Спросить
Войти
УДК 902.1:620.187.22
Б01: 10.24411/2658-7637-2019-11504
И. Г. Мокрушин, 1 М.П.Красновских/П.А.Иванов/
О.Ю. Каменщиков, Н.Б.Крыласова, & А.Н.Сарапулов ОПЫТ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ (ПО МАТЕРИАЛАМ РОЖДЕСТВЕНСКОГО ГОРОДИЩА В ПЕРМСКОМ
КРАЕ) *
Российская Федерация
Федерация
В работе описан опыт применения принципов и процедур изучения анатомии древесины и идентификации археологических и исторических образцов на примере угля и обугленных остатков с Рождественского Городища Пермского края. Пути естественной консервации археологических образцов могут быть различными: обугливание, заболачивание, высыхание, окаменение и химическое сохранение. При этом различается и степень сохранения анатомических характеристик древесины, что требует создания унифицированной методики подготовки проб и их анализа.
В данной статье предложены пути решения вопроса создания универсального подхода к анализу археологического угля с использованием современных инструментальных методов. Показано, что сочетание специальной пробоподготовки, термического анализа и последующей сканирующей электронной микроскопии вкупе со специализированными ботаническими знаниями по анатомии дерева открывают исключительные возможности для анализа сложных образцов карбонизированной археологической древесины и угля.
Методика пробоподготовки и анализа разработана на основе ранее описанных исследований образцов исторической древесины в тонком слое с помощью оптической микроскопии, изучения процессов углеобразования, анализа углеродных остатков просвечивающей микроскопией. С помощью разработанной в Лаборатории термических методов анализа ПГНИУ методики определены породы деревьев, применявшиеся у жителей Рождественского городища Пермского края, дана археологическая интерпретация и оценка полученных результатов.
Новый способ анализа археологических остатков угля с целью определения пород древесины показал хорошие результаты при апробации. Для «сухого» культурного слоя, характерного для памятников Пермского Предуралья, эта методика позволяет существенно расширить представления о хозяйстве, уровне строительной техники и лесоматериалах, используемых в строительстве, ремесленном производстве и в быту.
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ - проект № 17-46-590780 «Хозяйственно-культурный облик средневекового Предуралья (комплексное исследование)»
I.G. Mokrushin ,1 M.P.Krasnovskikh,1 P.A.Ivanov,1 O.YU .Kamenshchikov,1
N.B.Krylasova,2&3 A.N.Sarapulov 3 DETERMINATION OF WOOD SPECIES BY SCANNING ELECTRONIC MICROSCOPY (BY MATERIALS OF ROZHDESTVENSKY SETTLEMENT
IN PERM REGION)
Federation
Abstract. The paper describes the experience of applying the principles and procedures for studying the anatomy of wood and identifying archaeological and historical samples of coal and charred remains from the Rozhdestvensky Settlement in the Perm Territory as an example. Ways of natural conservation of archaeological specimens can be different: carbonization, waterlogging, drying, petrification and chemical preservation. At the same time, the degree of preservation of the anatomical characteristics of wood also varies, which requires the creation of a unified methodology for sample preparation and analysis.
This article proposes approaches to solving the problem of creating a universal approach to the analysis of archaeological coal using modern instrumental methods. It is shown that a combination of special sample preparation, thermal analysis, and subsequent scanning electron microscopy, combined with specialized botanical knowledge on wood anatomy, offer exceptional opportunities for the analysis of complex samples of carbonized archaeological wood and coal.
The method of sample preparation and analysis was developed on the basis of previously described studies of samples of historical wood in a thin layer using optical microscopy, studying the processes of coal formation, analysis of carbon residues by transmission microscopy.
Used method is developed at the Laboratory of Thermal Analysis Methods of the Perm State University, the tree species used in the inhabitants of the Rozhdestvensky Settlement of the Perm Territory were determined, an archaeological interpretation and evaluation of the results were given.
The applied method for the analysis of archaeological remains of coal in order to determine wood species showed good results during testing. For the "dry" cultural layer, characteristic of the monuments of the Perm Urals, this technique allows us to significantly expand our understanding of the economy, the level of construction equipment and timber used in construction, handicraft production and in everyday life.
Введение. В лесной зоне Пермского Предуралья основным поделочным материалом в разные исторические эпохи являлось дерево. В эпоху средневековья дерево использовалось для строительства домов и фортификационных укреплений, для создания предметов интерьера и домашней утвари, деревянными были основы сельскохозяйственных орудий и ремесленных инструментов, средства передвижения и многое другое, вплоть до детских игрушек. Однако этот огромный пласт материальной культуры не сохранился до нашего времени в силу особенностей т.н. «сухого» культурного слоя, в отличие от «влажного» культурного слоя в ряде городов Северо-западной Руси (в частности, Новгорода) и в торфяниках, а также культурного слоя
памятников, расположенных в зоне вечной мерзлоты, где сохраняются не только остатки деревянных построек, но и многочисленные деревянные изделия.
В сухом культурном слое сохранности древесины (и другой органики, напр., кожи, меха, текстиля) способствуют особые обстоятельства. Среди них -консервация окислами металла, за счет чего иногда сохраняются деревянные ножны в металлической обкладке, фрагменты рукоятей ножей, древков стрел, топорищ и пр. Наиболее уникальными примерами подобной консервации являются два деревянных сосуда, найденные в медном котле в погребении №268 Баяновского могильника [Данич, Крыласова, 2014, рис.9], а также деревянный гребень и деревянные детали роговой солонки, сохранившиеся в сумочке с серебряной лицевой пластиной в погребении №279 Баяновского могильника [Белавин, Данич, Иванов, 2015].
Еще одно обстоятельство, при котором может сохраняться органика, в том числе и древесина, это упомянутый влажный культурный слой, который изредка присутствует на дне наиболее глубоких ям, достигающий уровня грунтовых вод. В частности, на Рождественском городище за период многолетних исследований в подобных условиях за исключением тлена различных деревянных конструкций и неинформативных кусков бересты были обнаружены фрагмент плетеного берестяного изделия (рис.1/1), фрагмент берестяного мата со следами шва (рис.1/2), деревянный клин (рис.1/3), фрагменты днищ двух берестяных туесков (рис.1/4-5), деревянный кол (рис.1/6).
Иногда сохраняется и древесина, подвергшаяся воздействию огня. Так, недавно были опубликованы результаты исследования частично обугленных деревянных изделий, обнаруженных в слое пожара в золотоордынском Болгаре: по срезам с изделий при помощи бинокулярного микроскопа был осуществлен анализ с целью выявления характерных признаков породы древесины [Бадеев, Соловьева, 2019, с.135].
Но наиболее массово остатки древесины в сухом культурном слое представлены в форме угля. Археологи используют уголь для характеристики и интерпретации выявляемых объектов, отбирают пробы угля для проведения радиоуглеродного анализа.
Экспериментальная часть. В Лаборатории термических методов анализа ПГНИУ разработан новый метод определения пород древесины по углю. Данный метод расширяет базу источников для проведения археологических исследований и, в частности, позволяет установить породу древесины, использовавшуюся при строительстве и изготовлении различных деревянных изделий.
Микроскопическое изучение клеточных особенностей, которые составляют структуру древесины деревьев и кустарников, является неотъемлемой частью процесса идентификации и классификации, и представляют собой научную дисциплину анатомии древесины. На протяжении многих десятилетий последняя была сосредоточена, в первую очередь, на различении и описании свежих образцов. Существует Международная ассоциация анатомов древесины (IAWA), которая разрабатывает единый подход к распознаванию и описанию микроскопических анатомических особенностей древесины [Са:г1^п§Ь1:, 2015; Воп, 2019].
Независимо от типа сохранности древесины - встречается обугленная, заболоченная, высушенная, минерально-консервированная или просто старая следует подготовить и изучить три разреза, необходимые для определения анатомии древесины. Каждый образец имеет поперечный разрез (transverse section, TS), радиальный продольный разрез (radial longitudinal section, RLS) и тангенциальный продольный разрез (tangential longitudinal section, TLS). Свежую древесину, включая эталонные образцы, короткие отрезки или кубики из древесного массива, варят в стакане с водой, пока она не станет достаточно мягкой, чтобы её можно было разделить с помощью микротома.
Ранее карбонизация древесины изучена в изотермических условиях от 50 до 1000°С весовым методом в окислительной (воздушной) атмосфере [De Muniz, 2012; Pereira, 2016; Gasson, 2017]. Доказано, что древесина сохраняет большинство своих анатомических характеристик при обугливании, но температура обугливания определяет внешний вид получаемого угля, и это зависит, в основном, от пропорций и распределения составляющих её сосудов, волокон и паренхима, а также содержания влаги. Показано, что большинство изменений произошло, когда древесный уголь был изготовлен при температуре 600°С, но качественные характеристики, необходимые для идентификации, были сохранены. В целях успешной идентификации методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) мы предлагаем новую методику политермической карбонизации в инертной атмосфере.
С целью апробации данной методики для анализа археологических материалов в Лаборатории археологической трасологии, антропологии и экспериментальной археологии ПГГПУ была отобрана серия из 16 образцов угля из раскопок разных лет на Рождественском городище в Карагайском районе Пермского края (из сохраненных остатков угля, собранного для проведения радиоуглеродного анализа в разных частях площадки городища).
Для изучения образец древесины (либо обугленный археологический остаток) подготавливался к карбонизации: острым скальпелем, вдоль волокон, вырезался квадрат со стороной 3-4 мм с захватом одного или двух годовых колец. Затем надрезами сверху и снизу перпендикулярно волокнам формировался куб со стороной 3-4 мм. Образцы карбонизировались в приборе синхронного термического анализа (STA 449 F1 Jupiter, Netzsch Германия). Нагревание проводилось с предварительным вакуумированием в атмосфере особо чистого аргона (марка 5-0, расход 60 мл/мин) при температуре от 45 до 1000°С со скоростью 45°С/мин в корундовом (Al2O3) тигле с одновременной регистрацией потери массы. Карбонизированный образец разламывался посередине, перпендикулярно волокнам, для раскрытия поперечной грани и анализировался сканирующей электронной микроскопией (прибор Hitachi S-3400N, Hitachi, Япония), где изучался с трёх сторон (поперечная грань, полученная разломом, и 2 прилегающих к ней грани) с увеличением 100; 300; 700; 1500 крат. Идентификация археологических остатков проводилась по предварительно подготовленным по данной методике эталонным образцам карбонизированной древесины известных пород, взятых из районов описываемых археологических памятников (например, рис. 2). Из предоставленных на анализ обугленных остатков готовились два образца, если их определение не совпадало, анализировались ещё два образца. Так, к примеру, в одном случае (ANS_03 (RG18, PVIII, уч. E/67, гл. 0,37м)) было выявлено две породы древесины.
В результате проведенного анализа среди представленных образцов определены 7 пород древесины - 4 хвойных: сосна, ель, пихта и лиственница; 3 лиственных: береза, липа, осина.
Как известно, сосна и ель являются самыми распространенными видами деловой древесины. По материалам средневекового Новгорода установлено, что из них строили жилища, городские укрепления, мостовые улиц, водопроводы, корабли, изготовляли станки, бондарные изделия, мебель, разные ремесленные приспособления и орудия труда. В строительстве жилищ, надворных построек, мостовых, тынов и подобных сооружений сосну и ель применяли в одинаковой мере, для прочих поделок хозяйства и быта новгородцы предпочитали сосну [Колчин, 1968, с.8].
Древесина пихты очень похожа по внешнему виду на древесину ели, от которой она отличается отсутствием нормальных смоляных ходов. Пихту используют как строительный материал, хотя ценится она меньше, чем другие хвойные. Ее применяют при производстве тары для пищевых продуктов, так как она не дает запаха, для изготовления некоторых музыкальных инструментов, поскольку у древесины пихты неплохие резонансные свойства [Яценко, 1954, Рыкунин, 2005].
Древесина лиственницы более прочная, чем у дуба, при их практически одинаковой плотности, под длительным воздействием воды твердость лиственницы повышается, дерево приобретает твердость камня. Она обладает очень высокой устойчивостью к грибковым заболеваниям и другим биологическим поражениям; смола, которой пропитана лиственница, обладает очень сильными бактерицидными свойствами. Судя по новгородским материалам, из лиственницы изготовляли главным образом корабельные части и детали; все другие изделия из лиственницы могли выделывать из разобранных или старых кораблей [Колчин, 1968, с.8].
Древесина березы, судя по новгородским материалам, находила широкое и разнообразное применение. Она легко обрабатывается режущими инструментами и хорошо полируется. Прочность и однородность строения позволяют наносить на древесину березы тонкую художественную резьбу. Из березы в Новгороде изготовлялись разные рукояти инструментов, части боевых луков, иногда ложки и резные сосуды, сапожные колодки и детские игрушки [Колчин, 1968, с.8].
Древесина липы особенно ценна для разных построек и поделок, которые не требуют особой прочности. Она давно и широко используется в резьбе, поскольку обладает белой и чистой структурой. Из липы делают резную, долбленую, бондарную деревянную посуду. Часто ее древесина используется для изготовления музыкальных инструментов. В прошлом из больших дуплистых деревьев липы изготовляли улья, мебель. Широко применяется этот материал и для добывания луба. Из луба молодых деревьев, т. е. лыка, плели лапти, туеса и другие изделия. Луб старых деревьев после окорки замачивали в воде и получали мочало, из которого ткали рогожи. Широкие пластины коры после горячей обработки использовали вместо досок для гнутых стенок ларей [Яценко, 1954, Рыкунин, 2005].
Древесина осины по устойчивости к истираемости почти равняется древесине дуба; легко режется и прекрасно обрабатывается на токарном станке. Издавна из осины делают лёгкую и прочную посуду. Чтобы изготовить резной
ковш или ложку, заготовки распаривают в кипящей воде. После этого осина режется острыми инструментами также легко, как репа. В посуде из осины не портятся продукты, благодаря содержащимся в ней веществам, убивающим гнилостные бактерии. Осина долго сохраняется в воде, а при высыхании не трескается и не коробится. Поэтому исстари из осиновых брёвен вязали колодезные срубы [Яценко, 1954, Рыкунин, 2005].
Обсуждение результатов. Образцы угля, отобранные в 2009 г., происходят с раскопа VII, расположенного в юго-западной части площадки городища. Участки У/14 и У/16 располагались в пределах жилища, в котором на глубине -1,15 м на стратиграфическом разрезе прослеживались остатки одного из уровней пола [Крыласова, 2010, рис.86, 101]. Радиоуглеродная дата этого слоя - XII век. Образец А№_04 - сосна, - вероятно, относится к деревянному настилу пола (тесаные доски), образец А№_10 - осина, - к одной из жердей, использовавшихся в качестве лаг в основании дощатого настила. Очевидно, что основным материалом для жердей являлась свежая поросль на заброшенных полях и вырубках, в которой преобладали береза и осина.
Образцы угля, отобранные в 2012 г., происходят с раскопа V, расположенного в юго-восточной части площадки городища в пределах засыпанного в древности лога. Здесь изучена универсальная мастерская, главным направлением деятельности которой была цветная металлообработка. Образец А^_05 - сосна, - происходит из ямы 1, которая, судя по характеру заполнения, первоначально функционировала как углежогная яма, очевидно, обеспечивающая углем производственные сооружения, расположенные в логу. Радиокарбонная дата этой ямы - XIII - начало XIV вв. Образец А№_09 -береза, - происходит из ямы 2, которая по конструкции близка хорошо изученным на Рождественском городище сооружениям, представлявшим собой остатки оснований печей (подпечье). На дне у нее выявлены остатки столбовых конструкций - опоры печи, в верхней части заполнения прослеживались следы прокала, пятна золы и углей, основанием очага служила каменная кладка, скрепленная сырой глиной. Судя по характеру находок, печь была связана с металлообработкой, в первую очередь - с кузнечным производством. Радиоуглеродная дата - XII начало XIII вв. [Крыласова, 2013, с.124]. Образец березового угля, вероятно, связан с остатками не до конца прогоревших дров.
Образцы угля, отобранные в 2014-2017 гг. происходят с раскопа IX в восточной части площадки городища, где за указанный период исследований изучены остатки семи наземных жилищ каркасно-столбовой конструкции [Белавин, Крыласова. 2016; Крыласова, 2018].
Образцы 2014-2016 гг. получены из объектов, связанных с наиболее полно исследованным жилищем УК.
Образец А№_15 - лиственница - происходит из ямы 4-а, которая интерпретируется как яма-подпечье, отобран из слоя, связанного со вторым уровнем деревянной облицовки дна [Крыласова, 2015, рис.100]. Радиоуглеродная дата - X-XI вв. Глубина этой ямы составляла -2,1 м и достигала уровня грунтовых вод. Вероятно, поэтому при ремонте ямы в качестве материала для облицовки дна была выбрана именно лиственница.
Образец А№_13 - сосна - отобран в яме 4-б аналогичного назначения [Крыласова, 2015, рис.116]. Радиоуглеродная дата - конец XI - первая половина
XII вв. Уголь происходит из слоя, связанного с деревянным помостом, служившим основанием для пода печи, расположенной над ямой.
Образец ANS_08 - ель - связан с остатками деревянного пола жилища 1/IX.
Образец ANS_06 - липа - отобран в яме 2-б, которая располагалась в хозяйственном пристрое жилища 1/IX. Яма первоначально служила в качестве погреба, позже была переоборудована в яму-подпечье. Радиоуглеродная дата -XI в. Уголь происходит из прослойки внутри прокала, связанного с подом печи [Крыласова, 2016, рис.89]. Вероятно, это остатки дров или сожженной утвари.
Образец ANS_07 - сосна - связан с остатками столба в основании северной стены жилища 1/IX.
Образец угля, отобранный в 2017 г.: ANS_14 - лиственница - происходит из ямы 8 в пределах жилища 4/IX. Эта яма перестраивалась несколько раз, функционировала как погреб и как яма-подпечье. Радиоуглеродная дата - X в. Уголь происходит из слоя, связанного с деревянной облицовкой дна ямы.
Еще один образец угля 2017 г. отобран на раскопе IV за валом городища в пределах посада, где была изучена жилая постройка. Образец ANS_12 - ель -взят из слоя, связанного с полом постройки [Крыласова. 2018, рис.51].
В 2018 г. исследования проводились в северо-восточной части площадки городища на раскопе VIII. Здесь изучены остатки двух жилищ и часть мастерской медника [Крыласова, 2019, с.150-160].
Образцы ANS_01 и ANS_02 - липа, - отобраны в районе нар у южной стены жилища 2/VIII, и могут быть связаны с остатками деревянной утвари.
Образец ANS_03 - пихта + липа - отобран в верхних слоях заполнения ямы 7, которая являлась ямой-кладовкой в пределах мастерской медника. Здесь выявлены остатки деревянного короба (сундука?), наполненного обрезками медных пластин, медными сплесками и заготовками, которые, вероятно, собирались в качестве сырья для дальнейшей переработки [Крыласова, 2019, с.160]. Представленные образцы, очевидно, связаны именно с данным коробом.
В двух образцах с раскопа VIII 2018 г. (ANS_11, ANS_16) были определены кости.
Заключение. Таким образом, разработанная в Лаборатории термических методов анализа ПГНИУ методика анализа археологических остатков угля с целью определения пород древесины показала хорошие результаты при её апробации. Результаты определения отлично соотносятся с археологическими данными, полученными другими методами. Для «сухого» культурного слоя, характерного для памятников Пермского Предуралья, эта методика позволяет существенно расширить представления о хозяйстве, уровне строительной техники и лесоматериалах, используемых в строительстве, ремесленном производстве и в быту.
Библиографический список
- pp. 471-477. doi: 10.1590/S0104-77602012000300015.
- 291(1-2). - pp. 11-39. doi: 10.1016/j.palaeo.2009.12.012.
Рис.1. Деревянные изделия Рождественского городища
Сосна, радиальный разрез (RLS), 300х
Сосна, тангенциальный разрез Сосна, поперечный разрез (TS),
(TLS), 300х
Липа, радиальный разрез (RLS), 300х
Липа, тангенциальный разрез (TLS), 300х
Липа, поперечный разрез (TS), 300х
Рис.2. Разрезы эталонных образцов сосны и липы ^ЕМ)
Таблица 1. Результаты идентификации пород древесины по археологическим остаткам _(углю) из раскопок Рождественского городища_
№ образца Происхождение образца Результат определения
А№_01 Я018, PVIII, уч. 3/71, гл 0,12 м Липа
А№_02 Я018, Р^П, уч. 3/71, гл 0,12 м Липа
А№_03 RG18, РУШ, уч. Е/67, гл. 0,37 м Пихта + Липа (два разных вида)
А№_04 RG09, РУП, уч У/16, гл. 1,15 м Сосна
А№_05 RG12, РУ, яма 1 Сосна
А№_06 Я015, РК, яма 2-б, гл. 0,73 м Липа
А№_07 Я016, PIX, уч. X/97, гл. 0,3 м Сосна
А№_08 Я014, PIX, уч. Щ/93, гл. 0,26 м Ель
А№_09 Я012, PV, яма 2, гл. 0,76 м Береза
А№_10 RG09, РУП, уч. У/14, гл. 1,15 м Осина
А№_11 Я018, PVШ, яма 5, гл. 2,0 м Кости
А№_12 Я017, PIV(посад), уч. Pм-Cм/28, гл. 0,6м Ель
А№_13 Я014, PIX, яма 4-б, уч. Ш/96, гл. 0,8 м Сосна
А№_14 RG17, Р1Х, яма 8 Лиственница
А№_15 Я014, PIX, яма 4-а, уч. Ш/95, гл. 1,85 м Лиственница (следы деструкции)
А№_16 Яа/18; PVПI Кости
