ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЗОЛОТООРДЫНСКОЙ КЕРАМИКИ МЕТОДАМИ ОЖЕ И ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

Сингатулин Р. А.

ORCID: 0000-0001-5042-5531, Кандидат исторических наук, Саратовский государственный университет

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЗОЛОТООРДЫНСКОЙ КЕРАМИКИ МЕТОДАМИ ОЖЕ И ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы идентификации керамической продукции Золотой Орды с помощью методов Оже-спектроскопии и вторичной ионной масс-спектрометрии. Использование методов предполагает многократное количественное исследование поверхности подъёмного материала, когда важен контроль параметров тонких слоёв различного состава. Для более эффективного проведения исследований в состав измерительного комплекса дополнительно вводится мультиспектральная стереофотограмметрическая система. Приводятся результаты апробации методов элементного состава при исследованиях массового керамического материала из коллекций археологических памятников Волго-Уральского региона.

Ключевые слова: Оже-спектроскопия, ВИМС-спектроскопия, мультиспектральная стереофотограмметрия, золотоордынская керамика.

 Singatulin R. A.

ORCID: 0000-0001-5042-5531, PhD in History, Saratov State University

IDENTIFICATION THE CERAMICS OF THE GOLDEN HORDE BY THE METHODS OF AUGER ELECTRON SPECTROSCOPY AND SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY

Abstract

The article discusses the identification of ceramic production of the Golden Horde by using Auger electron spectroscopy techniques and secondary ion mass spectrometry. The use of multiple methods involves the quantitative study of the surface of materials. For more effective research in the composition of the measuring complex is additionally introduced multispectral stereo photogrammetric system. Examples of practical implementations of elemental composition in studies of mass ceramic material from the collections of archaeological monuments of Volga-Ural region.

Keywords: Auger electron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, multispectral stereo photogrammetry, ceramics of the Golden Horde.

Инструментальные средства элементного анализа вещества в археологических исследованиях занимают особое место среди других естественнонаучных методов. Эти технологии обладают широкими возможностями, обеспечивают высокую чувствительность и точность измерений. В то же время, современное разнообразие программно-аппаратных средств нередко приводит к неоправданной сложности, дороговизне, к организационно-методическим трудностям при планировании камеральных исследований. Если исследуется древнее стекло, глазурь или керамика, то вероятным выбором исследователя будет лазерная оптико-эмиссионная спектроскопия. Тогда как возможности атомно-абсорбционной спектрометрии позволяют проводить элементный анализ практически любого артефакта с высокой точностью. При анализе состава строительных материалов предпочтение будет отдано волнодисперсионному рентгенофлуоресцентному анализатору. Данные технологии прекрасно справляются с небольшой серией объектов исследований, но совсем неэффективны при анализе больших партий, когда исследуется массовый фрагментированный материал. В этом отношении более эффективен локальный анализ поверхности исследуемых фрагментов, когда используются электронно-зондовый и ионно-зондовый микроанализ, Оже- спектроскопия и некоторые другие методы [3]. Локальный поверхностный анализ предполагает многократное количественное исследование поверхности подъёмного материала, когда важен контроль параметров тонких слоёв различного состава [7]. В этой связи интересен пример комплексной апробации мультиспектральных стереофотограмметрических технологий и методов ВИМС (вторичная ионная масс-спектроскопия) и Оже-спектроскопии сотрудниками лаборатории информационных технологий в гуманитарных и естественнонаучных исследованиях Саратовского государственного университета (СГУ) в 2008-2014 гг. при исследованиях гончарной продукции из золотоордынских поселений Волго-Уральского региона. Большую помощь при проведении инструментальных исследований оказали лаборатории и научно-технические отделы промышленных предприятий г. Саратова и г. Заречный (Пензенская область).

Материалы и методы.

Выборочная партия фрагментов золотоордынской керамики из коллекций археологических памятников Наровчат, Золотарёвка (оба - Пензенская область), Увек (г. Саратов), Жайык (г. Уральск, Республика Казахстан) была с обработана методами ВИМС и Оже-спектроскопии [6]. Перечисленные археологические памятники в период средневековья были расположены в узловых пунктах, на оживлённых торгово-транспортных путях Золотой Орды. Не исключено, что часть керамической продукции местного производства попадала в торговый оборот, частично оседала в данных населённых пунктах.

Цель исследований заключалась в идентификации подъёмного керамического материала (фрагментов гончарной продукции) с помощью мультиспектральной стереофотограмметрической информационно-измерительной системы (ИИС) по поверхностным критериям (трасологические и мультиспектральные характеристики) [5, 6] и дефиниции элементного состава (без учёта крупнодисперсных включений из шамота, песка и других добавок) методами ВИМС и Оже-спектроскопии с местами предполагаемой добычи сырья (глины).

Метод первичной обработки предусматривал выделение «родственных» фрагментов по коэффициенту излучения керамики с помощью мультиспектральной стереофотограмметрической ИИС, работающей в широком спектре электромагнитного диапазона волн [5]. Использование мультиспектральной стереофотограмметрической ИИС предусматривает полную автоматизацию процесса классификации керамики, дефиниции спектральных характеристик, фиксации динамики процесса рассеяния, диаграмм направленности и др. Алгоритм работы построен на основе отождествления топологических характеристик исследуемого материала с эталонным образцом [2]. Благодаря использованию мультиспектральной ИИС существенно снижается стоимость и время на обработку большого числа объектов исследований.

Дальнейшая процедура исследований предусматривала анализ следов инструментальной обработки [4] с последующим анализом методом ВИМС и Оже-спектроскопии (рис. 1).

В результате исследований (было обработано свыше 1200 образцов керамики с преобладающей долей из сборов с Увекского городища) были обнаружены и идентифицированы «родственные» группы фрагментов гончарной посуды из сборов с городищ: Жайык (5 единиц), Увекское (96 единиц), Золотарёвское (2 единицы), Наровчатское (17 единиц), которых объединял схожий поверхностный химический состав и технологические особенности механической обработки поверхности. Разница в расстояниях между этими средневековыми центрами составляло в среднем 300-350 км, что соответствовало 10-14 дням пути. Ближайшее известное месторождение глины и крупное гончарное производство располагалось в Укеке [1].

Рис. 1 - Анализ вещества с поверхности гончарной продукции Золотой Орды (образец с Увекского городища, г. Саратов)

  Результаты исследования и их обсуждение.

Несмотря на эффективность применения автоматизированной мультиспектральной ИИС при идентификации фрагментов керамики и последующий анализ элементного состава методом ВИМС и Оже-спектроскопии, результаты исследования показали, что большая часть исследуемой гончарной продукции, её элементный состав, не совпадают с местами предполагаемой добычи сырья (глины) в Увеке, Золотарёвке, Наровчате. Результаты были вполне ожидаемы, обусловлены небольшой выборкой, ненадёжными данными по залежам глины и особенностями проведённого анализа. Метод ВИМС более чувствителен к изменениям химической структуры поверхности адгезии и является единственным методом анализа поверхности материалов, чувствительным к водороду [6]. Оже-спектроскопия даёт информацию об элементном составе участка поверхности тела, когда можно получить данные о распределении элементов в её разных точках (рис. 1).

Разумеется, что выявленный при исследованиях «родственный» химический состав на поверхности керамики может иметь и другое происхождение, например, связан с осадками, загрязнениями, многолетними наслоениями мелкодисперсного материала (пыли, частиц обломочного материала) окружения, из которого было сооружено хранилище, средневековый холодильник, помещение и др. В этом случае, достоверность результатов исследований будет определяться большим числом данных, снятых с разных участков поверхности керамики, когда картина распределения элементного состава позволит подтвердить или опровергнуть ту или иную гипотезу. Следствием таких дополнительных измерений будет усложнение и удорожание процесса обработки данных.

Вместе с тем, сама возможность идентифицировать керамическую продукцию конкретного гончарного центра или выявить месторасположение источников сырья с использованием технологий мультиспектральной обработки данных, совместно с методом ВИМС и Оже-спектроскопии, является достаточно весомым аргументом в пользу продолжения таких исследований. Совместное использование данных технологий может привести к созданию новых, более универсальных инструментальных методов и средств. Очевидно, что не только фрагментированная керамика как самый массовый археологический материал может фигурировать при организации новых исследований. Перспективным объектами для проведения аналогичных исследований могут быть украшения, обереги, деньги, строительный материал, фундаменты строений, культовые сооружения и другие артефакты.

Литература

1. Баллод Ф.В. Приволжские «Помпеи». М.; Пг.: Мосполиграф, 1923.
2. Држевецкий А.Л., Контишев В.Н. Методы и средства контроля топологических характеристик множества объектов в системах с техническим зрением // Приборы и системы управления. 1993. №3. С.29-30.
3. Карлосон Т.А. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия. Л.: Машиностроение, 1981.
4. Марыксин Д.В., Сингатулин Р.А. Стереофотограмметрическая идентификация золотоордынской гончарной посуды из могильника Мокринский I // В сб.: Золотоордынское наследие. Мат. межд. науч. конф. «Политическое и социально-экономическая история Золотой Орды (XIII-XV вв.). Казань. ИИ АН РТ. 2009. С.512-518.
5. Сингатулин Р.А. Особенности применения бесконтактных информационно-измерительных систем в археологии при исследованиях фрагментированного материала // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2012. №9. С.53-57.
6. Шульман А.Р., Фридрихов С.А, Вторично-эмиссионные методы исследования твёрдого тела. М.: 1977.
7. Paparazzo, E. (2001). «Comment on AES and SAM microanalysis of structure ceramics by thinning and coating the backside. Yu and Jin». Surface and Interface Analysis 31 (12): 1110–1111. DOI:10.1002/sia.1144.

References

1. Ballod F.V. Privolzhskie «Pompei». M., Pg.: Mospoligraf, 1923.
2. Drzheveckij A.L., Kontishev V.N. Metody i sredstva kontrolja topologicheskih harakteristik mnozhestva obektov v sistemah s tehnicheskim zreniem. Pribory i sistemy upravlenija. 1993. 3: 29-30.
3. Karloson T.A. Fotojelektronnaja i Ozhe-spektroskopija. L.: Mashinostroenie, 1981.
4. Maryksin D.V., Singatulin R.A. Stereofotogrammetricheskaja identifikacija zolotoordynskoj goncharnoj posudy iz mogilnika Mokrinskij I. Mat. konf. Politicheskoe i socialno-jekonomicheskaja istorija Zolotoj Ordy. Kazan, 2009. 512-518.
5. Singatulin R.A. Osobennosti primenenija beskontaktnyh informacionno-izmeritelnyh sistem v arheologii pri issledovanijah fragmentirovannogo materiala. Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol, diagnostika. 2012. 9: 53-57.
6. Shulman A.R., Fridrihov S.A, Vtorichno-jemissionnye metody issledovanija tverdogo tela. M., 1977.
7. Paparazzo, E. (2001). Comment on AES and SAM microanalysis of structure ceramics by thinning and coating the backside. Yu and Jin. Surface and Interface Analysis 31 (12): 1110-1111. DOI:10.1002/sia.1144.