ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 1, с. 122-131
УДК 543.427.4
ИССЛЕДОВАНИЕ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ НАХОДОК ИЗ КУРГАНОВ ЗНАТИ НАРОДНОСТИ ХУННУ (НОИН-УЛА, МОНГОЛИЯ) МЕТОДАМИ РФА-СИ, МИКРО-РФА-СИ И XAFS
© 2015 г. В. А. Трунова1, 5, В. В. Зверева1, Н. В. Полосьмак2, Д. И. Кочубей3, В. В. Кривенцов3, К. Э. Купер4, Я. В. Ракшун4, Д. С. Сороколетов4
E-mail: valna-t@mail.ru
Проведено исследование уникального археологического материала органического происхождения из захоронений знати кочевой народности хунну (Ноин-Ула, Северная Монголия) методами рент-генофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения (РФА-СИ), микро-РФА-СИ, рентгеновской спектроскопии поглощения (XAFS), сканирующей электронной микроскопии, а также рентгеновской компьютерной томографии высокого разрешения.
DOI: 10.7868/S0367676515010329
ВВЕДЕНИЕ
В 2006 и 2009 годах совместная российско-монгольская экспедиция проводила исследования захоронений знати хунну — кочевого народа, населявшего ранее территорию Центральной Азии. Место раскопок располагалось в горах Ноин-Ула (Северная Монголия). Могильные поля располагались на высоте более 1500 м в долине реки Суцзуктэ. Все курганы были датированы I в. до н. э. — I в. н. э. Было проведено тщательное исследование трех курганов знати хунну — № 11, 20 и 31. Все они были практически полностью разграблены почти сразу же после их сооружения, поэтому тела погребенных людей отсутствовали, как и множество ценных предметов. Тем не менее в захоронениях было обнаружено множество разнообразных металлических (железных, бронзовых, медных, позолоченных и серебряных) изделий. Глубина захоронений составляла 6 (курган № 11), 13 (курган № 31) и 18 метров (курган № 20) [1].
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт археологии и этнографии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
3 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
4 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
5 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский национальный исследовательский государственный университет.
Эти захоронения уникальны, прежде всего благодаря разнообразию найденного органического материала: пряди и косы волос, фрагменты костей, зубной эмали, растительные останки, фрагменты текстиля (Polosmak 2009). Очевидно, что волосы, обнаруженные в погребениях, не принадлежали погребенному человеку, так как в одном захоронении могло содержаться до 40 прядей [2]. Однако все волосы принадлежали современникам умерших людей и представляют собой уникальный источник информации. Анализ волос как наиболее богато представленного материала может пролить свет на особенности культуры, быта народности хунну и их взаимодействие с окружающей средой.
ДИАГЕНЕЗ ОБЪЕКТОВ
ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Волосы
Волос представляет собой одну из самых устойчивых к разложению биологических тканей [3]. Именно белок волоса — кератин — способен дольше всего сохранять свою структуру [3—6] по прошествии даже нескольких тысяч лет [7]. Все же некоторые изменения post mortem могут происходить: загрязнение тяжелыми металлами, а также различные тафономические процессы.
Волос способен абсорбировать и накапливать ионы металлов, происхождение которых может быть как эндогенным (поступление изнутри, через корень волоса), так и экзогенным (внешний источник — из окружающей среды). Известно, что на местах захоронений хорошая сохранность таких объектов, как волосы, кожа и текстильные изделия часто обусловлена именно присутствием
катионов металлов в случае, когда металлические изделия располагаются в непосредственной близости [3, 8].
Абсорбционная способность волос способствует накоплению катионов металлов из среды. Например, в исследованиях И.М. Кэмпсона с соавторами [9] было обнаружено высокое содержание меди в волосе (до 3000 мкг • г-1) после помещения его в речную воду, несмотря на то, что в речной воде, как и в самом волосе, исходная концентрация меди составляла единицы мкг • г-1.
Возможные изменения в элементном составе волоса могут также происходить вследствие выщелачивания, ионного обмена, биологической активности и/или осаждения нерастворимых неорганических соединений [9-13].
Существует множество исследований элементного состава волос, однако примеров исследования элементного состава древних волос не так много, из-за их относительной редкости среди археологического материала. Чаще всего исследователей интересует причина аномально высокого содержания определенных химических элементов в волосе [3, 14, 15].
Для исследования волос используются различные методы, в том числе и рентгеновские методы анализа: рентгенофлуоресцентный анализ [8, 9, 15, 16], методы рентгеновской дифракции [3, 15, 17, 18], рентгеновской спектроскопии поглощения — XANES и EXAFS [3]. Что касается последних, то такого рода исследований в литературе крайне мало, вероятно, из-за сложности структуры органического материала и отсюда сложности интерпретации осцилляций в полученных спектрах.
Кости, зубная эмаль
В отличие от диагенеза волос, диагенез костей хорошо изучен [19]. Костная ткань состоит примерно на 30% из органического вещества [20]. Известно, что белок костной ткани - коллаген -способен долго сохраняться после захоронения [21-23]).
Зубная эмаль еще менее подвержена процессу деградации по сравнению с костной тканью, тем не менее эмаль также не защищена полностью от процесса диагенеза [20, 24—26]. В эмали содержание органических веществ составляет около 1% [27—29]. Внеклеточный органический матрикс состоит из ряда протеинов, многие из которых свойственны только эмали [28, 30, 31].
В нашем случае в образцах зубных коронок, обнаруженных в погребении № 20, дентин был разрушен, сохранилась только зубная эмаль.
ДЕГРАДАЦИЯ МЕДНЫХ И БРОНЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ В СРЕДЕ ЗАХОРОНЕНИЯ
Во всех исследуемых образцах волос, а также зубной эмали и фрагментах текстиля было обнаружено аномально высокое содержание меди (до 1.6 вес. %) по сравнению с нормальными уровнями содержания этого элемента [32—34]. Высокие уровни содержания железа в образцах, очевидно, можно отнести к влиянию среды захоронения -глине, содержащей высокие концентрации окислов этого элемента.
На месте захоронения было обнаружено множество металлических изделий, в том числе бронзовых и медных. Вероятно, в погребениях могло находиться большее количество таких изделий, однако захоронения были ранее разграблены. В погребениях волосы находились в непосредственной близости от этих объектов.
Тип почв в данном регионе глинистый, кроме того, курганы периодически подтапливались грунтовыми водами в силу своего расположения в долине реки. Таким образом, все находки были обнаружены во влажной глине [1], которая могла послужить средой для транспорта катионов металлов (рН среды захоронения был близок к нейтральному).
Начиная с 1970-х годов, несколько авторов предпринимали попытки пролить свет на механизмы долговременной коррозии объектов, сделанных из бронзы и других медных сплавов [35]. Существует несколько типов химических соединений, которые могут образовываться в данных условиях с большой долей вероятности [36]: нан-токит СиС1, располагающийся под слоем куприта Си20 [37, 38]; оксид меди (II) СиО [39]; ковелит С^ (в том случае, когда есть избыток сульфида в среде) [36, 40, 41], малахит Си2(СО3)(ОН)2 [36, 38, 42] и атакамит Си2С1(ОН)3 [36, 38].
Медь
Медь - это один из эссенциальных химических элементов. В биологических системах медь в основном находится в виде двухвалентного катиона [43]. Обычно медь связана с белками или с другими органическими соединениями, и в свободном состоянии ион меди(11) не обнаруживается [44]. Этот металл участвует в синтезе коллагена и эластина [45, 46].
Медь играет важную роль в процессе формирования и роста волос и шерсти [47—49], а также в пигментации волос, участвуя в синтезе меланина [50]. Медь координируется чаще такими лиганда-ми, как амины и тиоляты, а также ионизованными пептидами и карбоксилатами. Известно, что волос содержит как карбоксильные группы, так
и аминогруппы (до 16% азота), а также 11—18% S-содержащих аминокислот (цистеина и метио-нина) [51].
Нормальное содержание меди в волосах находится в пределах от единиц до сотни мкг • г—1, тогда как при остром отравлении медью ее концентрации в волосе могут достигать 1200—1300 мкг • г—1 [52, 53].
Известно, что хунну широко использовали в быту медные и бронзовые предметы, в том числе и для приготовления пищи [54, 55]. Таким образом, эндогенное влияние на содержание меди в волосах могло иметь место при жизни.
Таким образом, один из главных вопросов исследования — каков источник повышенных концентраций меди в волосах (и других объектах органического происхождения) — экзогенный или эндогенный?
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Метод РФА-СИ
Все измерения проводились на экспериментальной станции РФА-СИ-анализа (накопительное кольцо ВЭПП-3, ИЯФ СО РАН). Параметры ВЭПП-3: Еех = 2 ГэВ, В = 2 Тл, и 1е = 100 мА.
Характеристики станции РФА-СИ: измерения проводились на воздухе, монохроматор — двухкри-стальный типа "бабочка", с рабочими плоскостями Si (111); максимальный размер пучка 2 х 5 мм; энергия возбуждения — 8—42 кэВ; определяемые элементы — от К до и; энергетическое разрешение полупроводникового Si(Li) детектора составляет 145 эВ (на лини 5.9 кэВ).
Были исследованы следующие находки органического происхождения: курган № 20 — 9 прядей волос человека (образцы п. 4—12) и два образца зубной эмали человека; курган № 31 — 2 пряди волос (образцы п. 3 и 13), фрагмент шерстяной ткани, фрагмент кости человека, 2 образца местной глины, 2 образца зерен проса; курган № 11 — один фрагме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.