половины и центральных областей Восточной Европы (рис. 5) за четыре десятилетия продолжавшихся изысканий сотрудникам лаборатории удалось собрать и проанализировать более 22 тысяч образцов хвойных пород – по преимуществу сосны и ели. Восточноевропейские памятники весьма разнообразны, но резко преобладает дерево из нескольких десятков средневековых русских городов – как крупных (Новгород, Псков, Смоленск, Москва, Тверь и др.), так и более мелких (Старая Ладога, Торопец и др.). Самая северная коллекция изученных стволов была собрана с поселений российских поморов на полярных островах Шпицбергена. Из 22 тысяч проанализированных спилов с бревен более чем 11 тысяч получили абсолютные даты. Общая протяженность полученных в лаборатории дендрошкал превысила 1380 лет: от дня сегодняшнего до 612 года (рис. 5). Но напомним еще раз, что эта краткая характеристика касается лишь одной лаборатории ( Колчин, Черных Н.Б.,1977; Черных Н.Б.,1996).
Вообще же дендрохронология имеет дело с древесиной самых различных пород и возрастов, которые встречаются как в культурном слое археологических памятников, так и в наземных архитектурных сооружениях различного вида, а также, к примеру, с досками икон, картин, скульптур и т. п. Очень часто дерево прекрасно сохраняется в культурных слоях древних и средневековых поселений, чему способствуют большая насыщенность культурного слоя влагой, малая кислотность или нейтральность его среды, замедленное движение внутреннего стока вод, почти полное отсутствие водо– и воздухообмена при незначительных колебаниях температуры. Подобные условия и обеспечили нахождение в упоминавшихся средневековых восточноевропейских памятниках громадного числа древесных стволов, отличавшихся хорошей или просто великолепной сохранностью. Древесина может отлично сохраняться также в условиях вечной мерзлоты, как например, в старинном русском городке (торговой фактории) Мангазее на крайнем севере Западной Сибири, либо в высокогорных курганах железного века на Алтае. Анаэробные условия способствуют сохранению органики в торфяниках и прибрежных речных отложениях некоторых районов Восточной Европы – на Урале (Горбуновский, Шигирский торфяники), в Карелии, Архангельской области, Белоруссии, Литве. Очень много прекрасно сохранившейся древесины находят в так называемых свайных поселениях неолита и бронзового века, к примеру в Швейцарии и Северной Италии, где эти древние селища располагались на болотистых берегах альпийских горных озер.
Процедура дендроанализа
Две основные трудности поджидают исследователя при проведении дендроанализа. Во-первых, реакция на климатические колебания у деревьев различного вида неоднозначна, и ее проявления порой весьма специфичны. Картина погодичного прироста у хвойных пород дерева в этом отношении будет заметно отличаться от лиственных. Во-вторых, глобальные колебания климата не могут полностью сгладить заметных вариаций того же прироста древесины в различных регионах.
Первую сложность стараются преодолеть за счет сопоставления в едином ряду деревьев лишь одной породы или хотя бы вида (к примеру, хвойные – к хвойным, лиственные – к лиственным). Трудности второго рода стремятся погасить за счет сравнения между собой деревьев не только одного породы или вида, но к тому же и произраставших в близком регионе.
Именно поэтому дендроанализ археологического деревянного объекта обязательно начинается с определения породы дерева, что является одним из наиболее важных пунктов во всей процедуре аналитической работы. Кроме того, чрезвычайно существенной является хорошая сохранность изначальной структуры ископаемой древесины. Искажения структуры ее годичных колец за счет сплющенности ствола, различных физических нарушений его первоначального облика и т. п. способны привести к ошибочной картине погодичного прироста. Наконец, всегда крайне важным бывает установить наличие или отсутствие «внешнего» кольца или же последнего «прижизненного» древесного кольца у конкретного ствола. Ведь только оно в состоянии указать исследователю на дату рубки изучаемого бревна (так называемая «порубочная дата»). Внешнее кольцо определяют в основном либо по сохранившейся коре дерева, либо по характерным следам жучков короедов, каковые паразитировали на стволах уже мертвых деревьев (Черных Н.Б.,1996).
Все эти сложности очерчивают проблему пробоотборапригодных для анализа образцов, а также необходимого их числа для уверенной относительной или абсолютной датировки. Вопрос этот, однако, не имеет однозначного ответа, а решение зависит от целого ряда обстоятельств – прежде всего от степени сохранности древесины, принадлежности материала к определенному хронологическому периоду и конкретному географическому району. Большинство дендрохронологов считают, что необходимо собирать с каждого памятника или сооружения возможный максимум образцов [9]9
Наиболее распространенным, удобным и надежным для лабораторного исследования способом получения дендрообразца является поперечный спил со ствола. Гораздо реже пользуются высверливанием из бревен буровых колонок (кернов); образцы такого рода гораздо менее информативны и используются по преимуществу для сухих стволов.
[Закрыть]. Из этого «возможного максимума» в процессе обработки постоянно происходит отсев малопригодных образцов, неминуемо сокращая объем изучаемого материала. К примеру, приходится отбраковывать все сильно разрушенные и деформированные образцы. Затем – если, предположим, дендроанализ ориентирован на хвойные породы – за гранью анализа остаются деревья лиственных пород. Корректная процедура требует также подразделения оставшихся спилов по возрасту стволов или же по числу сохранившихся на них годичных колец К примеру, непригодными вовсе или же малопригодными для датировок являются образцы, возраст которых не достигает 30 лет. Вместе с тем известны регионы, где встречались деревья, отличавшиеся фантастическим возрастом. Так, североамериканская секвойя (Sequoia) могла достигать трехтысячелетнего возраста, и это неизмеримо расширяло возможности датировки дендрообразцов как из археологических слоев, так и некоторых современных построек, связанных с историко-этнографическими объектами. Еще более долговременными оказались произраставшие в Белых Горах Калифорнии т. н. остистые сосны (Pinus aristata) – до 4 и даже более тысяч лет (рис. 6)! Однако о значении этих пород деревьев для абсолютных дат древнейших периодов мы скажем ниже.
Рис. 6. Остистые сосны (Pinus aristata) растут в Белых горах Калифорнии. Возраст этих деревьев может превышать четыре тысячи лет (по работе: Bowman, 1990. Р. 17)
Локальные дендрошкалы
Основой для определения относительного и абсолютного возраста всегда служит т. н. локальная дендрошкала [10]10
В англоязычной литературе понятию «локальная шкала» чаще всего соответствует термин «chronology» или «tree-ring chronology» с определенной расшифровкой его отношения к некоторой генеральной совокупности образцов (к примеру, «X-chronology», либо «1..2..4 chronology» и т. п.).
[Закрыть]. Это не только обязательная, но и наиболее ответственная операция в общей процедуре дендрохронологического анализа, поскольку локальные шкалы служат отправным пунктом для всех последующих операций по разнообразным сопоставлениям кривых роста годичных колец деревьев, а также для дендро климатологических реконструкций. Под локальной дендрошкалой обычно понимается система синхронизированных и скорректированных с помощью особых – визуальных и математических – приемов оценки годичных приростов у древесных пород [11]11
В настоящей статье нереально сколько-нибудь подробно охарактеризовать применяемые на практике в различных лабораториях способы сопоставления между собой отдельных графиков прироста древесины и, в конечном итоге, построения дендрошкал. В целом все определяется конкретными задачами, стоящими перед исследователями. Отметим лишь, что, как правило, с точки зрения математических приемов более сложными и трудоемкими предстают процедуры дендроклиматических исследований. В археологической дендрохронологии сходные приемы выглядят более упрощенными, но в той или степени они исходят из посылок, сформулированных Бруно Хубером примерно 60 лет назад (см. например: Huber, 1943). Вообще же по этим вопросам интересующегося читателя можно отослать к довольно обширной литературе. См, к примеру: ( Вихров, Колчин, 1962. С 95-112; Колчин, Битвинскас, 1972. С. 86–90' Колчин, Черных НБ.,1977. С 17 26; Битвинскас, 1974. С. 62–78; Урьева, Черных НБ, 1996. С. 90–94; Ваганов Шиятов, Мазепа, 1996. С. 34–50, Schweingruber, 1993. S. 351–396; и многие другие работы различных авторов).
[Закрыть]. Последние выстраиваются при этом в хронологически строгую последовательную серию. Дендрошкала представляет собой эталон, позволяющий замерить степень сходства годичных приростов не только у отдельных деревьев, но также у их крупных сообществ.
Как правило, при формировании шкалы необходимым считается соблюдение трех условий: 1) использование дерева одной породы, 2) происхождение изучаемых деревьев из климатически однородного региона, 3) стандартизация данных прироста и их корректировка на базе конкретных и принятых в той или иной лаборатории методов.
Обычно процедура создания локальной шкалы проходит две последовательные стадии. Во-первых, это определение относительной последовательности графиков погодичного прироста древесины каждого из образцов; такую шкалу нередко именуют «плавающей» в связи с неопределенностью ее календарных значений. Во-вторых, это стадия абсолютизации относительной или же «плавающей» шкалы путем ее привязки к календарному реперу. В последнем случае, как правило, датировка каждого из древесных колец возможна уже с точностью до одного года.
Идеальным или же близким идеальному случаем для построения локальной дендрошкалы служат археологические памятники, где огромные скопления бревен, пошедшие на сооружение домов или же деревянных мостовых (рис. 7), залегают друг над другом в строгом стратиграфическом порядке (рис. 8). В таком случае уже априорно можно с большой долей уверенности предполагать, что блок древесных стволов, залегающий поверх другого, будет содержать набор образцов, срубленных на некое число лет позднее, нежели лежащая ниже группа деревьев.
К числу таких почти идеальных для применения дендрохронологического анализа относятся, в первую очередь, средневековые слои Великого Новгорода, буквально насыщенные древесиной: то был почти исключительно деревянный город (рис. 7) Особое внимание археологов привлекают здесь «слоеные пироги» перекрывающих друг на друга мостовых, выполненных из продольно расколотых массивных бревен, именуемых плахами. Таких слоев может насчитываться до трех десятков (рис. 8). К мостовым прилегают усадьбы, чьи нередко хорошо сохранившиеся дома и иные сооружения дают в руки исследователя массу строительной древесины.
Всего в Новгороде было отобрано для предварительного дендроанализа около 18 тысяч спилов бревен. После предварительного изучения исследователи признали по разным причинам непригодными или же малопригодными для датировки около 7 тысяч образцов. Из оставшихся 11 тысяч бревен удалось установить календарную дату рубки у примерно 6,6 тысяч спилов. Для одного города число надежных дат подобного рода в археологической практике невообразимо велико.
Впрочем интересно здесь и другое. Для всей этой гигантской коллекции древесных стволов уже сейчас в пределах Новгорода намечено не менее семи локальных дендрошкал. Это означает, что вся масса строительного леса поставлялась с огромной округи, в которой каждый из районов лесоповала в той или иной мере отличался экологической спецификой, отразившейся на динамике и характере погодичного прироста изученных деревьев. Возможно также, что для Великого Новгорода это еще не предел, и количество дендрошкал такого рода возрастет: ведь активные полевые и лабораторные изыскания продолжаются.
Всего же для территории северной половины и центральных областей Восточной Европы в настоящее время выделено до пяти десятков локальных дендрошкал. Причем каждая из них характеризуется специфическими особенностями годичного прироста деревьев и конкретной хронологической протяженностью.
Календарный возраст дендрошкал
Абсолютизация дендрошкал возможна путем использования различных приемов. В условиях российских лабораторий применяются по преимуществу четыре способа. Первый из них – это привязка созданной локальной дендрошкалы к современному лесу, когда известен год рубки эталонных многолетних деревьев, сопоставляемых с той или иной дендрошкалой. Такой способ, по-видимому, можно было бы считать наиболее надежным и логичным с методической точки зрения. Однако ему препятствует весьма существенное обстоятельство: данный метод редко находит применения в восточноевропейских условиях. Как правило, в лесах Восточной Европы отсутствуют подобные североамериканским многолетние деревья, которые надежно привязывались бы к археологическим дендрошкалам. Ведь верхние или же наиболее поздние точки этих шкал очень часто завершаются на уровне ХV-ХVII веков (рис. 5). Некоторое исключение составляет лишь дендрошкала Твери, которую удалось «дотянуть» до XX столетия, однако это удалось проделать, благодаря наличию здесь поздних и строго датированных деревянных сооружений Абсолютизацию дендрошкалы с помощью современного леса удалось получить лишь для Мангазеи (рис. 4; см. также; Шиятов, 1975. С. 119–121), но этот довольно поздний памятник расположен на дальнем севере Западной Сибири.
Второй способ заключается в использовании письменных свидетельств о времени строительства того или иного объекта Весьма нередко архивные документы отражают время строительства, к примеру, деревянной церкви или же некоего примечательного дома, либо башни в системе укреплений той или иной крепости. Взятые из подобного рода объектов и связанные в единой дендрошкале образцы дерева, большей частью соответствуют календарным свидетельствам строительства того или иного сооружения. Такая процедура позволяет абсолютизировать «плавающую» дендрошкалу. Чаще всего этот способ давал хороший результат, когда изучались крупные коллекции образцов из сравнительно поздних деревянных церквей Русского Севера (рис. 9). Кроме того абсолютные дендрошкалы, опирающиеся на образцы из поздних архитектурных объектов, могут служить ценнейшим мостиком, связующим средневековое ископаемое дерево с современной древесиной. Яркий пример тому являют самые последние исследования по дендрохронологии Твери.
В том случае, если локальная дендрошкала не обеспечена опорой на архивные свидетельства и сохраняет свой «плавающий» характер, используется третий путь ее абсолютизации. Он заключается в применении так называемого перекрестного датирования шкал. Тогда «плавающие» локальные дендрошкалы связываются по наиболее надежным признакам чередования ярких минимумов («угнетений») и максимумов погодичного прироста с теми, что носят надежный календарный характер. Подобная процедура является необходимым шагом к созданию более общих, условноуниверсальных дендрошкал, пригодных для работы и датировки объектов на широких пространствах [12]12
В англоязычной литературе такие «совокупные» или «универсальные» шкалы, построенные на материалах ряда шкал локальных, зачастую обозначают термином «master-chronology».
[Закрыть]. Впрочем, многие исследователи весьма скептически оценивают календарные возможности подобных «дендроуниверсалий».
Наконец, четвертый путь абсолютизации «плавающих» локальных дендрошкал заключается в приложении к ним определений возраста на базе радиоуглеродного метода. Это наименее точный способ абсолютизации, и он, как правило, применяется для ранних коллекций дерева: к примеру, от неолита до раннего железного века, когда возможность привлечения письменных источников исключается полностью. Один из наиболее выразительных примеров такой абсолютизации «плавающей» шкалы можно привести на базе богатых коллекций древесины из раскопанных свайных озерных поселений приальпийской зоны в Северной Италии типа Лаваньоне или Фьяве (рис. 10 а, b).
На поселении Лаваньоне базой дендроанализа послужили спилы 139 деревьев. Их анализ позволил сформировать две «локальные» шкалы, что было предположительно обусловлено двумя районами произрастания, откуда в поселок доставляли использованная древесина. Затем обе эти шкалы в свою очередь были объединены в единую почти трехсотлетнюю последовательность, обозначенную как «master-chronology» (рис. 11). Датировка восьми десятилетних блоков древесных колец всей этой коллекции позволила установить их абсолютный возраст в рамках 2213–1917 ВС ±11 лет.
Рис. 11 . «Плавающая» дендрошкала свайного приозерного поселения бронзового века Лаваньоне в Северной Италии. Ее «абсолютизация» была проведена на базе серии радиоуглеродных дат древесных колец (по работе: Griggs, Kuniholm, Newton, 2002)
Археологические объекты и их комплексы
Дендрохронологической датировке могут подвергаться и подвергаются на практике самые различные деревянные объекты: единичные бревна или доски, а также как простые, так и весьма сложные по своей конструкции сооружения – дома (срубы), мостовые, церкви с их отдельными частями, деревянные детали каменных сооружений (балки и прочее). В городах, где велось постоянное деревянное строительство, выделяются так называемые строительные ярусы или же периоды, когда за определенный отрезок времени, к примеру, после обширных пожаров и разрушений, возводились крупные комплексы разнообразных построек.
Год рубки каждого отдельного ствола или «порубочную дату» возможно установить лишь в том случае, если на нем неповрежденным сохранилось последнее прижизненное внешнее кольцо. В противном случае, такое сохранившееся на поврежденном спиле кольцо будет обозначать т. н. terminus ante quem, то есть время, предшествовавшее повалу дерева. Сама же неопределенная порубочная дата по отношению к последнему сохранившемуся на спиле кольцу будет обозначена как terminus post quem.
Наиболее вероятный год сооружения сруба или же церкви («строительная дата»), который отражен в совокупности «порубочных» дат бревен с сохранившимися внешними кольцами, определяется по времени самой поздней из них. Весьма часто в исследованной совокупности стволов из одной постройки могут попадаться отдельные бревна или же группы их, порубочные даты которых будут сильно различаться между собой. В таком случае деревья, срубленные заметно раньше, чаще всего относятся к деталям т. н. вторичного использования (переиспользования), то есть заимствованными из какой-то ранней и, видимо, разрушенной постройки (см., например, рис. 12, образец № 8). Древесина же более позднего повала расценивается уже в качестве следов последующего ремонта основного сооружения.
Наиболее надежными в смысле определения календарных строительных дат можно рассматривать стратифицированные мостовые улиц больших городов, скажем, таких, как Великий Новгород (рис. 8 и 13) и других поселений городского типа. Из каждого подобного яруса можно извлечь огромное число прекрасных образцов дерева; и даты каждого бревна могут быть увязаны по графикам прироста древесины с предыдущим и последующим настилами мостовых (рис. 13). Кроме того, с сооружением (перестилом) нового слоя мостовой, как правило, был связан новый строительный ярус обширного участка города, включавший в себя усадьбы, отдельные дома, заборы-частоколы и т. п. Поэтому подобные крупные совокупности комплексов для дендрохронологов представляют наиболее благодатные для датировки материалы.
Вместе с тем в археологической практике можно столкнуться со сложными постройками, конструкция которых и порядок их сооружения остается далеко не всегда понятными.
К тому же для них бывает крайне трудно установить дату сооружения и функционирования. К подобным объектам относится, например, так называемый «большой дом» из Старой Ладоги (рис. 14), общая площадь которого достигала 170 кв. м. (примерно 17 на 10 метров). По всей вероятности, этот своеобразный по конструкции дом был наспех сооружен из странного и весьма разнообразного набора древесных стволов вперемежку с досками и деталями разрушенных кораблей (всего более пяти десятков образцов), что очевидно даже при изучении основания дома. Наиболее поздние детали данной постройки датируются 90-ми годами IX века; самые ранние из этого набора образцов относятся еще к первому десятилетию того же века. Хронологический разрыв в этом случае достигал почти восьми десятилетий! И остается не совсем понятным: отражают ли поздние образцы время сооружения постройки или же это следы поздних ремонтов?
Рис. 14. Основание «большого дома» из Старой Ладоги. Для его строительства использовалось разнообразное дерево с годами рубки, различавшимися на восемь десятков лет.
Таким предстают основные аспекты относительного и абсолютного датирования на базе изучения древесных колец образцов из археологических и архитектурных построек.
