Возможности применения синхротронных методов анализа при изучении археологических материалов
Аннотация
Современный уровень исследований археологических материалов требует привлечения комплекса методов, включая естественнонаучные. Среди последних особое место занимают синхротронные методы анализа вещества, которые начали применяться в археологии в начале XXI в. В настоящей статье представлен обзор синхротронных методов анализа археологических материалов, которые сочетают в себе высокую точность, многозадачность и сравнительную доступность. Рассмотрены следующие методы: синхротронная рентгеновская дифракция, рентгеновская флуоресценция, рентгеновская абсорбция идеальных структур, синхротронная томография, синхротронная инфракрасная спектрометрия, рамановская спектрометрия. Приведены описания физических основ методов. Дана оценка их преимуществ и недостатков, представлены примеры их использования при изучении различного археологического материала. Обзор выполнен на опубликованных материалах исследований синхротронного центра Elettra Synchrotron Trieste S.C.p.A. (Италия). Отдельно отмечается разница между синхротронными методами и их аналогами на базе альтернативных источников излучения. Методы синхротронного анализа в большинстве своем не являются уникальными и имеют тот же общий недостаток, что и подавляющее большинство несинхротронных методов – необходимость отбора проб, которая приводит к фрагментации артефакта. Однако использование излучения синхротрона позволяет существенно повысить точность, качество данных, ускорить процесс сбора информации, представить данные в альтернативной форме.
Ключевые слова
синхротрон,
археология,
элементный состав,
микроструктура,
рентгеновская дифрактометрия,
рентгенофлуоресцентная спектроскопия,
рамановская спектроскопия,
томография
При поддержке: Работа реализована при поддержке НОЦ «Новая археология».
Об авторах
Р. В. Давыдов
Новосибирский государственный университет
Россия
Россия
Давыдов Роман Вячеславович, младший научный сотрудник, Лаборатория гуманитарных исследований Гуманитарного института, инженер, НОЦ «Новая археология» Гуманитарного института
ул. Пирогова, 1, Новосибирск, 630090
Ю. С. Губар
Новосибирский государственный университет
Россия
Россия
Губар Юлия Сергеевна, магистрант Гуманитарного института
ул. Пирогова, 1, Новосибирск, 630090
Ф. Занини
Elettra-Sinchrotrone Trieste S.C.p.A
Италия
Италия
Занини Франко, PhD, старший научный сотрудник
Strada Statale 14 – 163,5 км в научном парке AREA, 34149, Басовицца, Триесте
Список литературы
1. Вагнер Г. А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. М.: Техносфера, 2006. 534 с.
2. Гренберг Ю. И. Технология и исследование произведений станковой и настенной живописи. М.: ГОСНИИР, 2000. 132 с.
3. Дубровский Д. К., Грачев В. Ю. Уральские писаницы в мировом наскальном искусстве. Екатеринбург: Грачев и партнеры, 2010. 212 с.
4. Дэвлет Е. Г., Грешников Э. А., Фахри А. И. Естественнонаучные методы в изучении Мезоамериканских пигментов доиспанского периода на скалах и пещерной живописи // Вестн. Кемер. гос. ун-та. 2015. № 2(62), т. 6. С. 18–23.
5. Зиняков Н. М. История черной металлургии и кузнечного ремес- ла древнего Алтая. Томск: Изд-во ТГУ, 1988. 276 с.
6. Зиняков Н. М. Черная металлургия и кузнечное ремесло Западной Сибири. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997. 368 с.
7. Зыков А. П. Технология кузнечного производства в Верхнем Прикамье в начале II тысячелетия н.э. (по материалам родановских и сылвенских памятников) // Новые археологические исследования на территории Урала. Ижевск: Удмурт. ун-т, 1987. С. 145–155.
8. Клейн Л. С. Археология спорит с физикой // Природа. 1962. № 2. С. 51–63.
9. Колчин Б. А. Черная металлургия и металлообработка в Древней Руси (Домонгольский период). М.: Изд-во АН СССР, 1953. 257 с.
10. Колчин Б. А., Шер Я. А. Некоторые итоги применения естественнонаучных методов в археологии // КСИА. 1969. № 118. С. 83–101.
11. Котов В. Г., Ляхницкий Ю. С., Пиотровский Ю. Ю. Методика нанесения состава красочного слоя рисунков пещеры Шульган-Таш (Каповой) // Уфимский археологический вестник. 2004. Вып. 5. С. 65–72.
12. Леньков В. Д. Металлургия и металлообработка у чжурчжэней в XII веке (по материалам исследований Шайгинского городища). Новосибирск: Наука, 1974. 196 с.
13. Мартынов А. И., Шер Я. А. Методы археологического исследования. М.: Высш. шк., 1989. 223 с.
14. Морозов М. В., Ляхницкий Ю. С. Рамановская спектроскопия палеолитических охр Каповой пещеры (Южный Урал, Россия) // Современная минералогия: от теории к практике: Материалы XI съезда РМО. СПб., 2010. С. 355–357.
15. Нестеров С. П., Савин А. Н., Колмогоров Ю. П. Раннесредневековый предметный комплекс ювелира-литейщика из Западного Приамурья // Археология, этнография и антропология Евразии. 2016. Т. 44, № 2. С. 81–90.
16. Пахунов А. С., Житенев В. С., Брандт Н. Н., Чикишев А. Ю. Предварительные результаты комплексного исследования красочных пигментов настенных изображений Каповой пещеры // Вестн. археологии, антропологии и этнографии. 2014. Вып. 4. С. 4–15.
17. Прохоров А. М. Физическая энциклопедия. Т. 4. М.: Бол. сов. энцикл., 1994. 701 с. ри. СПб.: Тип. И.Н. Скороходова, 1896. 70 с.
18. Тишкин А. А., Серегин Н. Н. Металлические зеркала как источник по древней и средневековой истории Алтая (по материалам Музея археологии и этнографии Алтая Алтайского государственного университета). Барнаул: Азбука, 2011. 144 с.
19. Хаврин С. В. Древнейший металл Саяно-Алтая (энеолит–ранняя бронза) // Изв. АлтГУ. 2008. Вып. 4–2. С. 210–216.
20. Ширкин Л. А. Рентгенофлуоресцентный анализ объектов окружающей среды: учеб. пособие. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009. 65 с.
21. Широков В. Н. Древнейшее искусство уральских пещер. Екатеринбург: Средне-Урал. книж. изд-во, 1995. 39 с.
22. Agresti J., Mencaglia A.A., Siano S. Development and application of a portable LIBS system for haracterizing copper alloy artefacts // Anal. Bioanal. Chem. 2009. № 395. P. 2255–2262.
23. Anderson G., Fregni V. Technology as a tool for archaeological research and artifact conservation // AIC Objects Specialty Group Postprints. 2009. Vol. 16. P. 95–109.
24. Artioli G. Science for the cultural heritage: the contribution of X-ray diffraction // Rend. Fis. Acc. Lincei. 2013. Vol. 24. P. S55–S62.
25. Becker L., Pilosi L., Schorsch D. An Egyptian Silver Statuette of the Saite Period – A Technical Study // Metropolitan Museum Journal. 1994. Vol. 29. P. 37–56.
26. Bell I. M., Clark R. J. H., Gibbs P. J. Raman spectroscopic library of natural and synthetic pigments (pre-~1850 AD) // Spectrochimica Acta. 1997. Part A, 53. P. 2159–2179.
27. Bernardini F., Tuniz C., Coppa A., Mancini L., Dreossi D., Eichert D., Turco G., Biasotto M., Terrasi F., De Cesare N., Hua Quan, Levchenko V. Beeswax as Dental Filling on a Neolithic Human Tooth // PLoS ONE. 2012. Vol. 7(9). P. e44904.
28. Bernardini F., Tuniz C., Zanini F. X-Ray Computed Microtomography for Paleoanthropology, Archaeology, and Cultural Heritage // Nanotechnologies and Nanomaterials for Diagnostic, Conservation, and Restoration of Cultural Heritage. Elsevier, 2018. P. 25–45.
29. Bertrand L., Cotte M., Stampanoni M., Thoury M., Marone F., Schöder S. Development and trends in synchrotron studies of ancient and historical materials // Physics Reports. 2012. Vol. 519. P. 51–96.
30. Bertrand L., Robinet L., Thoury M., Janssens K.,·Cohen S. X.,·Schöder S. Cultural heritage and archaeology materials studied by synchrotron spectroscopy and imaging // Applied Physics A. 2011. Vol. 106(2). P. 377–396.
31. Birarda G., Di Pietro P., Perucchi A, Lupi S., Vaccari L. Infrared Spectral Imaging with Synchrotron Radiation // Synchrotron Radiation News. 2017. Vol. 30(4). P. 3–4.
32. Bonaduce I., Andreotti A. Py-GC/MS of Organic Paint Binders. // Organic Mass Spectrometry in Art and Archaeology. N. Y.: John Wiley & Sons, 2009. P. 303–326.
33. Bozzini B., Gianoncelli A., Mele C., Siciliano A., Mancini L. Electrochemical reconstruction of a heavily corroded Tarentum hemiobolus silver coin: a study based on microfocus X-ray computed microtomography // Journal of Archaeological Science. 2014. Vol. 52. P. 24–30.
34. Callewaert M. Les couleurs des artéfacts en alliage cuivreux: analyse physico-chimique des techniques de coloration utilisées du Chalcolithique au Haut Moyen-Âge en Europe et au Proche-Orient // Archéo-Situla. 2010. Vol. 20. P. 42–60.
35. Clark R .J. H. Raman microscopy as a structural and analytical tool in the fields of art and archaeology // Journal of Molecular Structure. 2007. Vol. 834–836. P. 74–80.
36. Clementi C., Ciocan V., Vagnini M. Non-invasive and micro-destructive investigation of the Domus Aurea wall painting decorations // Anal. Bioanal. Chem. 2011. Vol. 401(6). P. 1815–1826.
37. Gianoncelli A., Kourousias G., Merolle L., Altissimo M., Bianco A. Current status of the TwinMic beamline at Elettra: a soft X-ray transmission and emission microscopy station // Journal of Synchrotron Radiation. 2016. Vol. 23(6). P. 1526–1537.
38. Horvath E., Kovacs J. S., Toth M. An Early Medieval buckle with cloisonné decoration: the localization of workshop area by archaeometrical investigation // Archeometriai Műhely. 2009. №4. P. 15–30.
39. Lbova L. V., Volkov P. V. Pigment decoration of Paleolithic Antropomorhic Figerines from Siberia // Rock Art Research. 2017. Vol. 34, No. 2. P. 169–178.
40. McArthur G., Taylor J. H., Craddock P. The conservation and technical investigation of a hollow-cast Egyptian bronze // Technical Research Bulletin. 2015. Vol. 9. P. 111–120.
41. Merkel S. W. Archaeometallurgical analysis of metalworking debris from a Germanic goldsmithing workshop at Elsfleth-Hogenkamp, 2nd-3rd century ad // Archaometrie und Denkmalpflege 2018 (Hamburg, 20–24 Marz 2018). Hamburg: Verlag Deutsches Elektronen-Synchrotron, 2018. P. 95–98.
42. Nava A., Coppa A., Coppola D., Mancini L., Dreossi D., Zanini F., Bernardini F., Tuniz C., Bondioli L. Virtual histological assessment of the prenatal life history and age at death of the Upper Paleolithic fetus from Ostuni (Italy) // Scientific Reports. 2017. Vol. 7(1). P. 1–10.
43. Omid O., Davami P. Metallography and microstructure interpretation of some archaeological tin bronze vessels from Iran // Materials Characterization. 2014. Vol. 97. P. 74–82.
44. Philip G. Metalwork from mortuary contexts at Jerablus // Mortuary practices at an Bronze Age fort on the Euphrates river. Oxford, Philadelphia: Oxbow Books, 2015. P. 127–143.
45. Pillay A. E. Analysis of archaeological artefacts: PIXE, XRF or ICP-MS? // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2001. Vol. 247, Issue 3. P. 593–595.
46. Plaisier J. R., Nodari L., Gigli L., Rebollo San Miguel E. P., Bertoncello R., Lausi A. The X-ray diffraction beamline MCX at Elettra: a case study of non-destructive analysis on stained glass // ACTA IMEKO. 2017. Vol. 6(3). P. 71–75.
47. Popelka-Filco R. S. Novel application of X-ray fluorescence microscopy (XFM) for the non-destructive micro-elemental analysis of natural mineral pigments on Aboriginal Australian objects // The Analyst. 2016. Vol. 141(12). P. 24–35.
48. Quartieri S. X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS, EXAFS, XANES) // The Encyclopedia of Archaeological Sciences. Vol. 4. 2018. P. 1–6.
49. Crupi V., Galli G., La Russa M. F., Longo F., Maisano G., Majolino D., Malagodi M., Pezzino A., Ricca M., Rossi B., Ruffolo S. A., Venutiet V. Multi-technique investigation of Roman decorated plasters from Villa dei Quintili (Rome, Italy) // Applied Surface Science. 2015. Vol. 349. P. 924–930.
50. Crupi V., La Russa M. F., Venuti V., Ruffolo S., Ricca M., Paladini G., Albini R., Macchia A., Denaro L., Birarda G., Bottari C., D’Amico F., Vaccari L., Majolino D. A combined SR-based Raman and InfraRed investigation of pigmenting matter used in wall paintings: The San Gennaro and San Gaudioso Catacombs (Naples, Italy) case // The European Physical Journal Plus. 2018. Vol. 133(9). P. 369.
51. Derrick M. R., Stulik D. C., Landry J. M. Infrared spectroscopy in conservation science. Los Angeles: Getty Conservation Institute, 1999. 252 p.
52. Doncheva S. Metal Art Production in Medieval Bulgaria: Jewelry craftsmanship in Bulgaria at the Middle Ages. Saarbrūken (Germany): LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 161 p.
53. Fedrigo A., Grazzi F., Williams A.R., Panzner T., Lefmann K., Lindelof P. E., Jørgensen L., Pentz P., Scherillo A., Porcher F., Strobl M. Extraction of archaeological information from metallic artefacts. – A neutron diffraction study on Viking swords // Journal of Archaeological Science: Reports. 2017. Vol. 12. P. 425–436.
54. Rodrigues G. C., Fermo P., Olivi L., Padeletti G. A comparative study of Hispano-Moorish and Italian Renaissance lustred majolicas by using X-ray absorption spectroscopy // J. Anal. At. Spectrom. 2015. Vol. 30-3. P. 738–744.
55. Salvadó N., Pradell T., Pantos E., Papiz M. Z., Molera J., Seco M., Vendrell M. Identification of copper-based green pigments in Jaume Huguet's Gothic altarpieces by Fourier transform infrared microspectroscopy and synchrotron radiation X-ray diffraction // Journal of Synchrotron Radiation. 2002. Vol. 9. P. 215–222.
56. Sano K., Arrighi S., Stani C., Aureli D., Boschin F., Fiore I., Spagnolo V., Ricci S., Crezzini J., Boscato P., Gala M., Tagliacozzo A., Birarda G., Vaccari L., Ronchitelli A., Moroni A., Benazzi S. The earliest evidence for mechanically delivered projectile weapons in Europe // Nature ecology & evolution. 2019. Vol. 3. P. 1409–1414.
57. Scott D. A. Metallography and Microstructure of Ancient and Historic Metals. USA, CA: Marina del Rey, 1991. 185 p.
58. Shackley M. S. An Introduction to X-Ray Fluorescence (XRF) Analysis in Archaeology // X-ray fluorescence spectrometry (XRF) in geoarchaeology. New York: Springer, 2011. P. 7–44.
59. Shemakhanskaya M., Treister M., Yablonsky L. The technique of gold inlaid decoration on the 5th-4th centuries BC silver and iron finds from the early Sarmatian barrows of Filippovka, Southern Urals // ArcheoSciences, revue d’archéométrie. 2009. Vol. 33. P. 211–220.
60. Siano S., Bartoli L. Non-destructive investigation of bronze artefacts from The Marches National Museum of archaeology using neutron diffraction // Archaeometry. 2006. Vol. 48, 1. P. 77–96.
61. Smith G. D., Clark R. J. H. Raman microscopy in archaeological science // Journal of Archaeological Science. 2004. Vol. 31. P. 1137–1160.
62. Tuniz C., Zanini F. Microcomputerized Tomography (MicroCT) in Archaeology // Encyclopedia of Global Archaeology. Springer, New York, 2014. P. 1–7.
63. Uda M., Demortier G., Nakai I. X-Rays for Archaeology. Netherlands: Springer, 2005. 320 p.
64. Valério P., Silva R.J.C., Araújo M. F., Monge Soares A. M., Barros L. A multianalytical approach to study the Phoenician bronze technology in the Iberian Peninsula. – A view from Quinta do Almaraz // Materials Characterizatio. 2012. Vol. 67. P. 74–82.
65. Zanolli C., Martinón-Torres M., Bernardini F., Boschian G., Coppa A., Dreossi D., Mancini L., Martínez de Pinillos M., Martín-Francés L., Bermúdez de Castro J. M., Tozzi C., Tuniz C., Macchiarelli R. The Middle Pleistocene (MIS 12) human dental remains from Fontana Ranuccio (Latium) and Visogliano (Friuli-Venezia Giulia), Italy. A comparative high-resolution endostructural assessment // PLoS One. 2018. Vol. 13(10). P. 1–25.
66. Zipkin A. M., Hanchar J. M., Brooks A. S., Grabowski M., Thompson J., Gomani‐Chindebvu E. Ochre fingerprints: Distinguishing among Malawian mineral pigment sources with Homogenized Ochre Chip LA–ICPMS. 2014 // Archaeometry. 2015. Vol. 58. P. 297–317.
Рецензия
Для цитирования:
Давыдов Р.В., Губар Ю.С., Занини Ф. Возможности применения синхротронных методов анализа при изучении археологических материалов. Universum Humanitarium. 2020;(2):82-106.
For citation:
Davydov R.V., Gubar Yu.S., Zanini F. Possibilities of Application of Synchrotronic Analysis Methods in the Study of Archaeological Materials. Universum Humanitarium. 2020;(2):82-106. (In Russ.)
Просмотров: 294
Послать статью по эл. почте 