Чем ионизирующее излучение полезно археологу? В Центре визуальной и физической антропологии при ИАЭ РАН показали новые приборы

В Лаборатории биохимических и физических исследований Института этнологии и антропологии имени Н. Н. Миклухо-Маклая РАН (ИЭА РАН) 14 ноября прошел показ нового оборудования. Сотрудники лаборатории объяснили, как устроены аппараты и какие задачи они позволяют решать.

Научные сотрудники Центра визуальной и физической антропологии при ИЭА РАН, работающие в этой небольшой лаборатории — Никита Викторович Хохлов и Стефания Дзини — рассказали о нескольких новых приборах, которые позволяют значительно расширить возможности антропологов, археологов и других специалистов.

В небольшом черном чемоданчике лежит рентгенофлуоресцентный спектрометр — прибор, с помощью которого можно анализировать и четко определять макро- и микро состав металлических изделий, грунтовых проб, стекла, костей, керамики и т.д. Такие спектрометры позволяют извлечь очень много информации о предмете. Например, археолог, занимающийся исследованием культурных слоев в раскопе, используя спектрометр, может узнать, какое количество железа, кремния, стронция, дерева и прочих веществ содержится в грунте на каждом культурном слое, и эти данные помогут пролить свет на деятельность и образ жизни людей, принадлежавших к этой культуре.

Рентгенофлуоресцентный спектрометр

Принцип действия рентгенофлуоресцентного спектрометра очень прост. В прибор встроена рентгеновская трубка, которая дает пучок ионизирующего излучения на образец. Излучение сообщает электронам дополнительную энергию, при этом атомы различных веществ начинают светиться в определенном спектре — каждому элементу соответствует конкретный диапазон свечения. Прибор фиксирует этот спектр и отображает его в виде графика на экране компьютера, а специалисты, анализируя график, могут определить, атомы каких веществ присутствуют в образце — это называется спектральным анализом.

Любое растение, живая ткань или волокно будет иметь свой собственный спектр — сколько они накопили всяких элементов. Спектр будет полностью отображать этот элементарный состав и, имея базу данных из таких вот спектров, мы можем сравнивать с ними археологические образцы и идентифицировать их.

• Никита Хохлов

Например, сравнив спектр фрагмента текстиля со спектрами различных растений, составляющих флору той местности, где он был найден, можно легко определить, что он изготовлен изо льна. По такому же принципу определяется происхождение керамических изделий, древность захоронений, и даже — после анализа состава костной ткани — причина смерти человека, жившего сотни или тысячи лет назад.

Мы очень долго искали подходящий прибор. Пробовали американский и китайский спектрометры, но так как на сегодняшний день они сильно поднялись в цене, мы решили остановиться на отечественном приборе. Оказалось, что по крайней мере при работе с металлами он превосходит американский и китайский аналоги.

• Никита Хохлов

Прибор, напоминающий большой принтер, — это ультрафиолетовый спектрограф, принцип его работы основан на ультрафиолетовом излучении и в целом аналогичен тому, что происходит при рентгеновском излучении. Но, в отличие от рентгенофлуоресцентного спектрометра, ультрафиолетовый спектрограф не воспринимает металлы и применяется для сравнительного анализа химических веществ исключительно органического происхождения. Однако это ограничение не делает его возможности менее впечатляющими.

Ультрафиолетовый спектрограф

Спектрограф уже успел показать себя в деле, когда в Центр визуальной и физической антропологии обратились археологи, работающие на рязано-окских могильниках.

Надо сказать, что рязано-окская культура — это культура, которая существовала в Рязанской области приблизительно в V-VI веках. Все, что нам известно об этой культуре, было изучено по могильникам, поэтому она так и называется — могильная культура.

• Стефания Дзини

Примечательно, что костные останки в рязано-окских могильниках плохо сохранились, тогда как волосы и фрагменты текстиля сохранились в большом количестве! Археологи передали сотрудникам лаборатории образцы тканей, поставив перед ними задачу: определить, каким красителем и по какой технологии красили эти ткани.

Мы создали солидную базу данных красящих растений, произрастающих в Рязанской области, перекрасили огромное количество шерстяной пряжи и дальше стали сравнивать то, что у нас получилось, с образцами из раскопа.

• Никита Хохлов

Самые древние письменные источники, где описываются технологии окрашивания тканей, относятся к концу XVIII века. Более ранних источников не существует. Но при помощи новых технологий сегодня ученые имеют возможность реконструировать методы, применявшиеся задолго до этого времени.

ИК-Фурье спектрометр

Напротив спектрографа установлен прибор с окулярами, как у микроскопа, — это ИК-Фурье спектрометр. С помощью этого аппарата можно определить наличие органических и металлоорганических соединений в образце. Устройство незаменимо при изучении костных останков, в частности, при определении давности захоронения. Современный метод датирования захоронений опирается на представление о том, что коллаген, содержащийся в костях, в природе разлагается очень медленно. Собрав базу данных о разных этапах этого процесса можно сравнивать количественный состав коллагена в новых найденных образцах с имеющимися данными, и на основании этого делать выводы о возрасте захоронений.

Другая сфера применения ИК-Фурье спектрометра связана с древесными остатками.

Когда дерево распадается, в нем находится такое вещество, как лигнин, который можно обнаружить при помощи этого прибора. Дело в том, что разным древесным растениям соответствует разное количество лигнина. Так что, опять же, имея под рукой базу данных по количеству лигнина в разных древесных породах, в которых уже запустился процесс гниения, мы можем, сравнив эти данные с археологическим образцом, узнать, например, из какой именно древесины была изготовлена находка.

• Никита Хохлов

Кроме того, ИК-спектрометр позволяет определять наличие соединений с легкими металлами в составе стеклянных и керамических изделий, а также обнаруживать ядовитые и наркотические вещества в образцах. Например, изучив образец костной ткани человека, который был отравлен, можно узнать, какой именно яд стал причиной его смерти. Опять же, важно подчеркнуть, что сам по себе прибор не определяет химический состав яда — он лишь позволяет отобразить флуоресцентный спектр, соответствующий химическому элементу или соединению. А чтобы понять, что это за элемент или соединение, нужно сравнить полученный спектр с базой данных.

Созданная нами лаборатория выполняет двойную задачу. Наряду с непосредственной работой с образцами, которые нам передают для изучения археологи, этнологи и другие специалисты, мы также накапливаем и постоянно расширяем базу данных для будущих исследований. Это требует очень длительного времени, но кое-что нам уже удалось сделать.

• Стефания Дзини

Никита Хохлов и Стефания Дзини за работой

Текст и фото: Наира Кочинян