Абсолютная хронология
Абсолютная хронология
Многие вопросы о прошлом включают в себя хронологический аспект (Тэйлор и Айткен — Taylor and Aitken, 1998). Сколько лет этому рубилу? Эти поселения относятся к одной эпохе? Когда похоронили эту женщину? Относительная хронология достаточно проста (прямолинейна) по сравнению с действительной датировкой в календарных годах. По сравнению с другими аспектами археологии в изобретение методов датирования прошлого вложено намного больше усилий (Гей и Шляйхтер — Geyh and Schleicher, 1990).
Деятельность человека охватывает период прошлого в 2,5 миллиона лет. Сравнительное датирование позволяет нам заполнить этот период мириадами длительных и совсем коротких культур, упорядоченных в масштабе региона или континента. Относительно датированное прошлое напоминает дерево с ветвями, но ветви этого дерева никогда не росли равномерно, не давали ростки в одно и то же время. Относительное датирование позволяет нам воссоздать дерево, составить схему его сучков и веточек достаточно точно. У нас будет картина происходивших изменений, но не будет перспективы ушедших лет.
Не имея абсолютных дат, мы не можем знать точное время возникновения человечества, когда появились и исчезли отдельные культуры или как быстро они менялись. У нас также нет никакого представления о том, когда имели место некоторые знаменательные этапы развития, такие как переход от охоты и собирательства к земледелию, скажем, в Америке по сравнению с Юго-Восточной Азией или в Китае относительно Тропической Африки. Абсолютная хронология необходима, если мы хотим измерить скорость перемен в культурах в течение длительных или кратких периодов времени.
Даты в календарных годах являются силой, заставляющей статичное тело прошлого оживать в руках археологов. Чрезвычайно точные датировки по древесным кольцам на юго-западе США рассказывают нам о длительной засухе, от которой пострадали предки народа пуэбло в XII веке. Возможно, это заставило их рассеяться из больших поселений пуэбло по мелким поселениям. Радиоуглеродные даты, выверенные по кольцам деревьев из Абу Хурейра, Сирия, говорят нам о том, что люди переключились с собирательства (from foraging) на земледелие за очень короткое время, всего в течение жизни нескольких поколений. Сейчас мы знаем, что урбанистические цивилизации появились сначала в Египте и Месопотамии около 3100 года до н. э., к 2000 году до н. э. — в северном Китае и чуть позже в Центральной и Южной Америке.
На рисунке 7.9 показан хронологический охват основных абсолютных методов датирования огромного прошлого человечества. Давайте проделаем путь обратно в прошлое по мере того, как будем рассматривать эти главные методы.
Рис. 7.9. Хронологический охват основных хронометрических методов, используемых в археологии. Колонка слева показывает огромный период доисторических эпох по сравнению с историческими временами, освещенными письменными документами на протяжении 5000 лет
Исторические материалы, календари и объекты известных эпох (от 3000 года до н. э. до настоящего времени)
Каждому со школьной скамьи известны даты важных событий в недавней истории: день провозглашения независимости США — 1776 год или год высадки Юлия Цезаря в Британии — 55 год до н. э. Такие даты являются вехами формирования современных наций, и они зарегистрированы во многих документах. К сожалению, письменная история охватывает короткий период времени приблизительно в 5000 лет. Следовательно, она пригодна для датировки памятников и артефактов начиная от 3000 года до н. э. и до настоящего времени.
Исторические документы. В 1290 году до н. э. египетский фараон Сети I начертал на стенах своего дворца в Абидосе у реки Нил перечень царей. Его писцы записали имена 75 царей-предшественников. Его последователь, Рамсес II, приказал своим писцам приготовить другой, более полный список правителей, так называемый Канон Турина (Кемп — Kemp, 1989). Кажется, в этом документе перечислены все фараоны от Нармера (Менеса), первого правителя объединенного Египта в 3100 году до н. э., до самого Рамсеса. Писцы, составившие оба списка, более заботились о политическом заявлении о преемственности и стабильности египетской цивилизации с самых древних времен, а не о точной хронологии. Сегодня как список Сети, так и Канон Турина дали египтологам бесценную запись хронологии древней египетской цивилизации.
Письменность возникла в Месопотамии и Египте где-то до 3000 года до н. э. С помощью простых глиняных знаков и других систем пометок фиксировали возрастающее количество сделок между людьми, живущими вдалеке друг от друга. В итоге эти знаки стали изобразительными знаками и превратились в шрифт, такой, например, как шумерская клинопись (от греч. cuneus — клин), клиноподобные знаки которого наносились на влажную глину, и египетские иероглифы (Робинсон — Robinson, 1995). Древнейшие записи представляли собой пометки купцов о сделках, но первые писцы скоро расширили сферу своей деятельности. Шумерская и египетская литература включает в себя эпосы, любовную поэзию, юридические, политические и религиозные документы, даже учебные тексты. Древние тексты начиная от 2500 года до н. э., дают ценную хронологическую информацию.
Исторические материалы предоставляют хронологические сведения о восточных средиземноморских цивилизациях, о китайских государствах после 2000 года до н. э. и о Европе после завоевания римлянами перед самым началом нашей эры. Основанная на документах история появилась в некоторых частях Тропической Африки и Азии только в конце XIX века. В Америке более 2000 лет назад народ майя разработал сложную систему письменности и замысловатый календарь, обеспечивший точную хронологию некоторых важный событий в поздней истории Центральной Америки (Шелле и Фридель — Schele and Friedel, 1990). В других частях Америки письменные источники информации появились после завоевания европейцами после XV века. Таким образом, документы дают точные даты только для крохотного периода человеческой истории, большая часть которой сосредоточена в Средиземноморье и Восточной Азии. Мы знаем точно, когда пилигримы основали Плимут и когда галеоны Испанской армады пошли ко дну у скал Западной Ирландии. Но эта история охватывает не более мига из двух с половиной миллионов лет прошлого человечества.
Календари. Люди пользуются календарями для различных целей: для того, чтобы праздновать дни восшествия правителей на престолы, запоминать важные праздники или помечать приход разных времен года. Немногие древние сообщества разработали такие сложные календари, как древние народы Центральной Америки. Справедливо знаменит календарь майя. Когда-то используемые для земледельческой и религиозной «разметки» лет, духовные и секулярные календари организовывали все аспекты жизни через повторяющиеся циклы (Коэ — Сое, 2002). В то же самое время священнослужители майя пользовались линейным календарем, известным под названием «длинный отсчет», записываемым на каменных столбах. Специалисты увязали этот календарь с христианским и отнесли этот промежуток времени к периоду между 3114 годом до н. э. и 909 годом н. э., хотя местами он доходил до времен испанской колонизации в XVI веке. Большая часть этой хронологической шкалы развертывается еще до того, как сам народ майя жил в организованных государствах, но их уникальный календарь дает возможность проверки хронологии таких городов, как Копан, Паленг и Тикаль.
Как и письменные документы, древние календари охватывают сравнительно короткий период прошлого в 5000 лет. Тем не менее они бесценны при подробном изучении таких тем, как цивилизации ацтеков или египтян.
Предметы известных эпох (перекрестное датирование). Предметы известного времени, такие, как римские монеты или китайский фарфор, можно использовать для датирования археологических памятников, находящихся в сотнях, а то и в тысячах километров от места их создания. Сэр Артур Эванс, открывший минойскую цивилизацию на острове Крит в 1900 году, определил хронологию дворца бронзового века в Кносе, обители легендарного царя Миноса, пользуясь перекрестной датировкой от обратного (Эванс — Joan Evans, 1943). Он разработал детальную относительную хронологию расписной минойской керамики дворца, затем проконсультировался с египтологами, которые показали ему образцы точно таких же сосудов, найденных на египетских памятниках и датируемых периодом до 1500 года до н. э. Эванс совместил минойскую хронологию с этими историческими связями, которые явились результатом активной торговли деревом, оливковым маслом и другими предметами между Критом и долиной Нила (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Дворец Миноса в Кносе, Крит, приблизительно 1450 год до н. э.
Археологи-историки интенсивно используют объекты известных им эпох для датировки памятников и строений (Орсер — Orser, 2004). Одним из наиболее полезных в этом плане колониальных американских артефактов является английская каолиновая курительная трубка (рис. 7.11). Трубки не только производили, выкуривали и очень скоро выбрасывали. Форма трубки претерпевала легко узнаваемые изменения. Глиняные трубки были настолько дешевыми, что как бы ни был беден человек, он выбрасывал их после использования почти как сигареты. Не только чашка трубки, но и длина черенка и диаметр отверстия менялись в период между 1620 и 1800 годами н. э. Эти характеристики трубки использовались для датировки артефактов и памятников с достаточной точностью.
Рис. 7.11. Типичные последовательные изменения вида английских глиняных курительных трубок между 1730 и 1830 годами. Источник: Ivor Noel Hume, Artifacts of Colonial America. Copyright © 1969 by Ivor Noel Hume
Перечень исторических объектов, с помощью которых можно определить удивительно узкие хронологические рамки, огромен (Орсер — Orser, 2004). Многие собирают пробки от бутылок, открывалки и пивные банки, оружие, форменные пуговицы и даже подковы. Возраст этих предметов, не говоря уже о таких прозаических вещах, как вилки, ножницы, выключатели, можно определить с точностью до нескольких лет с помощью каталогов доставки товаров по почте, документов о регистрации патентов и большой терпеливой детективной работы. Бутылки, корзинки и подковы могут быть малопочтенными артефактами археологии, но, в отличие от своих доисторических эквивалентов, их можно датировать с большой точностью. Что может быть лучшим путем познания археологии, чем изучение и датирование нашей собственной материальной культуры!
При перекрестной датировке предметы, относящиеся к известным историческим эпохам, используют для датирования памятников, находящихся далеко от места создания этих предметов. Такой метод датировки полезен при хронологическом диапазоне от 3000 года до н. э. и до настоящего времени. Такие предметы, как китайский фарфор, римские стекло, хлопковые и льняные ткани, бронзовые кинжалы, греческие амфоры, перемещались на большие расстояния от своей родины в Старом Свете. Европейские монеты и медали иногда проникали далеко вглубь Америки по проложенным торговым путям. Спустя 3000 лет такие предметы дают хронологические горизонты для датировки прежде недатированных стилей керамики или других артефактов в таких далеких местах, как, например, Западная Европа во время железного века.
Перекрестное датирование также эффективно в таких случаях, когда можно датировать единую длительную культурную последовательность, включающую многочисленные археологические памятники, используя построенные серии артефактов, а затем датировать те же памятники и формы артефактов с помощью дендрохронологических или радиоуглеродных дат. Затем вы можете экстраполировать сводную хронологию (master chronology) на близлежащие памятники в этом же регионе посредством построения серий отличительных типов артефактов и их «подгонки» (согласования) к главной последовательности (matching them to the master sequence). Ричард Макнейш (1970) с большим успехом использовал такой подход в долине Теуакан в Мексике, впрочем, как и многие другие исследователи в Северной Америке.
Дендрохронология (от 10 000 лет назад до настоящего времени)
Всем известны древесные годичные кольца — концентрические круги, представляющие годичные циклы роста, видимые на срезе поваленного дерева. Такие кольца есть у всех деревьев, но они более четко видны, если дерево росло в среде с ярко выраженными временами года (летние и зимние температуры, сухие и влажные периоды). В 1913 году астроном из штата Аризона Эндрю Дуглас начал измерять годичные кольца для датирования активности солнечных пятен. Вскоре он осознал потенциал дендрохронологии — метода датировки древних поселений пуэблос на юго-западе США с использованием годичных колец (Бэйлли — Baillie, 1982). Сначала он разработал две последовательности колец. Одна была основана на кольцах медленно растущих и долгоживущих секвой и калифорнийских сосен. В итоге сосны дали дендрохронологическую шкалу в 8200 лет. Во второй последовательности использовались древние давно умершие стволы, многие из которых использовались как бревна в пуэблос. Дуглас не мог соединить свою «плавающую» хронологию бревен поселений пуэбло со сводной шкалой до 1929 года, несмотря на то что он определил несколько недостающих лет по бревну из местечка Шоу Лоу, штат Аризона. С тех пор у археологов юго-запада имелась замечательно точная хронология, настолько точная, что они могли определять возраст не только целого поселения пуэблос, но иногда и возраст отдельных комнат в нем. Принцип датировок по годичным кольцам деревьев обсуждается в разделе «Практика археологии».
Чрезвычайно точные датировки для памятников юго-запада США строятся на корреляции главной дендрохронологической шкалы по поваленным деревьям и датированных бревенчатых строений индейских поселений пуэблос. В подобных строениях бревна использовались многократно, таким образом бревна могли быть намного более старше, чем дома, из которых они построены. Самые старые годичные кольца, полученные в таких поселениях, относятся к I веку до н. э., но большинство бревен использовалось в период между 1000 годом н. э. и историческими временами.
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)!
ПАМЯТНИКИ
ПЕРЕКРЕСТНОЕ ДАТИРОВАНИЕ В БОЛЬШОМ ЗИМБАБВЕ, ЗИМБАБВЕ, ЦЕНТРАЛЬНАЯ АФРИКА
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).
Радиоуглеродное датирование (период от 40 000 лет назад до 1500 года н. э.)
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».
ПРАКТИКА АРХЕОЛОГИИ
ПРИНЦИПЫ ДЕНДРОХРОНОЛОГИИ
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. © Bruce D. Smith
Радиоуглеродные даты имеют свои пределы — около 40 000 лет, а это означает, что они пригодны для датирования всех важных событий позднего ледникового периода и более современных времен. Более раннюю предысторию датировать намного труднее, потому что для тех значительных временных периодов, превосходящих ледниковую эпоху, пока отсутствуют надежные методы датирования. Калий-аргоновый метод датирования (от древнейших времен до 50 000 лет назад)
Единственным практически осуществимым методом хронометрической датировки древнейших археологических памятников является калий-аргоновый метод (Дэлримпл и Лэмфер — Dalrymple and Lamphere, 1970). Геологи используют этот радиоактивный метод для датирования возраста земли по породам возрастом от 50 0000 до 2 миллиардов лет.
К счастью, многие древние поселения в Старом Свете находятся в вулканических областях, где в изобилии имеются такие отложения, как потоки лавы и вулканический туф. Первой археологической датой, полученной с помощью этого метода, является ущелье Олдувай в Танзании, где Луис и Мэри Лики в озерном ложе неизвестного возраста обнаружили целый череп австралопитека (Australopithecus boisei), каменные инструменты, кости животных. Образцы лавы из этого памятника были датированы приблизительным возрастом в 1,75 миллиона лет, тем самым была удвоена предполагаемая тогда дата появления первых людей (Tobias, 1971). Каменные отщепы и рубящие инструменты, несомненно сделанные человеком, были найдены в Кооби Фора в Северной Кении, калийная датировка определила возраст этих самых древних человеческих артефактов в 2,6 миллиона лет. Еще более ранней датой приблизительно в 4,5 миллиона лет с помощью того же метода были датированы окаменелости Australopithecus в Арамисе возле Хадара в Эфиопии. Группа ученых из Беркли с помощью нового метода лазерного ядерного синтеза (Суишер и другие — Swisher and others, 1994) датировали слои со следами Homo erectus в Моджокерто в Юго-Восточной Азии в 1,8 миллиона лет. Принципы калий-аргонового метода датировки и методики лазерного ядерного синтеза обсуждаются в соответствующей вставке.
ПРАКТИКА АРХЕОЛОГИИ
ПРИНЦИПЫ РАДИОУГЛЕРОДНОГО ДАТИРОВАНИЯ
Метод радиоуглеродного датирования основан на том факте, что космическое излучение порождает нейтроны, которые достигают земной атмосферы и вступают в реакцию с азотом. В результате получается углерод-14, изотоп углерода, в ядре которого находится не 6 нейтронов, как обычно, а 8. Из-за этих дополнительных нейтронов ядро становится нестабильным и подвергается постепенному радиоактивному распаду. Вильярд Либб подсчитал, что потребуется 5568 лет для того, чтобы половина углерода-14 распалась в любом объекте, это так называемый период полураспада. Это период сейчас подсчитан более точно и равняется 5730 годам. Либби обнаружил, что нейтроны испускают радиоактивные частицы, когда покидают ядро, и нашел способ для подсчета эмиссий на грамм углерода.
Считается, что с химической точки зрения углерод-14 ведет себя точно так же, как обычный углерод, и вместе с обычным углеродом он входит в реакцию с углекислым газом атмосферы. Скорость процесса соответствует скорости поступления и распада. Так как растительность строит свое собственное органическое вещество посредством фотосинтеза и использования атмосферной двуокиси углерода, то количество радиоуглерода в ней равняется имеющемуся в атмосфере. После того как организм умирает, радиоуглерод больше не участвует в процессе. Радиоуглерод, имеющийся в мертвом организме, продолжает медленно разрушаться, и спустя 5730 лет его останется только половина от первоначального количества, а через 11 000 лет — только четверть, и так далее. Таким образом, если измерить скорость распада углерода по сравнению с азотом, то можно получить представление о возрасте объекта. Первоначальное количество радиоуглерода в объекте настолько мало, что скоро достигается предел возможности обнаружить его. Объекты возрастом более 50 000 лет содержат совсем маленькие количества углерода-14.
Данные, полученные в лаборатории радиоуглеродного датирования для определенного образца, будут иметь такой вид: 3621+180 радиоуглеродных лет до настоящего времени. Цифра 3621 является возможным статистическим возрастом образца (в радиоуглеродных годах) до настоящего времени (за настоящее время принимается 1950 год н. э.). Отметим, что показания даются в радиоуглеродных, а не календарных годах. Для перевода показаний в хронометрическую дату требуются коррекция по годичным кольцам деревьев.
В радиоуглеродном возрасте присутствует дополнение «+180». Это стандартное отклонение, оценка возможной ошибки. Цифра в 180 лет является оценкой 360-летнего диапазона, в котором может находиться дата. В соответствии со статистической теорией имеется два шанса из трех, что корректная дата будет находиться в пределах промежутка одного стандартного отклонения (3441 и 3801). Если мы удвоим отклонение, то будет 19 шансов из 20, что промежуток (3261 и 3981) корректен. Большинство дат, приводимых в этой книге, получены в результате радиоуглеродного датирования и должны восприниматься именно тем, чем они являются на самом деле, — статистическими приближениями.
Другие методы абсолютного датирования
Точное датирование остатков прошлого остается одним из величайших вызовов археологии отчасти потому, что речь идет о гигантских хронологических шкалах, и также из-за того, что каждый археологический памятник является уникальным и существует очень много стратиграфических и иных переменных, воздействующих на формирование археологических слоев. В специальной литературе много описаний уже хорошо зарекомендовавших себя методов датирования, все еще находящихся в стадии эксперимента. Они или станут частью инструментария археологов, или канут в научное забвение (Айткен — Aitken, 1990). Вот некоторые из самых обычных методов датирования.
ПРАКТИКА АРХЕОЛОГИИ
ПРИНЦИПЫ КАЛИЙ-АРГОНОВОГО ДАТИРОВАНИЯ
Калий является одним из самых распространенных элементов земной коры и имеется почти в каждом минерале. В своем естественном виде калий содержит небольшое количество радиоактивных атомов калия-40. Из каждых 100 распавшихся атомов калия-40 11 превращаются в аргон-40, инертный газ, который при формировании лавы и вулканических пород легко улетучивается из материала благодаря диффузии. По мере кристаллизации вулканических пород содержание аргона-40 падает практически до нуля. Но распад калия-40 будет продолжаться, и период полураспада равняется 1,3 миллиарда лет. С помощью спектрометра можно измерить концентрацию аргона-40, который аккумулировался после образования породы. Так как многие археологические памятники были заселены в тот период, когда имела место значительная вулканическая деятельность, особенно в Восточной Африке, то эти памятники можно датировать, если связать лаву с поселениями человека.
Калий-аргоновые даты были получены по многим вулканическим минералам, из которых самыми стойкими к диффузии аргона являются биотит, мусковит и санидин. Для исключения возможности загрязнения из-за рекристаллизации и других процессов образец породы необходимо подвергнуть микроскопическому исследованию. Образцы дробят для повышения концентрации, обрабатывают фтористоводородной кислотой для удаления атмосферного аргона. Затем из образца удаляются другие газы, газ аргон изолируется и подвергается масс-спектрографическому анализу. Далее, используя содержание аргона-40 и калия-40 и стандартную формулу, подсчитывается возраст образца. Полученная в результате дата имеет большое стандартное отклонение, для раннеплейстоценовых памятников оно составляет порядка четверти миллиона лет.
В последние годы альтернативой стал метод компьютерного аргонового лазерного термоядерного синтеза (computerized argon laser fusion). Посредством наведения лазерного пучка на отдельно взятое облученное зернышко вулканической лавы (полевого шпата) специалист по калий-аргоновой датировке может датировать слой ложа озера или даже небольшую россыпь инструментов или костей животных, оставшихся после гоминида. Зернышко раскаляется добела и испускает газ, который очищают, а затем заряжают электронным пучком. Мощный магнит разгоняет заряженный газ и «бросает» его на устройство, подсчитывающее атомы аргона в нем. Измеряя относительные количества двух изотопов элемента, ученые могут определить время, прошедшее с момента охлаждения лавы и образования кристаллов.
Датирование по гидратации обсидиана. Этот метода может быть использован для датирования всего периода существования человечества. Обсидиан является естественным стекловатым веществом, образованным в результате вулканической активности (Лейте — Leute, 1987). В течение длительного времени его ценили за острые края и другие свойства, отлично подходящие для изготовления инструментов. В датировании по гидратации обсидиана используется следующее свойство: только что изготовленная поверхность обсидиана поглощает влагу, образуя измеряемый слой гидратации, невидимый невооруженному глазу. Ни один известный материал не обладает таким свойством. Поскольку только что изготовленная поверхность сильно «притягивает» воду, то абсорбция продолжается до тех пор, пока поверхность не насыщается молекулами воды. Эти молекулы затем медленно диффундируют вглубь тела обсидиана. Такая зона гидратации содержит около 3,5 % воды, повышая плотность слоя и допуская точное измерение под поляризованным светом. Каждый раз, когда откалывается поверхность, например при изготовлении инструмента, гидратация начинается заново с места скола. Таким образом, глубина полученной гидратации представляет время, прошедшее с момента изготовления объекта или его использования. Гидратация наблюдается на микроскопически тонких кусочках обсидиана, отколовшихся от артефакта и размельченных до размера 0,75 мм. Сейчас широко используется нейтронно-активационный анализ, который позволяет получить не только даты, но и информацию, которая может быть использована для мониторинга изменений торговых связей (глава 16).
Метод датирования по гидратации обсидиана с большим успехом использовался в Центральной Америке, главным образом в десятилетней программе по датированию в городе майя Копане (Freter, 1993). Ученые тщательно собирали информацию о таких важных переменных внешней среды, как температура, осадки, кислотность почвы, получаемых с метеостанций, с влажных и сухих элементов, захороненных на разных глубинах на памятниках, которые предстояло датировать. Также собирались данные о составе почв за как можно большее количество лет. Энн Корин Фретер называет такой подход «соединительным»: все виды хронологических данных и строго спланированное изучение всех переменных, могущих повлиять на гидратацию, были соединены воедино в одном хронологическом проекте. Таким образом, точность датирования по гидратации обсидиана проверялась на каждом шагу.
Проект датирования по обсидиану в Копане начался в 1984 году, в результате было получено 2300 дат на 252 памятниках, то есть на 17 % памятников в долине Копан (Фретер — Freter, 1994). Этот метод был идеальным для Копана, где радиоуглеродное и археомагнитное датирование будет дорогим, а полученных с их помощью дат будет немного, в то время как датирование по гидратации обсидиана сравнительно дешево. В то же самое время обилие обсидиана как в центральной части, так и в отдаленных городских поселениях позволило провести экономную датировку большого количества памятников. Таким образом, Фретер и ее исследовательская группа смогли проследить изменяющуюся структуры поселений в период между 500 и 1150 годами н. э. с большой хронологической точностью. Они показали, что государство Копан быстро пало между 800 и 850 годами (более подробно об изучении Копана см. в главе 15). Фретер указывает, что при постоянных условиях внешней среды на территории памятника метод датирования по гидратации обсидиана имеет большой потенциал при получении относительных хронологий и идентификации памятников с поврежденными слоями обитания.
Термолюминесцентное датирование. Этот метод датирования основан на том факте, что любой материал на земле подвергается радиоактивному облучению низкого уровня, исходящему от различных радиоактивных элементов окружающей среды. Многие твердые материалы с течением времени постепенно накапливают небольшие количества этой энергии. Когда этот материал нагревают, то сохраненная энергия испускается в виде света, и это явление называется термолюминесценцией. Предполагается, что возраст объекта равняется периоду времени с того момента, когда его нагрели до очень высокой температуры. Очевидно, что термолюминесцентное датирование применимо при датировании вулканических пород и других геологических образований, но его можно применять и по отношению к объектам, подвергавшимся тепловой обработке человеком, это могут быть глиняные сосуды, обожженные кирпичи и прочее.
В качестве образцов берут раздробленные глиняные черепки или сверлят небольшие отверстия для получения срединных образцов. В лаборатории замеряют естественную термолюминесценцию объекта с помощью счетчика альфа-радиации, проверяют скорость, с которой образец облучался в естественной среде, посредством мониторинга радиации местности, где он был найден, и определяют величину термолюминесценции, производимой известным количеством радиации. Все это дает основания полагать, что произведенные человеком объекты нагревались до достаточно высокой температуры, хотя это не всегда так.
Термолюминесцентное датирование, как утверждают, имеет точность 67 % и обычно используется для датирования керамики и объектов из обожженной глины возрастом от 50 до 20 000 лет. Термолюминесцентное датирование также используется при изучении кремниевых материалов для изготовления инструментов, найденных в скальных укрытиях и захоронениях каменного века, таких как погребения неандертальцев в Израиле, возраст которых более 40 000 лет. В похожем методе используется лазерная технология для датирования эмиссии от зерен кварца и полевого шпата из археологических слоев. Этот метод оптически стимулируемой люминесценции позволяет датировать памятники в диапазоне 100–100 000 лет. Утверждают (хотя это очень спорно), что с его помощью определили возраст первого поселения в Австралии, и он составляет 60 000 лет.
Иногда термолюминесценция дает абсолютные даты, но чаще используется для получения относительных показаний, которые позволяют археологам установить, является ли глиняный сосуд того же относительного возраста, как аналогичные сосуды с известным возрастом, — полезный метод при выявлении подделок. Хотя термолюминесцентный метод использовался при датировании таких явлений, как появление анатомически современных людей в Юго-Западной Азии и колонизация Австралии в древности, большинство авторитетных ученых согласны в том, что для установления подлинности датирования следует рекомендовать радиоуглеродный и другие методы.
Датирование по электронному спиновому резонансу (ЭСР). При этом методе замеряются излучающие радиацию дефекты или плотность захваченных электронов в кости или раковине без их нагревания. Этот многообещающий метод датировки в чем-то похож на термолюминесцентное датирование, но имеет преимущество — объект не нужно разрушать. Он особенно эффективен при исследовании костей и зубной эмали и позволяет ученым датировать фрагменты моллюсков возрастов до миллиона лет. Метод ЭСР имеет большое значение при изучении эволюции первых людей, и с его помощью был определен возраст зубов неандертальца на юго-западе Азии, который составил 90 000 лет.
Датирование по урановым сериям. В этом методе датирования используется измерение стабильного распада урана на различные дочерние элементы внутри любого образования, состоящего из углекислого кальция — известняка или пещерного сталактита. Так как многие группы первых людей обитали в известняковых пещерах и скальных укрытиях, то кости и артефакты, вкрапленные в слои углекислого кальция, иногда можно датировать этим способом, используя методики, сходные с применяющимися в радиоуглеродном датировании. Датирование по урановым сериям наиболее эффективно при исследовании памятником возрастом от 50 000 до 1 000 000 лет (Shreeve, 1992).
Трековое датирование. Многие минералы и естественные стекла, такие как обсидиан, содержат небольшие количества медленно распадающегося урана (Fleischer, 1975). Возраст любого минерала, содержащего уран, можно определить путем измерения количества урана в образце. Такое измерение проводится посредством подсчета треков деления в материале, то есть следов повреждения в образце, вызванного распадом массивных заряженных энергией частиц. Чем старше образец, тем больше треков. Вулканические породы, такие как в Олдувае и других древних памятниках, идеальны для трекового датирования. Вулканические слои под древнейшими памятниками гоминидов в Олдувае были датированы таким методом, и возраст оказался 2,03±0,28 лет, что согласуется с калий-аргоновым датированием этого же места.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.