Археология. В начале
Шрифт:
Еще один классический пример. Джеффри Дин (Jeffrey Dean, 1970) собирал образцы деревянных бревен в Бетатакине, в скальной пещере на северо-востоке Аризоны, датируемых 1270 годом н. э. Для реконструкции истории жилища он использовал 292 образца последовательно из всех помещений. И обнаружил, что один блок из трех помещений был построен в 1267 году, а четвертое было добавлено год спустя. В 1269 году обитатели поселения очистили бревна и сложили их про запас и не использовали до 1275 года, когда пристроили еще 10 помещений. Такие датировки в рамках одного жилища возможны в случаях, когда можно найти большое количество образцов. Подобные исследования были проведены в Вальпи Пуэбло, на памятнике народа хопи в Аризоне, основанном в 1400 году н. э. и до сих пор обитаемом. Эти исследования доказали достоверность методов Дина, но также продемонстрировали трудности в датировании сложных памятников, в которых бревна часто используются повторно, после того как их очистят и подрежут (Альштрем и другие — Ahlstrom and others, 1991).
Использование дендрохронологии когда-то ограничивалось юго-западом США, но теперь этот метод популярен во многих частях мира, включая Аляску, Канаду, восточные штаты США, Англию, Ирландию, континентальную Европу, Эгейские острова и восточное Средиземноморье (Кьюнихолм — Kuniholm, 2001). Для разработки базовых дендрохронологических шкал недавнего прошлого европейцы работают с дубами возрастом в 150 лет и более. Используя визуальное и статистическое сравнение, им удалось связать еще живущие деревья с умершими образцами, использованными в качестве бревен при строительстве церквей и жилых сельских домов, а также с бревнами, хорошо сохранившимися в заболоченных местах и исторических памятниках. Получившиеся в результате шкалы годичных древесных колец охватывают период по крайней мере в 10 021 год в Германии и 7289 лет в Ирландии. В рамках Эгейского дендрохронологического проекта была создана дендрохронологическая шкала, охватывающая 6000 лет из последних 8500 лет и ведущая к более точным датам минойской и микенской цивилизаций, чем те, что были предложены при перекрестном или радиоуглеродном методе. Сводные дендрохронологические шкалы настолько точны, что специалисты могут датировать даже короткие серии колец с точностью до нескольких лет. Историки-искусствоведы пользуются годичными древесными кольцами даже для датировки дубовых досок при проверке подлинности работ старых голландских мастеров. А двое британских ученых с помощью годичных древесных колец показали, что одна из скрипок Страдивари, имеющая имя «Мессия» и считавшаяся подделкой, была изготовлена приблизительно в 1716 году из той же партии древесины, что и другие инструменты Страдивари (Тофэм и Маккормик — Topham and McCormick, 2000)!
Классический пример перекрестной датировки находится в Центральной Африке. Еще в 1929 году в Зимбабве британский археолог Гертруда Кэтон-Томпсон (Gertrude Caton-Thompson) столкнулась с самой настоящей первоклассной археологической загадкой. Большой Зимбабве являлся комплексом отдельно стоящих каменных руин у невысокого холма, окруженных каменной стеной, которую древние строители возвели выше подошвы долины (рис. 7.12).
Высокая гранитная стена овального Большого ограждения (Great Enclosure), украшенная шевронными стропилами, поразила своими размерами миниатюрную Кэтон-Томпсон, в жизни не видевшую ничего подобного. Большой Зимбабве был таким сложным сооружением, что первые европейски археологи, обшаривавшие комплекс в поисках сокровищ, отказывались верить, что он был построен чернокожими африканцами. Кэтон-Томпсон искала нетронутые первыми раскопщиками участки слоев заселения и прорыла тщательно спланированные стратиграфические траншеи в ограждениях наверху холма и в Большом ограждении. Почти сразу же она обнаружила фрагменты китайского фарфора, который попал сюда благодаря торговцам с далекого побережья Индийского океана. По своим прежним исследованиям в Египте и других местах она знала, что специалисты могут датировать китайский фарфор с замечательной точностью. Она отправила фарфор в лондонский музей Виктории и Альберта, специалисты которого отнесли эти осколки ко времени династии Минь, к периоду между XIV и началом XV веков н. э. Таким образом, китайский фарфор помог Кэтон-Томпсон получить достоверную перекрестную датировку между Китаем и Африкой, отнеся, таким образом, время расцвета Большого Зимбабве к промежутку между 1350 и 1450 годами н. э. Она пришла к выводу, что именно местные обитатели построили каменные строения. Хотя последующее радиоуглеродное датирование уточнило хронологию Кэтон-Томпсон, ни один ученый не сомневался в истинности ее перекрестной датировки (Garlake, 1973).
Рис. 7.12. Большое ограждение, Большой Зимбабве, Зимбабве
Хронологии, построенные с помощью древесных годичных колец, имеют намного большее значение, чем просто датирование прошлого. Они могут дать информацию о кратковременных климатических изменениях в таких областях, как американский юго-запад, где циклы сухой или более влажной погоды могут вызвать радикальные изменения в структуре поселений. Юго-западные шкалы точны до года, такая точность археологических хронологий редко где достижима. В последние годы в Лаборатории древесных колец Университета Аризоны годовые кольца использовались для реконструкции климатических изменений на юго-западе США начиная с 680 года н. э. и до 1970 года. Нанося на карты, как на контурные, последовательности годичных колец длительностью в 10 лет, специалисты могут сопоставлять покинутые (vacated) большие и маленькие селения-пуэблос с краткосрочными климатическими колебаниями (см. раздел «Практика археологии» в главе 12).
В 1949 году ученый из Университета Чикаго Уиллард Либби (Willard Libby, 1955) произвел революцию в археологии, изобретя метод радиоуглеродного датирования дерева, кости и других органических материалов возрастом до 40 000 лет. Изобретение Либби явилось прямым продолжением разработки атомной бомбы во время Второй мировой войны. Сначала он опробовал свой метод на органических объектах, возраст которых был известен, например на египетских мумиях, но вскоре он начал производить датировку археологических памятников, которые были заселены на тысячи лет раньше. Сегодня радиоуглеродное датирование, основанное на применении ускорительной масс-спектрометрии (УМС) радиоуглерода, позволяет определять возраст таких маленьких объектов, как крупинка угля внутри патрона инструмента или отдельное зернышко на древней ферме (Гоулетт — Gowlett, 1987; Тэйлор — Taylor et al., 1992). Благодаря радиоуглеродному датированию мы знаем, что земледелие сначала появилось в Юго-Западной Азии приблизительно в 8800 (некалиброванных) годах до н. э., и в качестве доказательства у нас есть датированные зерна.
Калибровки, основанные на годичных кольцах, кораллах и таких геологических явлениях, как айсберги, преобразуют эти радиоуглеродные года в календарные хронологии, для земледелия это 10 000 лет до н. э.
Радиоуглеродное датирование является самым широко используемым методом датирования прошлого периода от 40 000 лет назад до 1500 года н. э. и позволяет получить глобальное радиоуглеродное датирование всемирной предыстории и позднего ледникового периода. С его помощью мы можем измерить скорости изменений культур в разных регионах мира и сравнить хронологию таких основополагающих событий, как возникновение земледелия или появление городских цивилизаций в далеко расположенных друг от друга районах (Смит — B. D. Smith, 1992). Принципы радиоуглеродного датирования обсуждаются в разделе «Практика археологии».
Как правило, каждый год деревья дают кольца роста, образуемые камбием (слоем растущих клеток), находящимся между древесиной и корой. Когда начинается сезон роста, большие клетки добавляются к древесине. Эти клетки образуют более толстые стенки и становятся меньше по мере продолжения сезона роста; к концу сезона роста образование клеток вообще прекращается. Такой процесс происходит каждый год, и между древесиной предыдущего сезона, с ее маленькими клетками, и древесиной следующего, с большими клетками, образуется отчетливая линия. Толщина колец может различаться в зависимости от возраста дерева и ежегодных климатических изменений; широкие кольца говорят о хороших годах роста.
Изменения погоды в пределах описываемых областей имеют тенденцию к цикличности. За влажным десятилетием может последовать 50 лет засухи. Всего лишь один сезон может положить конец рекордному сорокалетнему дождливому периоду. Такая цикличность климата отражается в более широких или тонких годичных кольцах, которые повторяются на древесине в пределах ограниченной области. Ученые-дендрохронологи разработали сложные методы корреляции колец разных деревьев таким образом, что можно строить длинные сводные шкалы колец по ряду стволов, и эти последовательности могут охватывать много столетий.
Обычно образцы берутся посредством нарезки полного сечения из старого бревна, находящегося вне строения, с помощью специального бура для получения образцов из бревен, находящихся в строении, или посредством V-образного распила особенно больших бревен. Тонкие или хрупкие образцы перед изучением пропитываются парафином или покрываются шеллаком.
В лаборатории поверхность образца выравнивается до идеальной плоскости. Анализ колец деревьев состоит в записи индивидуальных серий колец и в последующем сравнении их с другими сериями. Сравнение можно проводить на глаз или посредством вычерчивания графика ширины колец в стандартном масштабе таким образом, чтобы одну серию можно было сравнить с другой. Построенные таким образом серии затем можно компьютерным образом сравнить с общей дендрохронологической шкалой данного региона (рис. 7.13).
Рис. 7.13. Построение древесно-кольцевой хронологии. А — шурф, взятый из живого дерева после сезона роста в 1939 году; B-J — образцы, взятые из старых домов и последовательно более старых руин. Источник: Брозуелл Д. Р. и Хиггз Э. Наука в археологии. Adapted from D. R. Brothwell and Eric Higgs, eds. Science in Archaeology. London: Thames and Hudson, 1961
Когда Либби первоначально сформулировал радиоуглеродный метод, то он сделал ложное предположение. Он утверждал, что концентрация радиоуглерода в атмосфере остается постоянной во времени, то есть доисторический объекты, будь они живы, содержали бы такое же количество радиоуглерода, что и живые объекты сегодня. Однако изменения силы магнитного поля земли и варьирование солнечной активности в значительной степени влияют на концентрацию радиоуглерода в атмосфере и в живых объектах. Например, 6000 лет назад образцы подвергались действию большей концентрации радиоуглерода, чем живые организмы сегодня. К счастью, радиоуглеродные даты периода от 10 000 лет назад до 1950 года н. э. возможно откорректировать посредством точных дат, полученных в результате датирования по годовым кольцам (Stuiver and others, 1998). Расхождение между углеродными и калиброванными датами может быть значительным. Вот пример: радиоуглеродный возраст в 1007 лет до н. э. соответствует калиброванной дате 1267 года до н. э. (стандартные отклонения здесь опускаются) (см. рис. 7.14).
Рис. 7.14. Калибровочная таблица для радиоуглеродных дат
Более ранние даты до сих пор остаются некалиброванными, хотя недавно ученые использовали новую высокоточную методику, основанную на разложении урана в торий, для датировки окаменевших кораллов возле острова Барбадос в Карибском море и других отложений в южной части Тихого океана (Струвер и другие — Stuiver and others, 1998). Они сравнили эти данные с результатами радиоуглеродного метода и пришли к выводу, что радиоуглеродные даты между 10 000 и 25 000 лет назад могут быть на 3500 лет меньше. Новые исследования кораллов в соединении с данными по кернам льда и по образцам из океанических глубин начинают давать калибровку для радиоуглеродных возрастов в 25 000 лет назад, удревняя их до 28 000 лет в калиброванных датах.
На заре радиоуглеродного датирования для определения одной даты требовалась горсть угля или другого органического материала. Сегодня ускорительная масс-спектрометрия позволяет производить радиоуглеродное датирование непосредственным подсчетом атомов углерода-14 (рис. 7.15). При ускорительном датировании различаются углерод-14 и углерод-12 и другие изотопы по их массе и энергетическим характеристикам, при этом требуются мельчайшие органические образцы, такие как зерно. Требуемые для датировки объекты могут быть настолько малы, что становится возможным датировать, например, отдельное годовое кольцо, фрагмент растения или артефакт. Такая технология дала возможность археологам Брюсу Смиту и Эндрю Муру (Bruce Smith, 1992 and Andrew Moore, 2000) датировать отдельные початки маиса и фрагменты зерна пшеницы, что, конечно, даст более точные даты возникновения земледелия, чем образцы, отражающие весь слой заселения.
Рис. 7.15. Датирование с помощью ускорительной масс-спектрометрии дая радиоуглерода. Сначала ионизированные атомы углерода из образца отправляются в виде пучка в ускоритель. Когда пучок проходит через первый отклоняющий магнит, то более легкие атомы поворачиваются резче, чем тяжелые. Они движутся к внутренней части расходящегося пучка, где фильтр блокирует дальнейшее движение всех заряженных частиц, за исключением тех, чья атомная масса равняется 14. Когда пучок входит в ускоритель, от него отделяются все молекулы с массой 14, которые могут быть неразличимы от атомов углерода-14. Ускоритель разгоняет оставшиеся ионы через второй отклоняющий магнит, еще раз отфильтровывая неуглеродные-14 частицы. Прежде чем достичь чрезвычайно чувствительного детектора, подсчитывающего количество оставшихся ионов, пучок вновь фокусируется. Источник: Брюс Смит. Возникновение земледелия. Bruce Smith, The Emergence of Agriculture.