Президентская программа
исследовательских проектов

Сибирские ученые определили химический состав археологической керамики

Образец керамики. Источник: авторы исследования

В Институте земной коры СО РАН (Иркутск) исследователи получили первые характеристики археологической керамики с различными орнаментами со стоянки Поповский луг (Восточная Сибирь). Для этого они использовали метод определения химического состава — рентгенофлуоресцентную спектрометрию с полным внешним отражением — и оценили его эффективность. Работа опубликована в журнале Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy.

На Качугско-Верхоленской стоянке в верховьях реки Лены располагается археологический памятник — могильник Поповский луг. В ходе полевых работ на этом участке с 1966-го по 2019 год было обнаружено более 10 000 фрагментов керамики. По данным ее состава можно оценить, какими были возможные транспортные пути и культурные связи между древними народами, живущими в разных регионах. Однако раньше характеристики химического состава этих находок не исследовались.

Для определения химического состава черепков сибирские ученые отобрали 20 находок из каждой группы керамики, специфичной для региона Восточной Сибири. Для исследования элементного состава древних артефактов, как правило, ученые применяют различные аналитические методы. Например, сейчас очень популярна рентгенофлуоресцентная спектрометрия (РФА). С помощью этого спектроскопического метода могут быть найдены различные элементы, от бериллия до урана. Однако для проведения РФА требуется достаточно большое количество образца. Так, чтобы добиться точной количественной оценки химического состава, исследователям приходится жертвовать несколькими граммами материала. Поэтому, когда необходимо полностью сохранить артефакт, изучение его состава становится проблемой.

Чтобы избежать такой траты ценного материала, ученые использовали разновидность метода РФА — рентгенофлуоресцентную спектрометрию с полным внешним отражением (TXRF), которая требует гораздо меньшего количества образца. Если для рентгеновских измерений нужно готовить пробы в виде прессованных порошков (таблеток из порошка), то, как правило, для рентгеновского анализа с полным внешним отражением можно приготовить образец в виде раствора или же суспензий. 

«В такой подготовке проб не задействуется много материала ценных артефактов. В этом и заключается основное преимущество TXRF», — поясняет младший научный сотрудник ИЗК СО РАН Артём Сергеевич Мальцев. 

Образцы керамики — это не самый простой объект для аналитиков. Ведь кроме глины в нем содержится множество различных пород, минералов и органики. «Из-за наличия в керамике других минералов после оценки общего состава еще нельзя конкретно охарактеризовать глины, используемые в ее производстве. Может возникать искажение данных химического состава черепков даже одной и той же группы», — говорит Артём Мальцев. Чтобы добиться точности и достоверности результатов, исследователи использовали сразу два основных способа подготовки проб для TXRF-анализа, сравнивали полученные данные на примере стандартного образца глины (пластичная глина) и проводили межлабораторный анализ керамических образцов.

Археологи выявили несколько типов керамики по ее орнаменту. Первый — усть-бельский, второй — гладкостенная керамика и третий — посольский орнамент. Химики-аналитики изучали химический состав каждого типа керамики. 

«Материал мы пробовали измельчать вручную и с помощью специального оборудования. Изначально без использования установок для измельчения у нас получились довольно неточные данные. После было решено воспользоваться методикой подготовки проб — мокрым измельчением, но немного модернизированной нами, — говорит Артём Мальцев. — То есть в специальные стаканы мы засыпали предварительно измельченный порошок, добавляли специальные шарики для измельчения, воду и на вибрационной мельнице всё это смешивали. Такой способ подготовки позволил нам уменьшить размер частиц вещества. После этого приготовленную суспензию можно анализировать. Такой способ пробоподготовки позволил добиться хорошей воспроизводимости данных валового состава материала». 

Для получения данных глинистого компонента керамики ученые использовали кислотное выщелачивание. С помощью раствора царской водки химики разложили образцы. Однако после этого осталась нерастворимая часть: те минералы, которым для распада нужны более сильные кислоты. Отделив этот осадок, исследователи охарактеризовали химический состав используемых глин для производства керамики. 

Как результат было выделено, что усть-бельский тип заключает в себе высокие концентрации алюминия, кальция, цинка, ванадия, галлия и свинца. Посольская керамика отличается высоким содержанием калия по сравнению с образцами других типов, а в гладкостенной отмечено высокое содержание никеля.

Стоит понимать, что у метода рентгенофлуоресцентной спектрометрии с полным внешним отражением есть и свои ограничения. Так, нельзя рассмотреть весь охват химических элементов. По словам ученого, их диапазон — от магния до урана, с некоторым исключением, например циркония. Также невозможно увидеть редкоземельные и тяжелые элементы, такие как торий или уран, при условии очень малого содержания. 

«Интересно попробовать изучить именно редкоземельные элементы лантан, церий и другие в керамических находках. Это даст нам еще больше информации о керамике, и тогда уже с большей вероятностью сможем определить, в каком регионе производились черепки. В наших ближайших планах — приступить к разработке методики анализа определения этих элементов». 

Работа выполнена в рамках проекта РНФ № 19-78-10084.

Недавние новости

Возврат к списку