Минералогия (стр. 3 )

Минералогия в археологии — изучение искусственных
(техногенных) материалов

РУДН, Москва, Россия, *****@***msu. ru

Kazdym A. A. Mineralogy in archeology — the study of artificial (technogenical) materials (PFUR, Moscow, Russia). Mineralogy in archeology is necessary for studying artifacts. The purpose of the study is for use minerals and rocks. Mineralogy is also used in the research of artificial (technogenical) materials – ceramics, slag’s, and as well as in the rescach of components of cultural layer.

Минералогические исследования в археологии — достаточно давнее направление. Минералогия необходима при изучении различных археологических находок — каменных орудий, различных горных пород и минералов (полудрагоценных и драгоценных камней, минеральных красок) из поселений и захоронений. Целью изучения является применение минералов и горных пород в быту или в ритуальных целях, установление местных и привозных материалов [3].

Минералогические методы в исследованиях различных искусственных (техногенных) материалов — керамики, металлургических шлаков, различных искусственных образований (“зольников”, кострищ и пр.), а также минералогических особенностей культурного слоя [1,6], применяются в меньшей степени.

Исследование керамических изделий (фрагментов сосудов, пряслиц, украшений), их минералогических и петрографических характеристик позволяет установить использование сырьевой базы, определить некоторые технологические процессы (температуру обжига изделий, применение различных добавок), отделить (по небольшим фрагментам) местную и привозную керамику, в отдельных случаях точно установить место изготовления [2, 4, 5].

Исследование минералогии и петрографии шлаков, а также различных металлических изделий, позволяет восстановить технологические процессы, определить сырьевую базу.

Отдельным вопросом исследования является изучение минералогических характеристик техногенных образований (культурных слоев), а также некоторых крупных искусственных образований (зольников, прокалов, кострищ).

Нами были проведены исследования весьма специфических образований — “зольников” (по археологической терминологии), характерных для эпохи бронзового и раннего железного века лесостепей и степей Предуралья, Урала, Зауралья, Казахстана. Исследовались минералогические и петрографические характеристики “зольников” Павлинова городища эпохи раннего железного века (Курганская обл.).

“Зольники” представляют собой сцементированные образования мощностью до 20 см, большей частью неправильной формы, площадью 1,5 кв. метра, серого и темно-серого цвета. Они состоят из отдельностей неправильной формы, часто плитчатой текстуры, пористые, с включениями углей, обожженной кости, реже керамики. Плотность различна, но легко режутся ножом, отдельные агрегаты часто рыхлые, слабосцементированные. По внешнему виду напоминают строительный известковый раствор или цемент.

Исследования с применением рентгенофазового анализа (ДРОН–3М) и ИК-спектрометрии (ИКС–19) показали наличие кальцита (CaCO3), апатита (Ca5(PO4)3(ОН)), бассанита (CaSO4×0,5H2О). Также применялись исследования с применением методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ AMRAY).

Основные исследования проводились в прозрачных шлифах с применением поляризационных микроскопов ПОЛАМ С–111 и ПОЛАМ С–211. Исследования показали, что “зольники” состоят из карбоната кальция (микрокристаллического или пелитоморфного кальцита), и кости. Количество кальцита (СаСО3) около 70–80% от площади шлифа. Кость сильно разрушена, со следами растворения, и в большинстве случаев замещена кальцитом, т. е. имеет место процесс карбонатизации кости, путем замещения фосфата кальция карбонатом кальция. Отмечены включения органического вещества (угля и древесины), которые часто также карбонатизированные.

Возникновение подобного рода техногенных образований связано с бытовым или ритуальным складированием золы из очагов или костров в специальных ямах. С течением времени зола (поташ, К2СО3), подвергалась размыву и растворению, из нее удалялся калий, который замещался кальцием. Калий является биофильным элементом, легко и быстро усваивается растениями. В условиях недостаточного промывного режима лесостепей и щелочной среды (поташ при взаимодействии с водой образует слабый раствор КОН), происходила аккумуляция карбоната кальция. Кальцит поступал из почвенных и грунтовых вод в виде растворов. Нижние почвенные горизонты содержат включения карбонатных конкреций (“журавчиков”), также карбонатные конкреции и гипсовые щетки характерны для нижезалегающих третичных отложений (кустанайская свита миоцена, N1). Апатит, вероятнее карбонат-апатит, является составной частью костей (кость состоит из карбонатгидроксил апатита). Наличие бассанита (СаSO4×0,5H2О) связано c дегидратацией гипса при температурном воздействии.

Вероятно, “зольники” представляли собой зольно-костные ямы ритуального или бытового назначения.

Автор выражает благодарность научному руководителю Зауральской Археологической экспедиции д. и.н., профессору Н и начальнику Зауральской археологической экспедиции н. с. ИИиА Уо РАН за возможность участия в полевых работах и помощь в сборе материала.

Литература: 1. Петрографо-минералогический метод изучения культурного слоя // Тезисы докладов XV Уральского Археологического Совещания. Оренбург, 2001. С. 22–23. 2.  Исследование петрографических характеристик керамики Лисаковского поселения эпохи поздней бронзы (Верхнее Притоболье, Северный Казахстан) // Тезисы докладов XV Уральского Археологического Совещания. Оренбург, 2001. С. 75–76. 3. , Использование в бытовых и ритуальных целях местных горных пород жителями Лисаковского поселения // Тезисы докладов XIV Уральского Археологического Совещания, Челябинск, 1999. С.80–81. 4. , , А. Петрографическое исследование древней керамики – искусственного алюмосиликатного материала. // В сб.: Минералогия техногенеза–2002. Миасс, 2002. 5. ,и др. Минералогия керамики древней Барабы // Новосибирск. 1995. 126с. 6. Shoba S., е.а. Micromorphology of dark layers formed in Mesolihhic and Medieval settlemens in Northern Russia // Programme and Abstracts International Working Meeting on Micropedology, Ghent, Belgium, 2001. S. 83.

Современное состояние минералогических исследований
и взгляд в будущее

Синьцзянский университет, Урумчи, КНР

Минералогия является одной из основных дисциплин в науках о Земле. Современная минералогия базируется на последних достижениях физики и химии и использует разные передовые методы и технику. Объекты минералогии переместились с макро - до микромира и даже до ультра микромирного уровня (наноминералогия). В то же время глубокие исследования в минералогии открыли широкие перспективы для создания новых материалов, которые необходимы в различных областях науки, техники и промышленности.

Основные направления теоретических исследований в минералогии на современном этапе включают: исследования по теории химической связи (теории кристаллического поля, теории молекулярных орбиталей и т. д.). На основе теории кристаллического поля количественно обрабатывают спектры поглощения минералов, выясняют причины их окраски и др. С помощью теории молекулярных орбиталей (МО) исследуют силикаты, многочисленные кислородные соединения, простые сульфиды и оксиды и другие минералы. Исследования модулярных структур (Modulated Structures), квазикристаллов начали проводиться с 80–х годов прошлого века. Установлены отклонения кристаллических структур природных минералов от идеальных структур, а эти отклонения могут предоставить важную информацию об условиях возникновения минералов. Исследование поверхностей минералов и межфазовых границ. Это направление весьма важно и актуально для изучения адсорбции, химических реакций, отложения вещества, катализации и загрязнения поверхностей минералов. Физика минералов, используя достижения физики твердого тела и квантовой химии и новые техники физической химии, изучает минералы и решает проблемы по структуре, физике, химии и генезису минерала. Генетическая минералогия — один из самостоятельных и важнейших разделов современной минералогии, которая изучает генезис минералов и их использование в решении проблем петрогенезиса и условий формирования месторождений. В работах по разведке и поискам полезных ископаемых, генетическая минералогия используется для разработки поисково-разведочных критериев полезных ископаемых. В последнее время генетическая минералогия получила значительное развитие и широко используется в глубинной геологии, разведке твердых полезных ископаемых и нефти, минералогическом материаловедении и геммологии и т. д. Кроме того, выявление новых типоморфных особенностей минеральных парагенезисов стимулирует работу по поискам месторождений полезных ископаемых; отметим также, что генетическая минералогия используется и в стратиграфии и в настоящее время формируется новое направление в минералогии — минералогическая стратиграфия. Включения в минералах. В последнее время во всем мире особое внимание уделяется исследованию расплавных включений в магматических породах. На основе этих данных решаются проблемы петрологии, тектоники, магматизма, метаморфизма, а также другие геологические проблемы, связанные с перемещениями вещества в мантии. Включения в минералах широко используются также для разработки общей теории метаморфизма. Минеральная термобарометрия. Хотя минеральная термобарометрия и является одним из наиболее молодых направлений в минералогии, в последнее время она претерпевает бурное развитие. Полученные в этой области теоретические обобщения и экспериментальные данные позволяют решать многие актуальные проблемы современной геологии.

Прикладная минералогия изучает физико-химические и технологические свойства минералов и решает задачи практического использования минералогических знаний. В последнее время содержание прикладной минералогии, главным образом, проявляется в следующих 4 аспектах: (а) техническая минералогия и минералогическое материаловедение. Техническая минералогия — это обширная, не имеющая определённых границ, область прикладной минералогии. К ней можно отнести исследования исходных веществ, которые превращают в технические минералы, и новые виды минералов, которые еще не имеют применения; использование новых свойств минералов; исследования микромира минералов и их необычных свойств; открытие новых видов минеральных ресурсов. В минералогическом материаловедении получили широкое развитие исследования неметаллических минералов и их использования в различных отраслях промышленности, включая строительные, химико-промышленные, металлургические, машиностроительные, нефтебуровые материалы и т. д. (б) технологическая минералогия занимается изучением металлургических и обогатительных технологий, разработкой разных видов обогатительных технологий железных, фосфорных, хромистых и полиметаллических руд. Стремительное развитие получили методы обогащения и извлечения трудно обогатимых ценных металлов. (в) экологическая минералогия, биоминералогия и медицинская минералогия. Эти направления относятся к экологии, биологии и медицине. Сейчас проблемы взаимодействия окружающей среды, людей и животных являются весьма актуальными; исследования в этих направлениях только начинаются, но уже стали весьма важными. (г) исследование нано и микроминералов. Если размер частиц минерала составляет нанометры, то его химические, физические и технологические свойства претерпевают существенные изменения, что имеет широкие перспективы для разработки различных материалов, технологических схем и т. д.