Порой самые ценные находки выглядят невзрачно, как, например, обугленные остатки дерева. Ученые из Института археологии и этнографии СО РАН научились по углю датировать и отвечать на вопросы: когда жили древние люди, как они строили дома и даже какая погода была сотни лет назад. За этим стоит метод дендрохронологии — он переводит кольца деревьев в точные исторические даты.
Инфографика. Наглядно показано составление хронологической цепочки
О методе дендрохронологии
Каждое дерево пишет свой дневник жизни. Если спилить ствол, можно увидеть кольца. Одно кольцо — один год жизни. Широкое кольцо — год был теплый и дождливый, дерево росло быстро. Узкое — год выдался холодным, дерево еле выживало. Ученые заметили, что деревья, растущие в одной местности (в радиусе 100—150 км), имеют одинаковую ширину и рисунок годичных колец. Сравнивая кольца деревьев, можно собрать гигантскую цепочку — «календарь», который тянется на тысячи лет. Этим и обусловлен метод дендрохронологии.
Проиллюстрируем, как ученые собирают «календарь», на примере трех умерших деревьев, которые существовали в такие периоды: 1950—1900 г., 1910—1840 г., 1850—1800 г. Если периоды жизни этих деревьев хоть на пару лет пересекаются, значит, некоторые кольца будут одинаковыми и их можно состыковать, создав хронологию за 150 лет (1800—1950 гг.). Это как собрать пазлы: чем больше соединяешь, тем яснее изображение. Но чтобы точно определить, каким годам соответствуют эти кольца, нужно живое дерево с известной датой спила. Оно служит точкой отсчета. Без него хронология будет относительной — мы узнаем, сколько лет прошло, но не поймем, к каким именно годам это относится.
Самая длинная в России древесно-кольцевая хронология построена по образцам с полуострова Ямал и имеет протяженность около восьми тысяч лет. Ее построили, анализируя кольца живых деревьев, а также древесину древних построек и археологических находок, поскольку и там сохранилась структура колец. Для всякой местности археологи строят отдельную шкалу, и чем больше образцов, тем она длиннее. Что же делать, если вместо целого дерева археологи нашли только древесный уголь? Оказывается, даже он сохраняет кольца.
Древесный уголь с Сырого Агана 28
Сгоревший Сырой Аган 28 — история, сохраненная в углях
Долгое время угли игнорировались как материалы для датирования, потому что они ужасно хрупкие. Часто не остается другого выбора, кроме как использовать их, ведь не всегда хватает живых деревьев для продления хронологической цепочки вглубь веков. Поэтому ученые научились работать с углями. Угли особенно хорошо сохраняются в приполярных регионах, где земля вечно мерзлая, — там время словно замирает. Мерзлота скрепляет грунт, не давая ему двигаться, словно запечатывает. Именно так в Ханты-Мансийском автономном округе до нас дошло поселение Сырой Аган 28 — три сгоревших сооружения эпохи Средневековья, которые после пожара превратились в груду углей.
Когда археологи извлекали угли из промерзшего грунта, те буквально крошились в руках, пролежав сотни лет во влажной земле. Чтобы спасти их, каждую находку сразу же оборачивали изолентой — она стягивала частицы, не давая образцу рассыпаться. Некоторые угли были размером с монету, но даже в небольших фрагментах могло быть до двухсот колец. После того как образцы были изъяты из культурного слоя, они во время полевых работ хранились в экспедиционном погребе. Только так можно было избежать резкого перепада влажности и температур, который уничтожил бы хрупкий материал.
Всего ученые собрали более двух тысяч образцов древесного угля. Каждый из них очень важен, так как никогда не знаешь, какой из образцов может помочь продлить хронологическую цепочку памятника. В настоящее время памятник Сырой Аган 28 относят к Средневековью (период с XII по XVI век) — разброс в 400 лет. Для глубокой древности, вроде эпохи палеолита, погрешность даже в сто тысяч лет — это нормально. Для Средневековья же такой разброс огромный. С помощью датирования по углям ученые могут определить возраст памятника с точностью до года. Пока исследователям удалось установить лишь относительную хронологию длиной в 160 лет, но они не смогли соотнести ее с конкретными веками. Чтобы уточнить эти даты и связать их с известной исторической шкалой, ученые ищут мосты между прошлым и настоящим. Например, рядом с памятником растут двухсотлетние сосны. Их кольца, по мнению ученых, должны помочь продлить хронологическую шкалу до XIX века.
Датировка — лишь часть истории. В отличие от других памятников Сургутского Приобья (региона в Западной Сибири, где расположен и сам памятник Сырой Аган 28), на протяжении нескольких веков керамика была самым ярким культурным маркером. Раньше местные жители создавали красивые глиняные сосуды, украшенные узорами, которые менялись с каждой новой культурой, но на памятнике Сырой Аган 28 керамика исчезла. Вместо нее археологи нашли железные котлы, а дома, судя по углям, стали примитивными: каркасные полуземлянки без укреплений, рвов или сложных архитектурных решений. Это типичные признаки сайгатинского этапа — загадочного периода, когда культура региона будто сделала шаг назад. Почему люди отказались от многовековых традиций? Была ли причина в климате, войнах или миграциях? Ученые продолжают искать ответы на эти вопросы.
Сканирующий микроскоп, передавший изображение в CooRecorder — инструмент для анализа годичных колец
Технологии на страже исторической точности
Раньше исследования годичных колец проводили на полуавтоматических установках Lintab. Образец дерева клали на стол под микроскоп. Вручную вращали спил, отслеживая кольца. Каждое новое кольцо отмечали нажатием кнопки. В такой работе требовалась постоянная концентрация. Разрешение изображения было низкого качества. Был высок риск человеческой ошибки.
Сейчас для более точной датировки используют сканирующий микроскоп — высокотехнологичный инструмент, который значительно упрощает работу с неоднородными материалами, такими как уголь. В отличие от обычного микроскопа, он оснащен автоматической системой настройки: самостоятельно выбирает оптимальное увеличение и фокусировку, подстраиваясь под неровности образца. Древние артефакты редко бывают идеально ровными — высота поверхности может варьироваться, но микроскоп легко с этим справляется. Главное преимущество такого оборудования — мощное увеличение до 4 800 dpi, необходимое для изучения даже самых миниатюрных образцов.
Изображение мгновенно передается на компьютер, где специалисты начинают работу со специальной программой CooRecorder — инструментом для анализа годичных колец. На экране компьютера можно увидеть чередующиеся светлые и темные полосы. Светлые участки (ранняя древесина) формируются летом, когда дерево активно растет в благоприятных условиях. Темные полосы (поздняя древесина) появляются зимой, когда рост замедляется. Программа CooRecorder умеет точно измерять годичные кольца с помощью специальной разметки. Красные метки обозначают границы между годовыми кольцами. Зеленые метки отмечают переход между ранней и поздней древесиной внутри одного кольца.
.
Особую ценность представляет анализ характеристик колец. Широкие — указывают на благоприятные годы (тепло, влажно). Узкие — свидетельствуют о сложных периодах (холод, засуха). Метод удобен тем, что можно сравнивать кольца разных деревьев. У растений одного региона узоры похожи, поэтому с их помощью можно точнее датировать археологические находки и изучать климат прошлого.
«Полная автоматизация процесса анализа годичных колец пока не достигнута. Во избежание погрешностей мы вручную перепроверяем данные. Сейчас в перспективе развития исследования — создание нейросети, которая способна самостоятельно анализировать и подсчитывать годичные кольца. Такая система значительно упростила бы нам работу», — отмечает лаборант лаборатории естественно-научных методов в археологии Paleodata Института археологии и этнографии СО РАН Анна Юмина.
Кроме того, ученые подчеркивают важность совершенствования программ для статистической обработки результатов. В настоящее время при анализе данных им приходится вручную сопоставлять десятки, а иногда и сотни графиков. Автоматизация статистического анализа и разработка более точных алгоритмов обработки данных — это важные направления развития дендрохронологии, наряду с внедрением нового оборудования и созданием нейросетей. Такие усовершенствования позволят вывести научные исследования на новый уровень.
Исследование было выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-78-10118 «Цифровая дендроархеология: новейшие методики пробоподготовки и датирования археологической древесины и углей бореальной зоны Евразии».
Подготовили студенты отделения журналистики Гуманитарного института НГУ Марина Смолянинова и Дарья Обгольц для спецпроекта «Мастерская “Науки в Сибири”»
Фото и иллюстрация авторов
