Абиотические факторы воздействия на сохранность археологического дерева и текстиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание могильника Байдала Кенжекольского района

2. Абиотические факторы воздействия на сохранность археологического дерева и текстиля

2.1 Влияние характеристик среды на сохранность артефактов

2.2 Влияние физико-химических свойств почв на сохранность археологического материала

2.3 Влияние климатических факторов на сохранность или деградацию археологического материала

3. Влияние биотических факторов на сохранность археологического текстиля и археологического дерева

3.1 Бактерии

3.2 Грибы

4. Материалы и методы исследования

5. Изучение влияния абиотических факторов среды Кенжекольского района на сохранность органических артефактов, найденных в могильнике Байдала

5.1 Изучение почвенных проб, взятых из курганного могильника Байдала Кенжекольского района

5.2 Определение взаимосвязи количества осадков и температурного режима местности и их влияния на сохранность органического материала

6. Определение колоний бактерий и грибов участвующих в биодеградации археологического материала

Заключение

Список использованных источников

Введение

Археологические материалы можно разделить на две большие группы: органические (дерево, текстиль, кости, кожа) и неорганические (металл, керамика, стекло). В большинстве археологических памятников в основном сохраняются неорганические, но иногда исследователи находят чрезвычайно информативные органические материалы.

Такой разнице способствуют условия окружающей среды - одни благоволят сохранению артефакта, другие же разрушают его быстрее, чем надо.

Факторы воздействия на деструкцию органического материала можно сравнить с экологическими факторами, воздействующими на организмы.

Абиотическими факторами в таком случае являются условия сложившейся природной среды, в которой находится артефакт (климатические условия, физико-химические свойства почвы). Биотическим фактором может выступать деятельность сапрофитов и других организмов. А вот к антропогенному фактору будет относится работа самих археологов и реставраторов. От правильного проведения археологических раскопок и транспортировки материалов будет зависеть степень их сохранности.

Однако, помимо того, что происходит бурное разрушение материала в его культурной среде, во время раскопок ситуация усугубляется. При извлечении из земли, т.е. из привычной среды, предмет вновь начинает разрушаться и притом гораздо быстрее, чем прежде.

Оказавшись в атмосферных условиях, предмет активно взаимодействует с кислородом воздуха и испытывает резкие температурно-влажностные колебания. Например, археологические ткани сразу после раскрытия раскопа бывают пластичными, однако деструктированные волокна не удерживают влагу, очень быстро пересыхают, делаются хрупкими, ломаются или рассыпаются. Окрашенные ткани могут на глазах терять цвет [1, c. 24]. Именно поэтому в археологии актуальным остается вопрос об обеспечении сохранности археологического материала.

Актуальность темы. Почему же вопрос сохранения артефактов стоит ребром? Одной из важнейших причин является ценная информация, которую может дать найденный артефакт не только археологам и историкам, но и другим ученым, включая экологов.

Так благодаря микробиоморфному анализу археологических объектов (анализ микроскопических частиц биогенной природы: фитолиты, пыльца и споры, панцири диатомовых водорослей, спикулы губок и т.д.) возможно проведение реконструкции экологических условий на их территории, трансформации растительности, палеоклиматических характеристик и т.д.

Благодаря таким находкам можно проследить динамику изменения климатических условий, сопоставить данные исследования с современными, сравнить их и сделать прогноз на будущее.

Еще одной немаловажной причиной является установление новых связей между биосферой и человеком на разных временных отрезках, а также прослеживание динамики влияния антропогенного фактора на глобальную экосистему мира (начиная с интродукции, заканчивая развитием разного рода промыслов).

Цель курсового проекта: подробное изучение биотических и абиотических условий среды, воздействующих на сохранность органического археологического текстиля и дерева, найденных в курганном могильнике Байдала 1.

Задачи:

1) изучение и анализ химических и физических свойств почв могильника и их влияние на сохранность артефактов;

2) определение колоний бактерий и грибов участвующих в биодеградации археологического материала;

3) выявление взаимосвязей между абиотическими факторами среды и целлюлозолитической деятельностью микроорганизмов;

4) определение степени деградации археологической ткани и дерева в зависимости от абиотических и биотических условий среды.

В дальнейшем в этой работе мной будут изучены микрофрагменты ткани и часть деревянной конструкции, найденные в курганах могильника Байдала 1 Кенжекольского района, на основании которых я смогу провести исследование и сделать выводы по теме моего курсового проекта.

Практическая значимость. На основе результатов данного исследования можно будет выделить конкретные условия окружающей среды, влияющие как на деградацию органического материала, так и на его сохранность, и в дальнейшем выработать методы сохранения археологических артефактов и их составляющих для более детального анализа и выявления ценной информации, которая может помочь многим ученым и исследователям в нахождении ответов.

1. Описание могильника Байдала Кенжекольского района

Курганный могильник Байдала 1 расположен на верхней надпойменной террасе правого берега реки Иртыш в Кенжекольском сельском округе сельской зоны г. Павлодар. Археологический памятник обследован и документирован отрядом Института археологии им. А.Х. Маргулана и Павлодарского педагогического университета в 2014 г. (руководитель отряда Смагулов Т.Н.). В настоящее время могильник Байдала 1 состоит из 15 курганов с земляной насыпью, вытянутых неправильной цепочкой в направлении север-юг параллельно течению реки Иртыш (рисунок 1, 2).

Рисунок 1 - Обзорный аэрофотоснимок могильника

Рисунок 2 - Охранная зона могильника с траншеей

Во всех курганных группах были обнаружены погребения кимако-кыпчакского времени (XI-XIII вв.), что и позволило объединить курганы на участке между Кенжеколем и с. Долгое в один курганный некрополь - Байдала.

В 2021 г. на некрополе Байдала (курганная группа Байдала 1) организованы и проведены раскопки на шести курганах (№ 10-15) оказавшихся в зоне строительства водопровода. В ходе раскопочных работ обнаружены остатки погребальных сооружений из сырцового кирпича, захоронения человека в сопровождении лошади, предметы вооружения, остатки одежды и посуды.

Как упоминалось выше, могильник Байдала состоит из 15 курганов, однако более подробно в своей работе я бы хотела рассмотреть курганы № 14 и № 15, так как именно в них были найдены образцы археологической ткани и археологического дерева, которые в дальнейшем будут использованы в моих исследованиях.

Курган 14. Координаты - 52°09.418»N, 077°03.261»E. Насыпь сильно уплощена и задернована травянистым покровом. Через географический центр насыпи кургана по оси север-юг оставлен стратиграфический профиль, шириной 0,6 м (рисунок 3).

Рисунок 3 - Стратиграфический профиль кургана №14

Стратиграфический разрез насыпи имеет классическую структуру для курганов со рвом: верхний слой состоит из гумусированной супесчаной почвы со слабым травянистым покровом толщиной от 2 до 5 см, под ним расположены слои разного рода супеси. На стыке материкового слоя и курганной насыпи по краям стратиграфического разреза расположены линзы заполнения рва из однородной черной пылеватой супеси.

Вдоль северной продольной стенки при вскрытии была найдена деревянная конструкция, которую в дальнейшем извлекли грунтовым блоком в виду возможности нахождения под ней погребения.

Курган 15. Координаты - 52°09.609»N, 077°03.313»E. Курган расположен в конце цепочки крупных курганов, между лесополосой и строящимся домом. В центре насыпи имеется западина - следы древнего ограбления. При раскопках кургана были найдены два не полных скелета человека (взрослый и подросток), на чьих костях были найдены микрофрагменты ткани.

2. Абиотические факторы воздействия на сохранность археологического дерева и текстиля

2.1 Влияние характеристик среды на сохранность артефактов

Рассматривая каждый абиотический и биотический фактор по отдельности, мы многое сможем сказать о их разной степени влиянии на сохранность археологического материала (будь то кислотность или биогенные свойства почвы), однако прежде всего важно помнить, что окружающая среда - это набор взаимодействующих друг с другом факторов, которые создают единую слаженную систему, и уже работая вместе, взаимодополняя друг друга, они будут оказывать совершенно другое влияние на артефакт, нежели по отдельности. Именно поэтому в археологии выделяют четыре вида среды нахождения археологического материала, имеющих свои особенности.

2.1.1 Заболоченные почвы (влажная среда)

Условия торфяных болот особенно хороши для сохранения дерева или растительных остатков. Чрезмерно увлажненные почвы отличаются бесконечным многообразием, каждый тип таких земель формировался посредством уникального процесса отложения осадков, и они сохраняют чрезвычайно разнообразный археологический материал. Такие почвы были хорошо защищены от разрушительных действий животных и людей и от мощных естественных процессов, которым подвергаются более открытые местности [2, c. 129].

Примером сохраненного памятника на такой территории является Городище Бозок, находящийся на восточном берегу озера Бузукты, в черте города Нур-Султан, на территории Есильского района. Это памятник средневековья, который относится к X-XII веку нашей эры. Именно тот факт, что руины городища располагались среди болот, спасло его от уничтожения в годы целины.

2.1.2 Сухая среда

Очень сухие условия, как, например, на американском юго-западе или в долине Нила, даже более благоприятны для сохранности артефактов, чем торфяные болота [2, c. 130]. Такая среда характеризуется хорошей влагопроницаемостью и воздухопроницаемостью грунта, стабильным температурно-влажностным режимом как на уровне современной дневной поверхности, так и внутри самой этой среды.

Одним из самых известных примеров сохранение памятника в сухой среде является гробница Тутанхамона (приблизительно 1323 год до н. э.). Благодаря определенным условиям среды, все вещи, найденные в гробнице, остались точно в том состоянии, в котором их оставили присутствовавшие люди на похоронах царя [2, c. 130].

2.1.3 Чрезвычайно холодные условия среды (мерзлая среда)

Благодаря сочетанию сухого ветра и чрезвычайного холода на арктических памятниках также превосходно сохраняются остатки прошлого. Приполярные районы Сибири и Америки являются гигантскими холодильниками, в которых процесс разрушения останавливается на тысячи лет [2, c. 131].

Известным так же является феномен «подкурганной мерзлоты», которая образуется в следствии попадания осадков внутрь погребальных камер и их замерзания благодаря особенностям климатических условий территорий, на которых были найдены памятники с подобным явлением. Несмотря на хорошее сохранение артефактов в такой среде, изучение объектов, скованных мерзлотой, привело археологов к необходимости выработки новых, не применяющихся в обычных условиях, методов расчистки и фиксации погребений [3, c. 202]. Одним из примеров можно привести алтайские курганы на востоке Казахстана, относящиеся к пазырыкской культуре [4, c. 33].

абиотический сохранность археологический

2.1.4 Мокрая среда

Мокрая среда предполагает изначальное превалирование влаги в естественном окружении археологического артефакта с учетом анаэробности такой среды. Сама по себе мокрая среда довольно-таки неплохо сохраняет археологическую находку. Мы можем видеть это на примере затонувшего корабля «Мария Роза» английского короля Генриха VIII, находка которого дала бесценную информацию о конструкции и вооружении кораблей времен Тюдоров, также как и скелеты стрелков, их оружие, различные повседневные предметы [2, c. 133].

Однако основная проблема заключается в изъятие предмета из этой среды без ущерба артефакту. Дело в том, что, к примеру, водонасыщенная древесина сохраняет свою форму до тех пор, пока остается мокрой. При нахождении древесины на открытом воздухе избыток воды испаряется и возникшие силы поверхностного натяжения ослабляют стенки клеток, вызывая деформации и трещины в древесине [5, c. 67]. Поэтому при нахождении археологических материалов в мокрой среде, важно предпринять правильные меры консервации предмета.

2.2 Влияние физико-химических свойств почв на сохранность археологического материала

Растительные волокна (лён, хлопок, конопля и другие) содержат целлюлозу и разрушаются в земле очень быстро, практически бесследно исчезая [1, c. 25].

Множество зарубежных ученых в своих исследованиях выделяли ряд свойств почвы, которые оказались наиболее тесно связаны с разложение целлюлозы:

- целлюлозолитическая способность почвы;

- температура;

- увлажнение;

- аэрация почвы;

- общее содержание органического вещества, песка, ила, глины;

- Ph почвы;

- содержание доступного фосфора (P);

- содержание извлекаемого калия (K) и кальция (Сa);

- общее количество азота (N);

- наличие в почве примесей тяжелых металлов, солей и других элементов, которые создают агрессивную разрушающую среду для артефакта [6, c. 68; 7, c. 23].

Стоит помнить о том, что на разные виды тканей физические и химические свойства почв влияют по-разному (время разложения и степень деградации тканей значительно варьируются в зависимости от типа почв).

Археологические ткани, состоящие из материалов животного происхождения (шелк, шерсть), будут более устойчивыми к условиям среды, однако на деградацию их будут влиять практически те же физико-химические свойства почвы.

К примеру, шерсть и шёлк подвержены старению, обусловленному деструкцией волокон, однако этот процесс может ускоряться или замедляться в зависимости от влажности почвы и степени проникновения к тканям воздуха, а также из-за соприкосновения с предметами из металлов со следами коррозии, которые создают окислительно-восстановительную среду и ускоряют разрушение волокон. Красители тканей также химически взаимодействуют с окислами металлов и изменяются. Нити шёлка, например, очень активно взаимодействуют с соединениями железа [1, c. 25].

Э. Пикок в 1996 году провела несколько экспериментов по изучению влияния разных типов почвы на деградацию археологического текстиля. Современные неокрашенные текстильные ткани из натуральных волокон были экспериментально биодеградированы. Для образцов были взяты разные виды тканей: небеленый лен (Linum usitatissimum L.), отбеленный хлопок (Gossypium), шелк крепдешин (Bombyx mori) и фланель из камвольной шерсти. Образцы подвергались захоронению в супесчаном суглинке и в торфе. Характеристики исследуемых почв для их сравнения занесены в таблицу 1.

Таблица 1 - Характеристика исследуемых Э. Пикок почв

	Ph почвы	Содержание влаги, %	Влагоудерживающая способность, %	Содержание органического вещества, %
Супесчаный суглинок	6,51 (слабокислая)	31	43	18
Торф	3,65 (сильнокислая)	77	43	95

Образцы, подвергшиеся захоронению, становились тоньше и насыщались водой с увеличением времени нахождения под землей. Захоронение в почве привело к повреждению волокон всех исследованных тканей. Наиболее сильно пострадал лен, за которым следовали хлопок, шерсть и шелк соответственно. Супесчаная почва была более разрушительной, чем торфянистая почва, для ткани и морфологии волокон хлопка (разложился за 8 недель), льна (разложился за 4 недели) и шелка, и менее разрушительной для шерсти (как и шелк разложился за 32 недели).

Основной причиной деградации ткани конечно же служили микроорганизмы (об этом подробнее будет говориться чуть ниже), однако ухудшения качества текстиля так же были вызваны разрушением и денатурацией текстильных волокон под воздействием химического состава почвы [8, c. 49].

Проанализировав эксперимент Пикок, мы можем судить о том, что большее количество влаги в почве благотворно влияет на сохранность археологического материала, введу того, что все поровые пространства материала заполнены водой, а вот Ph среды близкий к нейтральному наоборот - только ухудшает положение (нейтральная среда благотворна для большинства живых организмов, влияющих на деградацию артефакта в почве).

Это так же подтверждается исследованием Хопкинса и других ученых. По их мнению, в почвах с более кислым Ph, при условиях отсутствия почвенных животных и ограниченного количества микробных разложений идет более обильный процесс образования органического вещества, что мы так же можем наблюдать в результатах исследования Пикок [6, c. 69].

Однако, если рассматривать Ph почв как отдельный фактор, можно сказать, что кислотность или щелочность почвы играет ведущую роль для сохранности любого археологического материала: от органики и до металла с керамикой [9, c. 2].

Так, исходя из общехимических свойств органики в целом, можно предположить, что:

а) в щелочной среде лучше будет сохранятся дерево, растительный текстиль и шелк культурный;

б) в кислой среде - шерсть, шелк-туссор и кожа.

Если отдельно рассматривать сохранность древесины и влияния на нее эдафических факторов, в первую очередь можно выделить влагоемкость почвы. Главной чертой почвенной среды является относительно стабильная влажность, что приводит к постоянным процессам гниения дерева из-за скорости развития грибов в таких условиях. Однако, точно так же как в ситуации с археологической тканью, высокий уровень влагоемкости почвы сможет послужить сохранности формы дерева, заполнив влагой его поры, но постепенно разрушая и истончая стенки артефакта.

Еще одним эдафическим фактором, влияющим на археологическое дерево, является аэрация. На глубине более 50 см воздухоемкость почв характеризуется минимальным значением и кислород становится фактором, лимитирующим процесс гниения древесины [10, c. 153]. В анаэробных условиях водонасыщенная древесина претерпевает существенные химические изменения, которые приводят к значительной потере прочности при сохранении общих размеров и формы объекта.

Изменения химического состава и структуры археологической древесины приводят к неизбежному изменению не только ее физических свойств, но и прочностных показателей. Прочность археологической древесины, найденной в раскопах, может уменьшиться в несколько раз, что приведет к ее разрушению даже от своего веса.

2.3 Влияние климатических факторов на сохранность или деградацию археологического материала

Скорость деструкции целлюлозы также зависит от климатических факторов. В первую очередь рассмотрим температурный режим. М. Древнек в 2006 году провел исследование о влиянии климатических условий на разрушение целлюлозы и установил, что скорость органического соединения, разлагающейся в течение года, зависит от среднегодовой температуры в данной точке [6, c. 70]. Наблюдения показывают, что при средней температуре ниже 5 °С в почве практически перестает накапливаться углекислый газ, т. Е. приостанавливается распад органических соединений, что еще раз дает нам понять, что при отрицательной температуре археологический текстиль и дерево будут сохраняться намного лучше, чем при положительной.

В пример можно привести криофильные почвы, в которых на определенной глубине залегает постоянный мерзлотный слой, подавляющий активность микроорганизмов.

В одной и той же зоне температурный режим почвы зависит также от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, от характера растительности и т. Д. [11, c. 305].

Суюндуков и другие исследовали взаимосвязь интенсивности целлюлозоразрушения в почве с погодно-климатическими условиями. Изменения погодно-климатических условий определенным образом отражались на тепловом, водно-воздушном режиме почвы и ее биологической активности. Проведя опыт с льняной тканью, ученые определили, что начальный период вегетации из-за недостатка влаги замедлял распад текстиля, однако после выпадения осадков этот процесс резко усиливался. Скорость убыли льняного полотна была минимальна в июне, максимальна -- в июле. Сопоставление этого показателя с погодно-климатическими условиями привело к заключению о наличии выраженной зависимости целлюлозолитической активности от месячной суммы осадков. Максимальная скорость распада полотна отмечалась в середине лета на фоне оптимальных гидротермических условий [12, c. 13].

Судя по сказанному выше, можно сделать вывод, что именно от температурного режима и количества осадков на земной поверхности зависит скорость разложения целлюлозы.

3. Влияние биотических факторов на сохранность археологического текстиля и археологического дерева

3.1 Бактерии

Живые организмы играют огромную роль в сохранности археологического материала. Разрушение тканей происходит в результате гуминового разложения органических остатков, жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, плесневых грибов, растений, насекомых, земляных грызунов, а также благодаря ферментативной активности почв [1, c. 27]. Почвенные ферменты (корневые выделения высших растений, деятельность микроорганизмов) участвуют при распаде растительных и животных остатков, а также в синтезе гумуса [12, c. 13].

Разнообразие микрофлоры, способной разлагать целлюлозу в почве, позволяет трансформировать это вещество в различных условиях аэрации, в кислой или щелочной среде при низких или высоких влажности и температуре. Для большинства микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, характерна высокая специфичность по отношению к этому веществу [11, c. 310].

Бактерии, расщепляющие целлюлозу, находятся на вершине пищевой трофической цепи. Они гидролизуют полимерный органический субстрат целлюлозы с образованием растворимых органических соединений, которые затем используются аэробными и анаэробными, мезофильными и термофильными бактериальными деструкторами [13, c. 42].

Наиболее всего в почве распространены аэробные целлюлозоразлагающие бактерии, яркими представителями которых является род Cytophaga (пример Spirochaeta cytophaga). Однако такого рода бактерии очень требовательны к условиям среды, обычно они в большом количестве встречаются в навозе и почвах, удобренных навозом. То же свойственно и представителям рода Sporocytophaga, разлагающим целлюлозу. Последние отличаются от видов рода Cytophaga способностью образовывать микроцисты.

В почвах встречаются представители рода Cellulomonas. Это аэробные грамположитсльныс подвижные палочковидные бактерии неправильной формы. Бактерии данного рода участвуют в разложении целлюлозы в аэробных условиях, однако способны и к анаэробному развитию. Встречаются эти микроорганизмы в почвах, богатых минеральными формами азота.

В расщеплении целлюлозы также принимают участие миксобактерии порядка Myxobacteriales, семейств Мухососсасеае (род Myxococcus), Archangiaceae (род Archangium), Sorangiaceae (роды Sorangium и Polyangium). Представители этих родов, по сравнению с Cellulomonas и Cytophaga, широко распространены в почвах разных климатических зон.

К аэробным актиномицетам, разлагающим целлюлозу, относятся представители родов Streptomyces (Streptomyces cellulosae), Streptosporangium, Micromonospora (Micromonospora chalcea) [11, c. 311].

Наиболее активными разрушителями изделий на основе органических веществ являются гнилостные бактерии. Они добывают себе энергию путем окисления органических веществ. Среди них есть спорообразующие и бесспоровые, аэробные и анаэробные. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие виды. Большинство их чувствительно к кислотности среды и повышенному содержанию в ней поваренной соли. К ним относятся некоторые виды Pseudomonas (Р. Fluorescens var. Cellulosae) и Bacilius [14, c. 332].

К большинству представителей анаэробных бактерий, разлагающих целлюлозу, относят семейство Bacillaceae, род Clostridium. Эти виды обитают в почвах, компосте, навозе и речном иле. Клостридии устойчивы к кислотности и распространены не только в нейтральных, но и кислых почвах.

Мезофильные (Clostridium omelianskii) и термофильные (Thermoanaerobacter ethanolicus) анаэробные бактерии хорошо используют целлюлозу, но на обычных средах, содержащих простые сахара, они развиваются слабо, плохо переносят даже незначительно повышенные концентрации сахаров [11, c. 330].

Шерсть и шелк, как уже не раз упоминалось, изготовлены не из растительных материалов, поэтому в их составе отсутствует целлюлоза, однако являясь все той же органикой, текстиль такого рода не плохо повреждается микроорганизмами. Наибольший вклад в биодеструкцию волокон вносят бактерии. Среди них ярким примером является Bacillus subtilis или же Сенная палочка. Это вид грамположительных спорообразующих факультативно аэробных почвенных бактерий.

Судя по исследованию Е. Л. Пехташевой и др. мы можем сказать, что бактерии играют немаловажную роль в сохранении текстиля. В процессе своей жизнедеятельности почвенные микроорганизмы выделяют фермент редуктазу, который способствует изменению цвета ткани, а в дальнейшем нарушению ее пластичности, состареванию и в конечном итоге разрушению [15, c. 149].

3.2 Грибы

Грибы имеют некоторые морфологические, физиологические и генетические особенности, благодаря которым они занимают доминирующее положение среди организмов, вызывающих биоповреждения.

Во-первых, стоит заметить, что грибы широко распространены по всему земному шару, во всех четырех средах обитания.

Во-вторых, большинство грибов обладает высокой энергией размножения. К примеру, сухоспоровые формы (виды Aspergillus, Penicillium и др.) образуют споры, количество которых исчисляется сотнями тысяч и миллионами.

В-третьих, благодаря своим микроскопическим размерам они могут проникать в мельчайшие невидимые глазу трещины и поры.

И в-четвертых, грибы, как и другие микроорганизмы, вырабатывают ферменты способные разрушать и перерабатывать органический материал в два счета.

Наиболее выраженной способностью синтезировать целлюлозолитические ферменты обладают микроскопические грибы родов Alternaria, Trichoderma, Chaetomium, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium и др. Различные виды целлюлозоразрушающих грибов способны расти и продуцировать целлюлозу лишь в определенных температурных пределах, чаще всего при плюс 28-30 °С [14, c. 319]. Из них к аэробным грибам относятся представители родов Fusarium, Chaetomium, а также отдельные виды - Trichoderma viride, Aspergillus fumigatus, Botry'tis cinerea, Rhizoctonia solani, Myrothecium verrucaria. В разрушении целлюлозы участвуют и хитридиомицсты, среди которых много паразитов [11, c. 320].

Сильнейшими агрессивными метаболитами микроорганизмов являются органические кислоты. Они вызывают быструю и глубокую деструкцию органических и неорганических материалов. Биоповреждение материалов и изделий плесневыми грибами происходит также за счет механического разрушения разрастающимся мицелием.

Из культур плесневых грибов удалось выделить более 40 различных органических кислот. Грибы рода Penicillium выделяют главным образом лимонную и глюконовую кислоты, Aspergillus - лимонную, глюконовую и щавелевую, а Mucor - янтарную, фумаровую и щавелевую.

Обычно один и тот же вид гриба способен синтезировать разнообразные родственные кислоты. В зависимости от количества синтезируемых кислот все грибы можно разделить на три группы:

а) выделяющие в среду относительно большое количество органических кислот (например, Aspergillus niger);

б) продуцирующие небольшие количества кислот (большинство видов грибов - Penicillium, Trichoderma);

в) выделяющие в среду ничтожно малые количества кислот (например, Mucor sp., Alternaria tenuis).

Основными деструкторами шерсти царства грибов являются такие виды как Aspergillus sp., Penicillium sp., Cladosporium sp., Ulocladium sp., Alternaria sp. [15, c. 150].

4. Материалы и методы исследования

Для того, чтобы полноценно изучить вопрос о воздействии абиотических и биотических факторов среды на сохранность археологического текстиля и дерева, данные, полученные в ходе работы с теоретическим материалом, следует проверить на практике, исследовав:

а) почвенную среду и ее свойства;

б) климатические факторы среды, способствующие деградации материала;

в) состав микробиоты почв, разрушающую текстиль и дерево.

На данный момент в виду некоторых обстоятельств, мы можем провести только два почвенных анализа, позволяющих подтвердить или же опровергнуть гипотезы, предполагаемые в теоретической части курсовой работы. Это определение кислотности почв с помощью дистиллированной воды и ph-метра и определение органического вещества по методу И. В. Тюрина.

Метод Тюрина основан на окислении органического вещества раствором двухромового калия в серной кислоте и последующем определении трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества, на фотоэлектроколориметре [16, c. 50]. Анализы будут проведены в химической лаборатории в стенах Торайгыров Университета с использованием вышеизложенных реагентов и химического оборудования.

Для изучения климатических факторов среды были использованы эвристические методы анализа и сравнения данных температурного режима за последние несколько лет. Данные были взяты из архивов сайта Gismeteo [17].

С микробиологическим анализом обстояло все намного интереснее. Для проведения такого исследования было отобрано четыре пробы с разных материалов:

а) две пробы почвы с костей взрослого человека, на которых были найдены остатки шелковой ткани из кургана № 15;

б) пробы дерева из грунтового блока, взятого из кургана № 14;

в) проба почвы, в которой были найдены остатки неразложившегося текстиля из кургана № 1.

Для культурной диагностики микробиоты среды использовался один из стационарных методов культивирования микроорганизмов - посев. Для него были подготовлены четыре чашки Петри, питательная среда на основе агара, с добавлением глюкозы и поваренной соли, микробиологическая петля, горелка для обработки петли и поверхностей и дистиллированная вода.

Посев производился методом штриха, после чего чашки с заселенной культурой средой убирались в термостат при температуре плюс 37 °С на 3-4 дня.

В дальнейшем выявленные колонии грибов и бактерий будут зафиксированы на стекле и окрашены по Грамму, а затем рассмотрены под микроскопом и идентифицированы. На данный момент идентификация колоний возможно только посредством органолептического метода.

5. Изучение влияния абиотических факторов среды Кенжекольского района на сохранность органических артефактов, найденных в могильнике Байдала

5.1 Изучение почвенных проб, взятых из курганного могильника Байдала Кенжекольского района

Для того, чтобы более подробно изучить роль почв в влияние абиотических факторов среды на сохранность органического археологического материала, мной были взяты и исследованы две пробы почв с грунтового блока, привезенного в Margulan Centre для подробного изучения деревянной конструкции из кургана № 14.

Если рассматривать подробнее сам блок (рисунок 4), то можно увидеть, что почва неоднородная, присутствуют включения серого цвета.

Рисунок 4 - Места взятия проб с грунтового блока

Проба №1. Окрас почвы светло-серый, даже белесый, что по треугольнику цветов С. А. Захарова дает нам понять, что в составе почв присутствуют такие вещества, как диоксид кремния (Si02). Подобная почва в блоке располагается не повсеместно, мозаично.

На ощупь грунт кажется теплым, слегка пылит, хорошо растирается в ладони, что уже указывает на то, что это супесчаная или песчаная почва.

Частицы почвы не связаны друг с другом, масса грунта обладает сыпучестью.

При рассмотрении почвы под микроскопом, можно сделать вывод, что в ее механическом составе преобладает мелкий песок, средняя величина которого 0,562 мм, глинистые частицы практически отсутствуют. В минеральном составе преобладают окислы, в частности белый и голубой кварц, частицы полевого шпата (рисунок 5).

Рисунок 5 - Минералогический состав пробы № 1

Что касается химических свойств данного включения, Ph его составляет 9.18. Сильнощелочная среда является лимитирующим фактором для большинства микроорганизмов и характеризуется хорошими условиями сохранения дерева, тканей растительного происхождения и культурного шелка.

В дальнейшем в ходе исследования станет известно, что виновником появления такого рода включения был один из представителей грызунов, обитающих в почве, предположительно из семейства Sorcidae (землеройковые), изменивший химический состав данного участка почвы, своими отходами жизнедеятельности.

Проба №2. Окрас почвы - светло-коричневый, что вероятнее всего связано с небольшим содержанием гумуса.

В отличие от первой пробы, на ладони растирается чуть хуже, на ощупь можно понять, что в данной почве наблюдается больше крупных фракций. Образец имеет рассыпчатую структуру.

Рассматривая почву под микроскопом, сразу можно увидеть различия в составе между двумя образцами. В механическом составе этой пробы преобладает крупный и средний песок и отсутствует физическая глина, что указывает на то, что почва является песчаной.

Песчаные почвы обладают хорошей водопроницаемостью и благоприятным воздушным и тепловым режимами. Однако из отрицательных свойств можно выделить низкую влагоемкость и небольшое содержание органического вещества [18, c. 402].

В минеральном составе преобладают разного рода кварц и крупный черный минерал с блеском, похожий на гранит. Помимо этого, мы можем наблюдать белый минерал с еле видимыми золотыми вкраплениями - авантюрин, который является разновидностью кварца, а также частицы полевого шпата и включения в виде растительных остатков (рисунок 6).



Рисунок 6 - Минералогический состав пробы № 2

Ph почвы составляет 6.86. Нейтральная среда является отличным фактором для развития микробиоты и биодеградации органики, особенно если учитывать тот факт, что в песчаных почвах процесс биоразрушения органического вещества происходит намного быстрее, что влияет на содержание в ней гумуса.

Однако благодаря хорошей водопроницаемости и воздухопроницаемости, такая среда является более благоприятной для сохранности артефактов, замедляя разрушение материала. Мы можем наблюдать это на примере дерева, сохранившегося в блоке грунта. Хотя от дерева там остается одно название, так как его состав далеко отличается от первоначального варианта, мы можем четко видеть его форму и положение таким, каким оно было оставлено когда-то в кургане, что уже дает нам не малое количество информации.

Стоит помнить, что на разных участках почва может иметь разные химические и физические показатели, в следствии чего в разных местах одного кургана сохранность археологической органики будет неодинакова.

5.2 Определение взаимосвязи количества осадков и температурного режима местности и их влияния на сохранность органического материала

Для изучения влияния климатических факторов на сохранность археологического материала рассматривалась динамика изменения температуры (рисунок 7) и выпадения осадков (рисунок 8) на территории Кенжекольского района в летний период с 2014 по 2021 год. Данный период времени был выбран не спроста, так как больше всего деградация материала происходит при положительных температурах.

Рисунок 7 - Динамика изменения температурного режима на территории Кенжекольского района в период с 2014 по 2021 год

Температурный режим данного региона за все время характеризуется относительной стабильностью, резких изменений практически не наблюдается, не смотря на резко континентальный климат нашей страны. Средняя температура в летний период составляет плюс 25 °С. Как раз таки такой стабильный температурный режим является залогом сохранности археологического материала.



Рисунок 8 - Динамика изменения количества осадков на территории Кенжекольского района в период с 2014 по 2021 год

Целлюлозаразлагающая способность почвы зависит от оптимальных гидротермальных условий, в том числе от количества осадков. Если сравнивать с температурным режимом, количество осадков непостоянно. Мы можем наблюдать, что в период с 2016 по 2017 год стояла полная засуха по сравнению с прошлыми годами. Однако, как мы видим на графике, Кенжекольский район в принципе отличается засушливым климатом, за 3 месяца летнего сезона осадки могут выпадать в среднем всего 4 дня за весь период, что способствует лучшему сохранению текстиля и дерева.

6. Определение колоний бактерий и грибов участвующих в биодеградации археологического материала

Одним из главных разрушителей органики, на мой взгляд, являются сапрофиты. Для того, чтобы подробно изучить их влияние на деградацию органического материала, мной были отобраны пробы и произведен микробиологический посев, в ходе которого были выделены колонии грибов и бактерий, активно «пожирающих» артефакты.

Несмотря на то, что точно идентифицировать колонии не получилось, в силу нехватки времени и оборудования, по внешнему признаку удалось определить несколько видов микроорганизмов.

Проба № 1. Данная проба была взята с кости предположительно мужчины, на которой оставались микрофрагменты шелковой ткани. После 3-4 дней в термостате, посев пробы № 1 показал наибольшее количество колоний, около 27. В основном это были бактерии разной формы и цвета. Из них удалось идентифицировать белые колонии Bacillus subtilis, которые, как мы выяснили выше, как раз таки хорошо разлагают шелк. Серые колонии, похожие на них, к сожалению, узнать не удалось. Есть возможность, что данный вид «поедал» не текстиль, а именно кость, поэтому его идентификация не увенчалась успехом. Самой маленькой по численности в этой чашке была маленькая желтая колония бактерий овальной формы, предположительно вида Cellulomonas flavigena.

Подождав еще пару дней, на чашке выросли небольшие колонии микромицетов. Из них удалось идентифицировать только один вид - аэробные грибы Rhizoctonia solani, распространившие свои поры в самой середине агара.

Проба № 2. Проба так же была взята с остатков шелка с кости, только предположительно ребенка и после посева данный образец выдал абсолютно другой результат. Во-первых, отсутствовали колонии Bacillus subtilis, единственный кто так же присутствовал - Cellulomonas flavigena, количество их также отличалось от первой пробы в положительную сторону. Во-вторых, появились новые колонии овальной формы, ярко оранжевого, даже красного цвета, вид которой так и не удалось установить без микроскопа, и колония грязно-желтого цвета, похожие на Agrobacterium tumefacien. В-третьих, развилась не маленькая колония грибов вида Alternaria, занявшая весь центр чашки Петри.

Проба № 3. Из всех четырех образцов самая чистая колония. Проба была взята с микрофрагмента древесины из кургана № 14. За 3-4 дня на питательной среде проявился только один вид бактерий, внешне напоминающий Streptosporangium. Однако, еще через неделю все же проявились маленькие колонии оранжево-красноватого цвета, так и не опознанные мной ранее. На мой взгляд, такая чистота пробы связана с тем, что деревянная конструкция хоть и находилась в блоке, непосредственно со своей средой обитания, но уже долгое время находилась в изоляции от других факторов, к примеру как температура, влажность, свет - в боксе, где стоит блок всегда поддерживались примерно одинаковые условия среды, что могло отрицательно сказаться на других видах бактерий. Естественный отбор оставил только сильнейшего.

Проба № 4. Данная проба была взята с шелковых тканей, найденных в кургане № 1. К сожалению, результаты посева дали неудовлетворительный результат. Явных колоний бактерий и грибов не видно. Единственное проявление - помутнение питательной среды. Скорее всего на данном образце проживал какой-то вид, но без специального оборудования его не определить. Такой результат можно оправдать так же изолированными условиями хранения, где другие колонии просто не могли выжить.

Какой можно сделать вывод? Организмы, питающиеся органическими археологическими материалами, их количество и разнообразие очень зависят от воздействующих на них условий окружающей среды. Мы отчетливо это смогли посмотреть на примерах четырех проб, выращенных в чашках Петри.

Пробы шелка с костей показали наибольшее разнообразие вида и количество колоний. Это говорит о благоприятных условиях их среды обитания, изобилии пищи в виде самих костей. Прослеживается так же взаимосвязь со временем изъятия материалов (курган № 15 был исследован позже всех) и воздействием на него уже условий поверхностной среды, а не только его культурного слоя (кости не были изолированы так, как деревянная конструкция и ткани). Как итог, в отличии от других образцов, от органического текстильного материала остались лишь маленькие фрагменты, остальное было «съедено» бактериями и грибами.

С пробами с дерева обстоит другая ситуация. Не смотря на плачевное состояние деревянной конструкции, ее утраченных физико-химических свойств и пластичности материала, артефакт все равно сохранил свою форму, что говорит о том, что изначально условия среды сдерживали рост сапрофитов, не смотря на ее нейтральный ph, который, наоборот, благоволит росту колоний. Скорее всего этому поспособствовали сухие условия, отсутствие осадков, относительно стабильная температура культурной среды, а в дальнейшем и изолированные условия на поверхности.

С тканями из кургана № 1 та же самая ситуация, что и с деревянной конструкцией: условия сухие, саму ткань нашли не на костях, а в песке, что так же замедляло рост бактерий, ну и время изъятия материалов и содержание его в стерильном боксе тоже сыграло свою роль (раскопки кургана № 1 начались в 2014 году, а раскопки курганов № 10-15 только в 2021). В отличие от двух первых проб, они сохранились намного лучше, на фрагментах проглядывается цвет и даже швы.

Заключение

На сегодняшний день сохранение органического археологического материала является одним из главных вопросов не только в археологии, но и в других науках, в том числе экологии. Ценность той информации, которую можно получить во время изучения артефакта безгранична, ведь многие ученые могут найти ответы на давно интересующие их вопросы в своей сфере, к примеру: «Циклично ли глобальное изменение климата?» или «Какая была связь между человеком и природой 900 лет назад?». Поэтому мной была поставлена цель подробного изучения факторов среды, воздействующих на археологические материалы, дабы понять от чего именно зависит их сохранность. Объектом изучения стали материалы из курганного могильника Байдала Кенжекольского района.

Рассматривая каждый абиотический и биотический фактор по отдельности, мы многое сможем сказать о их разной степени влияния на сохранность археологического материала, будь то кислотность или биогенные свойства почвы. Мной был поставлен ряд задач, которые при их выполнении, помогли составить более полную картину в изучении данного вопроса:

а) изучив и проанализировав пробы почвы с могильника, их химические и физические свойства, мне удалось установить, что песчаные почвы являются благоприятной средой для сохранности артефактов, замедляя их процесс разрушения за счет хорошей водопроницаемости и воздухопроницаемости;

б) взяв несколько образцов для микробиологического посева, мной были выявлены и определены несколько видов колоний бактерий (Bacillus subtilis, Cellulomonas flavigena, Agrobacterium tumefacien, Streptosporangium) и грибов (Rhizoctonia solani, Alternaria), участвующих в биодеградации археологического материала;

в) после анализа почвы и микробиоты кургана, мной была установлена взаимосвязь между двумя этими компонентами, заключающаяся в развитии колоний бактерий и грибов при нейтральном ph среды, оптимальных гидротермальных условиях и наличии дополнительной пищи (на пробе шелка с кости человека, было выявлено наибольшее разнообразие микроорганизмов по сравнению со смывами с фрагмента с деревянной конструкции); после изъятия археологического материала из могильника и его дальнейшего изолирования, наблюдалось угнетение колоний грибов и бактерий или их отсутствие;

г) анализ органического археологического материала в виде микрофрагментов шелковой ткани с кости и деревянной конструкции в блоке показал, что степень их деградации напрямую зависит от условий окружающей их среды: ткань находившаяся на костях, от которой остались лишь маленькие фрагменты, была подвергнута наибольшей биодеградации со стороны микроорганизмов «поедающих» ее, что доказывает микробиологический посев, взятый с данного материала, а деревянная конструкция наоборот, не смотря на ее плачевное состояние, почти полностью сохранила свой внешний вид и была наименее подвергнута биодеградации за счет микроорганизмов, но так же истощалась за счет физико-химических свойств почвы, в которой она находилась.

Исследования еще не закончены, но уже можно увидеть, что связь компонентов среды неразрывна: климатические условия влияют на воздушный, водный и температурный режим почв, что в свою очередь влияет на жизнеспособность сапрофитов, обитающих в ней и играющих главную роль в деградации органического археологического материала.

На примере курганного могильника Байдала мы смогли как раз подробно разглядеть эти связи и понять, какие факторы стали лимитирующими для некоторых компонентов, тем самым сохраняя текстиль и дерево более-менее целым, а какие наоборот были оптимальными, ускоряя процесс их деградации.

Список использованных источников

1 Пилецкая Л. В. Полевая консервация археологических находок (текстиль, металл, стекло): учебно-методическое пособие / Л. В. Пилецкая. - Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2018. - 48 с.

2 Фаган Б. М. Археология. В начале: Техносфера / Б. М. Фаган, К. Р. ДеКорс. - М., 2007. - 320 с.

3 Грач А. Д. Древние кочевники в центре Азии. / А. Д. Грач. - М.: ГРВЛ, 1980. - 256 с.

4 Алтынбекова Д. К. Консервация и реставрация археологического текстиля из потревоженных алтайских курганов раннего железного века / Д. К. Алтынбекова. // Поволжская археология, 2015. - № 1. - С. 31-53.

5 Копейкина М. Л. Современные практические методы консервации мокрого археологического дерева / М. Л Копейкина. // Вопросы подводной археологии, 2020. - № 11. - С. 58-96.

6 Latter P. M. Decomposition of cellulose in relation to soil properties and plant growth / A. F. Harrison, P. M. Latter, D. W. H. Walton // ITE Symposium, 1988. - № 24. - Р. 68-71.

7 Гаврилова В. И. Целлюлозолитическая активность: методы измерения, факторы и эколого-географическая изменчивость / В. И. Гаврилова, М. И. Герасимова. // Вестник Московского университета, 2019. - № 1. - С. 23-26.

8 Peacock E. Biodegradation and characterization of water-degraded archaeological textiles created for conservation research / E. Peacock. // International Biodeterioration & Biodegradation, 1996. - № 38. - Р. 49-59.

9 Крупа Т.Н. Археологический материал органического происхождения: некоторые аспекты прогнозирования его обнаружения / Т. Н. Крупа. // Музей археології та етнографіх Слобідської України: 200 років, 2007. - № 1. - 4 с.

10 Трутько В. В. Абиотические и биологические факторы, влияющие на разрушение древесины в период эксплуатации / В. В. Трутько, И. К. Божелко, В. Б. Снопков. // Труды БГТУ, 2015. - № 2. - С. 152-157.

11 Емцев В. Т. Микробиология: учебник для академического бакалавриата / В. Т. Емцев, Е. Н. Мишустин. - М.: Юрайт, 2018. - 445 с.

12 Суюндуков Я.Т. Влияние погодноклиматическиx условий на скорость разложения целлюлозы в почваx Башкирского Зауралья / Я. Т. Суюндуков, И. Н. Семенова, Г. Р. Ильбулова. // Аграрная наука, 2011. - № 12. - С. 12-13.

13 Жаныш М. Определение интенсивности разложения целлюлозы разных типов почв / М. Жаныш, Ч. Давлетова // Известия вузов Кыргызстана, 2019. - № 1. - С. 41-44.

14 Пехташева Е. Л. Биоповреждения непродовольственных товаров / Е. Л. Пехташева; под ред. проф. А. Н. Неверова. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2019. - 332 с.

15 Пехташева Е. Л. Воздействие микроорганизмов на шерстяные волокна / Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков, О. В. Стоянов. // Вестник Казанского технологического университета, 2012. - № 1. - С. 147-157.

16 ГОСТ 26213-91 - 1. Определение органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО. - М.: Комитета стандартизации и метрологии СССР, 1991. - 7 с.

17 Gismeteo. kz [Электронный ресурс]. - URL: https://www.gismeteo.kz/weather-baydala-327363/ (дата обращения: 17.04.2022).

18 Вальков В. Ф. Почвоведение: учебник для ВУЗов / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников. - М.: Издательский центр «МарТ», 2004. - 491 с.

Размещено на Allbest.ru

...