Почвоведение и археология: опыт комплексных исследований памятников древней и средневековой истории

Современный уровень развития науки, ее дальнейший прогресс диктует необходимость максимальной интеграции исследований, выбора наиболее репрезентативных объектов, содержащих информацию для различных отраслей знания. Подтверждением сказанному могут служить многочисленные примеры совместных работ специалистов в области археологии и естественных наук, которые привели к возникновению и активному развитию новых междисциплинарных научных направлений, в частности, геоархеологии, петроархеологии, зооархеологии, археофитоиндикации (Демкин, 1997).

Одним из перспективных путей повышения эффективности и информативности исследований в области познания истории развития почв, природной среды и общества является их ориентированность на комплексное изучение погребальных и поселенческих археологических памятников, которые следует рассматривать и как памятники природы, сохранившие до наших дней под курганными насыпями и культурными слоями древние палеопочвы. Получаемая при этом возможность прямого сравнительного анализа состояния почв и почвенного покрова в различные исторические эпохи позволяет весьма детально и полно рассмотреть особенности пространственно-временной динамики природной среды и ее отдельных компонентов. С другой стороны, комплексное изучение археологических объектов заметно дополняет и уточняет существующие представления о духовной и хозяйственной жизни древних народов, о роли природной среды в формировании, функционировании и исчезновении этносов прошлого.

Использование методов и данных почвоведения в изучении археологических памятников имеет в России уже 150-летнюю историю. Но лишь в 70-е...80-е годы прошлого века интегративные исследования под названием "почвенно-археологические" начали носить систематический характер (Иванов, 1978). Накопленный к настоящему времени нами и другими авторами полевой и экспериментальный материал, круг и полнота решаемых вопросов, уровень теоретического обобщения данных дал основания говорить о формировании на стыке естественных и гуманитарных дисциплин нового научного направления. Было предложено (Демкин, 1993, 1997) назвать его археологическим почвоведением. Именно такое определение обусловлено тем, что к числу изучаемых объектов прежде всего относятся памятники древней и средневековой истории общества, возникновение которых в той или иной степени связано с почвенно-грунтовым материалом. В частности, таковыми являются погребальные комплексы, другие ритуальные, а также фортификационные, мелиоративные сооружения, культурные слои на местах обитания древнего человека. Подобного рода грунтовые археологические и исторические памятники представляют собой своего рода систему, включающую палеопочвы, перекрытые насыпной толщей антропогенного происхождения, а также довольно часто предметы ритуально-погребальной обрядности и хозяйственной деятельности населения прошлых эпох.

Многочисленными исследованиями убедительно показано, что репрезентативность объектов, методические разработки и теоретическая база археологического почвоведения дают возможность решать по крайней мере следующие задачи: (1) эволюция почв и почвенного покрова; (2) региональные и фациальные закономерности процесса почвообразования в связи с пространственно-временной изменчивостью факторов внешней среды; (3) вековая динамика почвенных свойств и процессов; (4) реконструкция природных условий на протяжении каменного, бронзового, раннежелезного веков и средневековья; (5) влияние почв и природных условий на хозяйственную деятельность, расселение и миграции древнего и средневекового населения; (6) историко-социологические реконструкции с использованием данных и методов почвоведения и смежных наук.

Коротко остановимся на новых материалах, полученных нами при естественно-научных исследованиях разновозрастных археологических памятников (курганов) восточноевропейских степей с использованием традиционных и новых подходов и методов. Они касаются не только почвоведения и палеоэкологии, но и археологии и этнографии.

Впервые при почвенно-археологических исследованиях использовался комплекс современных методов почвенной микробиологии (Демкина и др., 2000, 2003). Дана характеристика состояния микробных сообществ разновозрастных подкурганных степных палеопочв, включающая величину микробной биомассы, численность микроорганизмов различных трофических групп и грибных колониеобразующих единиц, оценку дыхательной активности микробного сообщества и интенсивности минерализации гумуса; рассчитаны оригинальные коэффициенты и индексы. Принципиально новыми являются данные о пространственно-временной изменчивости эколого-трофической структуры микробного сообщества, отражающей вековую динамику почвенно-ландшафтных и климатических условий. В частности, при микробиологических исследованиях разновозрастных подкурганных и современных каштановых почв Северных Ергеней установлено, что на протяжении последних 6000 лет численность и эколого-трофическая структура микробных сообществ испытывали заметную динамику, обусловленную изменчивостью факторов почвообразования. Полученные данные свидетельствуют о том, что в исследуемом регионе в первой половине IV, в начале II тыс. до н.э. и в I в. н.э. аридные эпохи сменялись увлажнением климата разной степени выраженности. Во II-III вв. н.э. отмечалось нарастание засушливости условий почвообразования. Крайне важной представляется согласованность палеоэкологических выводов, полученных по микробиологическим данным, с природными реконструкциями, проведенными путем традиционного морфолого-генетического и химических анализов палеопочв.

Весьма перспективным представляется характеристика микробных сообществ почв по количеству и качеству генетического материала - суммарной ДНК (Добровольская и др., 2001). В настоящее время для изучения их структуры активно используются методы молекулярной генетики, позволяющие оценить разнообразие микроорганизмов на основе полиморфизма гена 16S РНК, то есть посредством оценки разнообразия риботипов микроорганизмов (Tiedje et al., 1999, Torsvik, 1995). Нами исследованы микробные сообщества современной светло-каштановой и разновозрастных подкурганных почв, погребенных в хроноинтервале конец IV - рубеж III-II тыс. до н.э. (пустынно-степная зона, Южные Ергени) на основе анализа содержания суммарной ДНК и определения полиморфизма концевых фрагментов гена 16S рРНК. Установлено, что в профиле современной почвы (гор. А1, В1, В2) содержание суммарной ДНК снижается с глубиной, тогда как гор.В2 палеопочв может содержать больше ДНК по сравнению с вышележащими слоями и даже превышать таковое в гор.В2 современной почвы. Микробные сообщества исследованных почв достоверно отличаются друг от друга. Так, в современной светло-каштановой почве насчитывается более сотни микробных риботипов, каждый из которых представляет определенную группу микроорганизмов, имеющую идентичные последовательности анализируемого участка гена 16S рРНК. В палеопочве выявлено около 80 риботипов, причем до 40 риботипов являются общими для обеих почв. Около 70% риботипов современной и 60% риботипов погребенной почвы являются специфическими для соответствующего микробного сообщества. Мы полагаем, что различия в распределении содержания ДНК и в структуре микробных сообществ изученных разновозрастных почв связаны с различными природными условиями, существовавшими в исследуемом регионе в древности и в настоящее время.

К числу других новых направлений почвенно-археологических работ относятся наши исследования магнитных и минералогических свойств подкурганных палеопочв. Магнитная восприимчивость (c) - одна из наиболее просто определяемых петрофизических характеристик, и в настоящее время накоплен достаточно большой материал по использованию этого параметра для задач почвоведения. Показано, что существует прямая связь между приростом магнитной восприимчивости в ходе почвообразования и среднегодовыми атмосферными осадками (Maher et al., 2002).

Проведенные статистические расчеты позволили установить прямые корреляции величин магнитных характеристик современных почв со среднегодовыми осадками (Maher et al., 2003):
Среднегодовая норма атмосферных осадков (мм) = 86.4Ln(cв - cс) + 90.1, где (cв - cс) - прирост магнитной восприимчивости в результате почвообразования, (R2=0.93).

На основании установленной зависимости нами определено количество атмосферных осадков для нескольких природных районов Нижнего Поволжья в различные археологические эпохи. В частности, расчеты показали, что на севере Ергенинской возвышенности среднегодовая норма атмосферных осадков на рубеже IV-III тыс. до н.э., в XIX-XVII вв. до н.э., в III в. н.э. составляла около 350 мм. В IV и в XIII-XIV вв. н.э. она увеличивалась до 380 и 420 мм соответственно. Полученные данные полностью согласуются с климатическими реконструкциями, проведенными для данного региона с использованием почвенных (содержание гумуса, легкорастворимых солей, карбонатов и др.) и микробиологических показателей (Борисов, 2002, Демкина и др., 2003).

Использование комплекса методов (морфолого-химические, магнитные, минералогические, радиоуглеродный, микробиологические, биохимические, молекулярно-генетические) при исследовании палеопочв разновозрастных курганов эпох энеолита, бронзы, раннего железа и средневековья (IV тыс. до н.э.-XIV в. н.э.) в различных районах восточно-европейских степей позволило нам получить новые представления об истории развития почв и природной среды, оценить их роль в жизни древних обществ. Установлено, что поздний энеолит (IV тыс. до н.э.) характеризовался повышенной атмосферной увлажненностью, превышавшей современную. Облик ландшафтов соответствовал их современным более северным ареалам. Эпоха бронзы (конец IV-II тыс. до н.э.) отличалась резкими изменениями климатических условий, которые обуславливали неоднократную миграцию границ почвенно-географических зон (подзон). Природная обстановка, наиболее близкая современной, имела место в конце IV - первой половине III тыс. до н.э. в период существования ямной и майкопской культурно-исторических общностей. Исследования серии курганов бронзового века с использованием радиоуглеродного датирования (возраст памятников 5100±50, 4410±100, 4260±120, 4120±70 и 3960±40 лет) позволили детально реконструировать ход природных событий в III тыс. до н.э. Установлено, что в хроноинтервале 4400-3900 лет назад резко активизировались процессы соленакопления, дегумификации, окарбоначивания, эрозии почв, что привело к опустыниванию ландшафтов и широкому распространению в регионе на рубеже III-II тыс. до н.э. эродированных, засоленных, карбонатных каштановидных палеопочв, не имеющих аналогов в современном почвенном покрове. Причиной этого послужила катастрофическая аридизация климата, вызвавшая самый масштабный палеоэкологический кризис в южнорусских степях за последние 6000 лет. Среднегодовая норма атмосферных осадков снизилась не менее чем на 100 мм. Произошедшие природные события существенно отразились на хозяйственном укладе катакомбных племен эпохи средней бронзы, обусловил их переход от полуоседлого образа жизни к кочевому скотоводству (Шишлина, 2000). В этот же период зафиксированы упадок и даже гибель древних цивилизаций Передней Азии в связи с опустыниванием и засолением земель (Глушко, 1990, Weiss, Courty, 1993). Во второй половине II тыс. до н.э. произошло увлажнение климата, повлекшее за собой значительные эволюционные преобразования почв со сдвигом ландшафтных рубежей к югу. В регионе резко увеличилась численность населения, хозяйство вновь оседлых срубных племен позднебронзового века приобрело комплексный характер (придомное скотоводство, земледелие). В раннем железном веке (I тыс. до н.э. - IV в. н.э.) происходило чередование относительно влажных и засушливых климатических периодов продолжительностью от 100 до 300-400 лет. Как правило, это приводило к изменениям почв лишь на родовом и видовом уровнях. Аридная эпоха, приходившаяся на конец II - первую четверть I тыс. до н.э., способствовала появлению в евразийских степях нового типа хозяйства - кочевого скотоводства. Усиление засушливости и континентальности климата в IV-II вв. до н.э. активизировало миграцию раннесарматских племен с Южного Урала в Нижнее Поволжье. Эпоха средневековья в природном отношении подразделяется на аридный (V-XI вв.) и влажный (XII-XIV вв.) периоды, причем последний можно считать климатическим оптимумом со среднегодовым количеством осадков примерно на 50 мм выше современного. В это время активизировались процессы гумусообразования, рассоления и рассолонцевания почв, произошла перестройка карбонатного профиля, резкие преобразования претерпели почвенные микробные сообщества. Произошли региональные сдвиги границ природных зон к югу с эволюцией почв на уровне подтипа. Улучшение палеоэкологических условий в евразийской степи во многом обусловило татаро-монгольское нашествие. Таким образом, выявленные этапы развития почв и природной среды за последние 6000 лет в целом были синхронны существованию степных археологических культур.

Следует отметить, что почвенно-археологические работы в России в большей степени ориентированы на изучение курганов, тогда как за рубежом - стоянок, поселений, городищ. Вероятно, именно это определяет отечественную специфику археологических аспектов интегративных исследований, в которых значительное место занимают вопросы, связанные с реконструкцией погребального обряда древних народов. Методическая оснащенность почвоведения предоставляет возможность выявить новые стратиграфические особенности памятников, восстановить технологические приемы их сооружения и исходную архитектуру (Геннадиев, Державин, 1987, Демкин и др., 1988, 1992, Зданович и др., 1984). Достаточно эффективно решаются вопросы относительной и абсолютной хронологии конкретных объектов. Основными параметрами при этом служат различные почвенные свойства и признаки (засоленность, солонцеватость, величина магнитной восприимчивости, гумусовый профиль и многие другие), по степени развития, наличия или отсутствия которых устанавливается относительный возраст памятников в рамках одной культурно-исторической общности, а также время их сооружения в случаях антропогенного нарушения и отсутствия датирующих артефактов. Использование ряда минералогических и химико-аналитических методов, применяемых в почвоведении, дало возможность внести коррективы в существующие представления об отдельных атрибутах погребального обряда. Например, это касается идентификации встречающихся в захоронениях обломков минералов и пород, а также так называемых "меловых" посыпок и побелок, за которые ошибочно принимались аккумуляции легкорастворимых солей, сформировавшиеся естественным путем на дне и стенках могильных ям, на погребальном инвентаре (Демкин, 1997).

Особо следует остановиться еще на одном весьма важном вопросе, связанном с погребальным обрядом. В 80-е годы при раскопках курганов в Нижнем Поволжье нами впервые был применен фосфатный метод для реконструкции исходного содержимого погребальных глиняных сосудов, которые в настоящее время, как правило, заполнены грунтовым материалом (Демкин и др., 1988). Этнографические источники дали основания предположить, что в них помещалась пища (растительная, мясная, молочная) или вода, предназначенные умершему "в дорогу" либо предкам. Перечисленные продукты имеют различное содержание фосфора, которое наиболее высоко в семенах конопли и мака (Сойер, 1977). В пшенице, ячмене, овсе и т.п. оно в 1,5-2 раза выше, чем в говядине и свинине и в 4-5 раз больше, чем в молоке. В грунтах и воде соединений фосфора обычно содержится на порядок меньше. На основе полученных аналитических данных нами разработана следующая шкала реконструкции заупокойной пищи из глиняных сосудов по концентрации фосфатов (DР2О5 = Р2О5дно - Р2О5фон): менее 2 мг/100 г (преимущественно 0-0,5 мг/100 г) - вода в горшках или кувшинах; 2-8 мг/100 г (преимущественно 4-7 мг/100 г) - молочный продукт в кувшинах, мясной бульон в горшках; 8-15 мг/100 г (преимущественно 10-12 мг/100 г) - каша в горшках; 15-25 мг/100 г (преимущественно около 20 мг/100 г) - наркотическое вещество в кувшинах.

К настоящему времени нами изучено около 300 глиняных сосудов из курганных захоронений эпох бронзы и раннего железа на территории Предкавказья, Волго-Донского междуречья, Самарского и Волгоградского Заволжья, Северного и Западного Прикаспия, Предуралья, Зауралья. Анализ полученных данных показал ряд весьма интересных закономерностей. Обращает на себя внимание факт, что содержание фосфора в соответствующих реконструированных продуктах примерно одинаково, независимо от географического местоположения исследованных объектов (полупустыня Заволжья, сухие степи Поволжья, степи Предкавказья и Зауралья и др.). Как правило, около половины из общего числа сосудов катакомбного, срубного и раннесарматского времени было с водой. В позднесарматских же захоронениях резко возрастает доля молочного продукта, а встречаемость воды снижается. Для раннесарматской культуры установлена закономерность между содержимым сосудов и их местоположением в погребении. В подавляющем большинстве случаев в сосудах, расположенных у головы умершего была вода, тогда как в ногах - каша либо бульон. Позднесарматские погребения зачастую характеризовались наличием у головы горшка и кувшина с бульоном и молочным продуктом соответственно. В срубных и раннесарматских захоронениях Нижнего Поволжья по сравнению с Южным Уралом встречаемость растительной пищи заметно выше. Это, вероятно, может свидетельствовать о некоторой специфике в хозяйствовании и внешних экономических контактах населения этих регионов.

Почвенно-агрохимические методы дают возможность проводить поиск и определять размеры древних поселений, функционировавших по крайней мере первые десятки лет. В отличие от археофитоиндикации, для которой присущи такие же задачи, основным параметром в данном случае являются соединения фосфора. В результате жизнедеятельности в местах обитания древнего человека формируются культурные слои, обогащенные этим элементом вследствие поступления на поверхность значительной массы органического вещества, особенно в периферийной части поселений, хозяйственных ямах, жилищах (Веллесте, 1952, Штобе, 1959, Barba, 1994, Hamond, 1983 и др.). Аномальное содержание фосфора в таких местах превышает фоновое обычно на один-два порядка. Данный метод, в частности, апробирован нами при изучении поселения бронзового века "Ерзовка-1" в Волгоградской области и показал довольно высокую надежность (Демкин, 1997).

Таким образом, изучение памятников древней и средневековой истории общества в последние десятилетия ушедшего XX века особо примечательно все возрастающей волной интеграции археологии и естественных наук. Нарастая как снежный ком, эти комплексные исследования вовлекли в сферу общих интересов, с одной стороны, специалистов в области археологии, этнографии, истории, а с другой, - почвоведения, палеоэкологии, микробиологии, минералогии и многих других дисциплин. Получены принципиально новые оригинальные данные об истории развития природы и древних обществ, сложился ряд интегративных научных направлений. В системе мировых и отечественных геоархеологических исследований заметное место заняло археологическое почвоведение.

Список литературы

Борисов А.В. Развитие почв пустынно-степной зоны Волго-Донского междуречья за последние 5000 лет. Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М. 2002. 23 с.

Веллесте Л. Анализ фосфатных соединений почвы для установления мест древних поселений // Краткие сообщения Ин-та историии материальной культуры АН СССР. 1952. Вып.42. С.135-140

Геннадиев А.Н., Державин В.Л. О редкой форме погребального обряда в предкав­казской культуре // Советская археология. 1987. №2. С.124-141

Глушко Е.В. Историко-географические исследования ландшафтов Западного Ирака по космическим снимкам // Известия ВГО. 1990. Т.122. Вып.3. С.255-262

Демкин В.А. Почвы сухих и пустынных степей Восточной Европы в древности и средневековье. Автореф. дисс. ... д-ра биол. наук. МГУ. 1993. 48 с.

Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении истории природы и общества. Пущино:ОНТИ ПНЦ РАН. 1997. 213 с.

Демкин В.А., Лукашов А.В., Ковалевская И.С. Новые аспекты проблемы палеопочвенного изучения памятников археологии // Российская археология. 1992. №4. С.43-49

Демкин В.А., Лукашов А.В., Ковалевская И.С., Скрипниченко И.И. О возможности проведения историко-социологических реконструкций при почвенно-археологических исследованиях. Препринт. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР. 1988. 20 с.

Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробные сообщества палеопочв археологических памятников пустынно-степной зоны // Почвоведение. 2000. №9. С.1117-1126

Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Палеопочвы и природная среда Северных Ергеней в эпохи энеолита и бронзы (IV-II тыс. до н.э.) // Почвоведение. 2003. №6. С.655-669

Добровольская Т.Г., Лысак Л.В., Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г. Бактериальное разнообразие почв: оценка методов, возможностей, перспектив // Микробиология. 2001. Том 70. №2. С.149-167

Зданович Г.Б., Иванов И.В., Хабдулина М.К. Опыт использования в археологии палеопочвенных методов исследования// Советская археология. 1984. №4. С.35-48

Иванов И.В. Почвоведение и археология // Почвоведение. 1978. №10. С.18-28

Сойер К. Фосфор и экология // Фосфор в окружающей среде. М. 1977. С.690

Шишлина Н.И. Потенциальный сезонно-хозяйственный цикл носителей катакомбной культуры северо-западного Прикаспия: проблема реконструкции // Труды Государственного Исторического музея. 2000. Вып.120. С.54-71

Штобе Г.Г. Применение методов почвенных исследований в археологии // Советская археология. 1959. №4. С.135-139

Barba L. The old as source of new archaeological information // 15th World Congress of Soil Science. Acapulco. 1994. Vol.6a. P.321-329

Maher B.A., Alekseev A.O., Alekseeva T.V. Сlimate dependence of soil magnetism across the Russian steppe: significance for use of soil magnetism as a palaeoclimatic proxy.// Quaternary Science Reviews. 2002. Vol.21. P.1571-1576

Maher B.A., Alekseev A.O., Alekseeva T.V. Magnetic mineralogy of soils across the Russian steppe: climatic dependence of pedogenic magnetite formation //Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2003. Vol.201. №3-4, Р.321-341

Hamond F.W. Phosphate analysis of archaeological sediments // Landscape Archeology in Ireland. Oxford. 1983. BAR British Series. Vol.116. P.47-80

Tiedje J.M., Asuming-Brempong S., Nuesslein K., Marsh T.L., Flynn S.J. Opening the black box of soil microbial diversity // Applied Soil Ecology. 1999. Vol.13. P.109-133.

Torsvik V. Cell extraction method // Molecular Ecology Manual. 1995. Vol.1-31. P.1-15.

Weiss T.J., Courty M.-A. The genesis and collapse of third millennium North Mesopotamia civilization // Science. 1993. Vol.261. P.995-1004