Ковнурко Г.М. К изучению свойств кремня

К содержанию 92-го выпуска Кратких сообщений Института археологии

Среди множества естественных минеральных образований, обработанных рукой человека, в большинстве археологических памятников чаще других встречается кремень, который сравнительно легко поддается обработке. Неравномерность в распределении на земной поверхности залежей этого удачно сочетающего механические свойства камня послужила причиной того, что, начиная с верхнего палеолита, он стал предметом обмена. Пути и размеры обмена, часто важно выяснить для познания взаимосвязей между различными культурами во времени и в пространстве.

В последние годы при идентификации одновозрастных кремневых изделий успешно используются не только данные, полученные в результате изучения типологии предметов, но и сведения о естественных местонахождениях кремня, знание состава, структуры и, следовательно, свойств этого камня. Действительно, пути обмена сходятся у места добычи сырья, обладающего иногда какими-либо отличительными признаками. Установить эти отличительные признаки материала в готовых изделиях — значит высказать предположение о месте их производства. Эти предположения затем следует подтвердить результатами изучения техники обработки камня.

Источниками необработанного материала для первобытного человека часто служили аллювиальные и ледниковые отложения, содержащие кремень. В первичном залегании (т. е. в горных породах дочетвертичного возраста) он встречается в виде желваков, линз и прослоев среди осадочных пород главным образом карбонатного состава — в известняках, реже в доломитах.

Формы и размеры выделений кремня разнообразны и непостоянны. Желваки, которые в обнажении можно наблюдать в виде цепочек, ориентированных параллельно слоистости известняка, обычно неправильных очертаний, отдельные элементы которых повторяются в стяжении одной цепочки. Размеры желваков колеблются в пределах от нескольких сантиметров до 1—1,5 м. Линзы и прослои отличаются более устойчивыми формами и крупными размерами. Вопросу происхождения кремня и причинам разнообразия его выделений посвящено большое количество специальной геологической литературы ¹, что освобождает нас от необходимости на этом останавливаться.

В истории земной коры можно выделить периоды интенсивного отложения кремнезема и образования кремня. На территории Европейской части СССР, например, большое количество кремня содержат горные породы доманиковой фации, отложения каменноугольного и верхнемелового времени, но можно встретить его и в горных породах другого возраста. Схема распространенности кремня усложнена в четвертичное время.

Важно, что отсутствуют какие-либо отличительные черты, общие для кремня того или иного возраста, за исключением остатков фауны, о которых будет сказано ниже. Не обладает такими свойствами и так называемый «меловой» кремень ².

Объяснение механических свойств кремня следует искать в особенностях состава и структуры. Кремень — минеральное образование, сложенное халцедоном, опалом и кварцем. Обычен халцедоновый состав с небольшой примесью опала или кварца. Размеры отдельных минеральных частиц, плотно прилегающих одна к другой, изменяются от 0,001 мм до 0,1 мм, причем эти изменения могут быть в пределах одного стяжения. Встречаются равномернозернистые разновидности. Чем меньше размер отдельных зерен, чем однороднее они по величине, тем ровнее излом камня, тем удобнее он для обработки.

[adsense]

Малые, часто произвольные колебания структуры однородного по составу кремня, наблюдаемые в шлифах под микроскопом, затрудняют идентификацию образцов. Однородность нарушается в некоторых случаях следами жизни организмов, существовавших в момент образования известняка, в котором залегают конкреции, и теперь заключенных в кремень. Они обычно микроскопических размеров и присутствуют в непостоянных количествах. Скелеты этих организмов первоначально были сложены кальцитом или опалом, но во многих случаях процессы замещения и перекристаллизации изменили состав остатков и стерли диагностические признаки.

Геологи исследуют минеральный состав, структуру, микрофауну и химический состав осадочных горных пород. Используя спектральный метод анализа, можно обнаружить в составе кремня Ті, Al, Fe, Мп и некоторые другие химические элементы. Они входят в состав минералов примесей, количество которых редко превышает 5%. Второстепенные минералы представлены кальцитом, силикатами со слоистой структурой (глинистыми и слюдистыми минералами), сульфидами железа и т. п. Зерна этих минералов близки по величине зернам халцедона и в виду малых размеров с трудом определяются под микроскопом. Кроме того, гидроокислы железа в аморфном состоянии тонкой пленкой обволакивают кристаллы халцедона, а иногда присутствует органическое вещество. Некоторые из этих примесей окрашивают кремень в тот или иной цвет; особенности окраски зависят от количества примесей и структуры кремня.

Замечено, что второстепенные минералы менее устойчивы по отношению к агентам выветривания по сравнению с халцедоном. Следовательно, грунтовые воды, действию которых подвергается свежесколотая поверхность кремня, находящегося в почве, разрушает в первую очередь примеси. Процессы окисления, гидратации и выщелачивания приводят к увеличению пористости поверхностного слоя и изменению его цвета. Образуется слой патины. Толщина последнего увеличивается со временем по мере проникновения растворов между минеральными частицами. Следовательно, измерив толщину латинизированного слоя кремня и определив скорость патинизации, можно вычислить дату захоронения орудия и практически дату его изготовления.

Толщина слоя измеряется под микроскопом в шлифе, плоскость которого ориентирована перпендикулярно патинизированной поверхности.

Скорость патинизации определяется при измерении толщины латинизированного слоя кремня, время обработки которого установлено каким- либо другим методом археологической датировки (главным образом радиоуглеродным). Однако разработка методики вычисления скорости патинизации и, в конечном счете, методики определения возраста орудий требует знания факторов, определяющих эту скорость. Если влияние каждого из факторов, от которых зависит скорость гидратации обсидиана, достаточно хорошо изучено ³, то исследование процесса патинизации кремня лишь начинается. Американские ученые Хэрст и Келли ⁴ считают, что скорость патинизации кремня зависит от следующих факторов: 1) структуры и микротекстуры кремня, 2) его пористости, 3) качества, количества и характера распределения в кремне примесей, 4) окружающей среды — температуры и химии растворов.

Добавим, что большую помощь в разработке методики датировки предметов из кремня по данным измерения толщины латинизированного слоя может оказать эксперимент, в особенности при определении влияния на скорость патинизации температуры окружающей среды и химии растворов. Уже опубликованы сведения о возможности получения патины в лабораторных условиях ⁵.

В заключение отметим, что в настоящее время использование методов исследования кремня, основанных на знании его свойств, возможно в двух направлениях.

1. Идентификация орудий, материалом для которых послужил кремень, с целью выяснения путей обмена полуфабрикатами и готовыми орудиями в каменном веке.

2. Разработка и использование методов определения времени изготовления орудий по результатам измерений толщины патизированного слоя.

По-видимому, идентификация кремневых орудий возможна с использованием не одного, а нескольких методов естественных наук, среди которых немаловажное значение получит исследование содержания в кремне малых элементов с помощью спектрального анализа. Подобная работа даст наиболее эффективные результаты, когда предметом изучения будет продукция крупных разработок сырья и мастерских. С использованием результатов изучения особенностей технологии обработки камня работа по идентификации орудий труда с применением методов естественных наук дополнит и обогатит типологический метод.

Разработка методики абсолютной датировки кремневых орудий возможна лишь при сочетании полевых наблюдений, петрографических исследований и эксперимента с целью выяснения влияния каждой из особенностей структуры, состава кремня и внешних условий на скорость его патинизации.

К содержанию 92-го выпуска Кратких сообщений Института археологии