Масс-спектрометрия позволяет датировать даже очень древние памятники
Журнал «Коммерсантъ Наука» №68 от , стр. 10
На Северо-Восточном Кавказе за последнее десятилетие обнаружено около десятка многослойных археологических стоянок возрастом от 600 тыс. до 2 млн лет, и возникла острая необходимость в более точной их датировке.
Впервые на территории Западного Прикаспия группа ученых решила использовать метод космогенного датирования по радионуклидам и организовала совместный проект Московского государственного университета, Института геологии РАН, Института археологии и этнографии СО РАН и Орхусского университета (Дания).
Отбор образцов в полевых условиях производил директор лаборатории космогенного датирования Университета Орхуса Йеспер Олсен. Подготовка проб произведена в совместной лаборатории МГУ и ИГРАН, планируются совместные международные исследования нескольких проб с археологических памятников Дарвагчай-1 и Рубас-1. Геохронологические исследования позволят впервые установить абсолютный возраст этих уникальных стоянок и определить их место в истории расселения древнего человека по территории Евразии.
— С точки зрения абсолютных датировок Средняя Азия в настоящее время представляет собой белое пятно,— пояснил руководитель лаборатории оптико-люминисцентного датирования МГУ-ИГРАН Реджеп Курбанов.— В нашем проекте стоит амбициозная задача по результатам абсолютного датирования создать новую геохронологическую схему.
Определить возраст археологического памятника — одна из самых сложных задач, когда речь идет о событиях, которые происходили не в исторические времена, а десятки и сотни тысяч или даже миллион и более лет назад. Чем старше памятник, тем ниже точность его датировки и тем меньше известно о тех древних людях, которые его оставили. Органические материалы — кости, волосы, кожа, ткани или древесина — можно достаточно точно датировать с помощью радиоуглеродного метода (подсчитывается поштучно количество изотопа С14 в образце), но этот метод имеет предел — около 50 тыс. лет. И хотя органика в слоях грунта крайне редко сохраняется так долго, тем не менее в исключительно благоприятных условиях (в частности, в Денисовой пещере на Алтае) археологам попадаются такие уникальные находки.
Более древние артефакты археологи датируют оптико-люминисцентным методом с помощью обработки проб грунта, выделяя из него кварц и полевой шпат и подвергая его облучению лазером, который стимулирует выделение накопленных фотонов из крупинок образца. По их количеству можно посчитать, сколько находка находилась на дневном свету, пока не была погребена в слоях грунта. Однако и этот метод имеет свои ограничения в 500 тыс. лет по кварцу и не более 200–220 тыс. лет по полевому шпату, а гоминиды на Земле появились гораздо раньше.
Памятники старше полумиллиона лет датировать очень непросто. Если делать это геологическими методами, то уровень погрешности для археологов может составить от 25% до 100%, ведь геологические периоды — это сотни миллионов лет, поэтому такие способы для археологии не подходят. Но как же тогда группы ученых, чьи публикации регулярно появляются в Science и Nature, датируют с высокой точностью африканские стоянки древних людей возрастом более 2 млн лет? Для таких исследований в Европе и США существует всего несколько лабораторий, которые применяют сложный и дорогостоящий космогенный метод датировки с применением ускорительной масс-спектрометрии.
Космогенным данный метод называется в связи с тем, что изотопы исследуемых веществ на Земле возникают на поверхности кварца в связи с мощным космическим излучением (например, 4–5 атомов бериллия на 1 г кварца за год). Частицы высокой энергии, попадая из космоса в земную атмосферу, взаимодействуют с атомами воздушных газов и генерируют вторичное излучение. Это излучение достигает поверхности горных пород и разбивает атомы, входящие в состав некоторых минералов, на дочерние — наземные космогенные нуклиды, которые накапливаются в приповерхностных частях породы. Среди них есть стабильные и долгоживущие радиоизотопы. По их накопленному количеству определяют время обнажения скальной поверхности — коренных пород или их крупных обломков.
Период полураспада у изотопов бериллия огромен и позволяет датировать слои возрастом до 50 млн лет. Ускорительная часть описанной технологии мало чем отличается от радиоуглеродной. Основное отличие — в подготовке пробы для масс-спектрометрии, поскольку вместо углерода (С-14) здесь подсчитывается количество изотопов бериллия (Be-10) и алюминия (Al-16), что значительно удорожает данную методику.
В качестве материала для космогенного метода используются каменные орудия — собственно, ничего другого на древнейших стоянках обычно не находят. От них отщепляют фрагмент, затем измельчают его и отсеивают, чтобы получить чистый кварц. Полученный материал расплавляют в горячем и очень едком веществе — плавиковой кислоте (формула — HF), после чего ее выпаривают и готовый образец помещают в ускоритель, где используют его как мишень для пучка электронов, «выбивающих» из него необходимые для анализа изотопы.
Кроме датировки артефактов в культурном слое космогенный метод позволяет также определить возраст так называемых подъемных материалов — каменных орудий, найденных на поверхности земли, а не при раскопках. Но для проверки точности работы оборудования лучше всего подходят, конечно, памятники с хорошей стратиграфией — последовательным расположением культурных слоев. Тестовой площадкой будет памятник Рубас-1, раскопками на котором руководит старший научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН Антон Анойкин. Позже такие же работы будут проведены для памятников Дарвагчай и Дарвагчай-залив.
— Определение возраста наиболее древних археологических памятников всегда являлось достаточно сложной задачей, и научная среда, как правило, скептически воспринимает находки, возраст которых предполагается близким 2 млн лет, особенно если они сделаны за пределами Африки,— подтвердил Антон Анойкин.— Хронология, полученная геологическими, биостратиграфическими и палеомагнитными методами, не дает необходимой точности и нередко имеет несколько вариантов интерпретации. Результаты применения новых методов абсолютного датирования позволят нашим исследованиям раннего палеолита в Приморском Дагестане выйти на новый уровень и поставить открытые там стоянки в один ряд с хорошо изученными и признанными памятниками Африки, Ближнего Востока и Кавказа, а также сделать их более узнаваемыми для научного сообщества.
— При выполнении всех запланированных мероприятий на новый уровень выйдут не только археологические исследования, но и работы в области палеогеографии, палеоклиматологии, геоморфологии,— подытожил и. о. директора Института археологии и этнографии СО РАН Андрей Кривошапкин.— Мы очень надеемся, что в будущем нам удастся привлечь к этим исследованиям и другие лаборатории, чтобы инициатива нескольких институтов привела к созданию мощного научного консорциума.