В Лаборатории ядерной и инновационной медицины Физического факультета НГУ проводятся исследования археологических находок из фондов музея Института археологии и этнографии СО РАН с использованием компьютерного томографа. До недавнего времени этот аппарат применялся научными сотрудниками лаборатории в доклинических исследованиях нетронозахватной терапии для обследования животных и решения сходных задач. Однако технические возможности компьютерного томографа позволяют исследовать не только биологические, но и небиологические объекты. В настоящее время проводится компьютерная томография композитных костяных и роговых составных орудий позднего плейстоцена-начального голоцена.
Составные (композитные) орудия – в данном случае ножи, наконечники стрел и копий, — выполненные с использованием вкладышевой технологии. Представляют собой роговую или костяную основу с прорезанными по ребрам пазами, в которых последовательно крепятся режущие элементы — острые удлиненные ножевидные пластины из камня. В пазах они закрепляются с помощью клея растительного или животного происхождения: смолы, дегтя, костного клея, меда или глины. Такие орудия появились в Восточной Сибири около 15 тысяч лет назад и за короткое время получили широкое распространение по всей ее территории.
Проект младшего научного сотрудника Института археологии и этнографии СО РАН Екатерины Бочаровой, получивший поддержку гранта РНФ (№25-79-30002), направлен на комплексное изучение композитных костяных и роговых орудий с помощью самых современных методов, среди которых важным является компьютерное томографирование. В настоящий момент исследование не имеет аналогов в российских или зарубежных археологических исследованиях. Ученые стремятся получить принципиально новую информацию о технологии изготовления композитных орудий с каменными вкладышами, их использовании и ремонте. Исследователи планируют реконструировать эти процессы с помощью современных методов, таких как трехмерное сканирование и КТ. Данные, полученные в ходе проекта, позволят на более высоком научном уровне изучать технологические и культурные особенности археологических комплексов позднего плейстоцена – начального голоцена в Восточной Сибири, а также исследовать мобильность древнего населения и процессы передачи технологий и идей. Но для этого необходимо получить качественные модели внутренней поверхности пазов исследуемых орудий, что возможно только с помощью высокоточного трехмерного сканирования и компьютерной томографии. Еще совсем недавно это не представлялось возможным, поскольку проведение исследований небиологических объектов на компьютерных томографах, которыми располагают медицинские центры, лечебные учреждения и клиники, запрещено на законодательном уровне. В прошлом году в Институте археологии и этнографии СО РАН появился микротомограф лабораторного класса, но на нем можно исследовать очень мелкие образцы. Костяные ножи длиной от 15 см для него слишком велики.
— Когда мы начали на компьютерном томографе доклинические исследования в рамках работ по нейтронозахватной терапии и гипертермии на животных моделях, поступили предложения использовать этот аппарат для изучения небиологических объектов — различных археологических артефактов и костных структур. Ученые Института археологии и этнографии СО РАН предложили провести компьютерную томографию костных и каменных орудий труда из своих фондов. Такие исследования в нашей лаборатории проводились впервые, однако их качество оказалось достаточно высоким. Теперь у нас в совместных планах — масштабные работы по углубленным томографическим исследованиям археологических находок, которые накапливались учеными ИАЭТ СО РАН на протяжении многих десятилетий. Польза от этих работ обоюдная: сотрудники ЛИЯМ НГУ осваивают новые компетенции, а археологи получают уникальную возможность изучать древние артефакты с помощью томографии. Безусловно, многие лечебные учреждения оснащены компьютерными томографами, однако их использование для изучения небиологических объектов запрещено на законодательном уровне. В нашем случае таких ограничений нет: наш томограф — единственный в Сибири и на Дальнем Востоке, разрешенный для научных исследований. Мы готовы сотрудничать с учеными, которым необходим этот метод. Стратегия и концепция нашего центра томографических исследований ЛЯИМ НГУ заключается в устранении этого пробела в науке — в предоставлении исследователям возможности использовать КТ-методику для изучения артефактов и других объектов, которые ранее оставались вне зоны томографического анализа, — рассказал заведующий ЛЯИМ НГУ Владимир Каныгин.
Научные сотрудники томографического подразделения ЛЯИМ НГУ считают, что работать с неживыми образцами гораздо проще. Не требуется наркозное сопровождение, введение контрастного вещества и работа анестезиологов, что необходимо при исследованиях животных.
— Образцы помещаются на стол томографа в порядке, определенном археологами: либо в виде отдельных предметов, либо в составе композиции, исследуемой как единое целое. Затем, совместно с археологами, анализируются полученные данные — в основном с целью изучения внутренних структур и выявления изменений, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. В конечном итоге мы предоставляем полный информационный пакет, включая трехмерные реконструкции, созданные нашим оборудованием, — объяснил Владимир Каныгин.
Томографические исследования дают ученым ценную информацию об археологических предметах, получить которую невозможно с применением других методов исследования. Изображение предмета сканируется в трех проекциях. Его можно поворачивать, отдалять, приближать, раскладывать на фрагменты. По физическим параметрам изображения можно определить материал, из которого он изготовлен — камень, кость, или хотя бы максимально приблизиться к ответу.
— В процессе сканирования предметов мы получаем тонкосрезовые изображения на основе рентгеновского исследования и в дальнейшем создаем его реконструкции — как двухмерные, так и трехмерные, — позволяющие увидеть более тонкие внутренние структуры без повреждения образцов. Основываясь на этих данных, мы можем сказать, из каких веществ или их сочетаний состоит та или иная структура, монолитная она или складная, имеется ли клеящий состав, скрепляющий ее части, или они держатся за счет плотности прилегания. Также мы можем достоверно установить форму и размерные параметры пазов составных орудий, рассмотреть внутренние микротрещины и их направление. На основе этих данных археологи смогут установить назначение предмета: бытовое, охотничье, боевое или ритуальное. Можно даже определить, использовалось ли оружие в бою, или сразу после изготовления было утеряно, — объяснила врач-рентгенолог, старший преподаватель Института медицины и медицинских технологий НГУ Любовь Василькив.
Составные вкладышевые орудия, по мнению ученых, считаются универсальными потому, что не их владельцу, отправляясь на охоту или в бой, не надо было носить с собой сразу несколько монолитных каменных орудий аналогичного назначения с расчетом, что произойдет их поломка. Вместо этого он мог носить с собой множество небольших по размеру и легких заостренных сменных каменных пластин, по мере необходимости быстро отремонтировать орудие, заменив сломанные вкладыши новыми.
— Орудия со сменными элементами -вкладышами давали древним людям больше мобильности. Такие орудия были удобнее в использовании, чем просто каменные ножи или наконечники. В рамках проекта мы по-новому смотрим на составные орудия. С помощью томографических снимков мы сможем заглянуть "во внутрь" предмета: точно определить форму паза и проследить ее изменения по всей длине, а также измерить, например, глубину пазов или углы схождения бортов. Эти данные помогут нам определить, как и каким орудием мог быть прорезан паз. Кроме того, мы планируем сделать реплики подобных орудий и попробовать смоделировать разные варианты их использования. А затем сравнить КТ-снимки экспериментальных и археологических орудий: какие микроповреждения возникают и от какого действия. Использование новых, цифровых методов позволяет получить новую информацию о том, как орудие изготавливалось и как использовалось, — рассказала Екатерина Бочарова.
Для исследований ученые сформировали выборку из композитных орудий позднеплейстоценовых-начальноголоценовых индустрий Восточной Сибири с нескольких стоянок: Казачка, Усть-Кеуль, Усть-Едарма (Северная Ангана), Усть-Кяхты-3 (Забайкалье). Для сопоставления будут исследованы композитные орудия из раннеголоценового комплекса стоянки Каминная (Алтай), стоянки Черноозерье (Западная Сибирь), памятники Горбуновского торфянника (Среднее Зауралье), а также материалы из фондов музеев.
— Применение компьютерной томографии в археологии в Сибири пока не получило широкого распространения, что открывает большие возможности для технологического поиска. Поскольку исследуются неживые объекты, здесь можно разрабатывать новые томографические подходы, тестировать различные режимы сканирования и использовать опции прибора, которые редко применяются в медицинских исследованиях. Как показала практика, ряд доступных режимов томографа позволяет проводить подобные исследования с технической новизной, что делает их особенно ценными для археологической науки, — сказал Владимир Каныгин.
