В течение двух лет коллектив лаборатории Археологического почоведения работает над проектом исследования четырех археологических памятников на территории республики Армения. Предполагалось провести комплексные почвенно-археологические исследования археологических памятников эпохи бронзы и раннего железа, расположенных в различных экосистемах Армении: низменности (поселение и некрополь Мецамор), предгорья (поселения и некрополи Сотка и Артаниша) и высокогорья (святилище Кармир Сар). 

Во время камерального периода перед полевым сезоном выполнен обзор литературы, посвященный физико-географическим условиям объектов исследования, геологическому строению территории, рельефу, почвообразующим породам, климату и почвенно-растительному покрову.

Заложены лабораторные модельные эксперименты и выполнена отработка методик на доступных образцах из других объектов с целью получения микробиологических и энзиматических характеристик для предстоящих археологических реконструкций. Адаптирована и усовершенствована система стратиграфических, микробиологических и энзиматических маркеров для их применения на многослойных памятниках, а также повышения уровня репрезентативности получаемых реконструкций. По этим материалам участниками проекта были опубликованы две работы: 

Во время полевого сезона (август-сентябрь 2021 г.) выполнялись почвенно-археологические исследования на всех четырех объектах. Кроме запланированных памятников также были проведены исследования на поселении эпохи бронзы и раннего железа Кармир Блур (в окрестностях г. Ереван).

В результате двух полевых выездов (август, сентябрь 2021 г.) в республику Армения проведено исследование современного состояния почвенного покрова в окрестностях археологических памятников. Заложена серия почвенных разрезов за пределами археологических памятников, изучены свойства современных фоновых почв.

Проведено изучение ландшафтно-геоморфологических условий расположения археологических памятников Мецамор, Сотк, Артаниш, Кармир Сар.  Проведен отбор образцов из полнопрофильных почвенных разрезов и прикопок, заложенных в разных частях раскопов, а также выполнен площадной отбор образцов культурного слоя в разных частях вскрытых построек и объектов в пределах потенциальной экономической зоны памятников.

Для реконструкции исходного содержимого горшков проведен отбор почвенно-грунтового заполнения сосудов из различных археологических контекстов.

Для лабораторных исследований было обобрано и доставлено в лабораторию археологического почвоведения ИФХиБПП РАН более 250 почвенно-грунтовых образцов, на которых к настоящему времени выполнен и продолжается выполняться ряд физико-химических, микробиологических и энзиматических анализов.

Фактически выполненная работа

Поселение эпохи бронзы и раннего железа Артаниш-9. Для изучения ландшафтно-геоморфологических условий памятника заложено 7 разрезов почв на склоне вершины Артаниш и у ее подножия, на береговой террасе озера Севан и на разном удалении от нее, описана морфология почв и отобраны почвенные образцы. Для оценки инфраструктуры поселений обследованы две траншеи (А и В), из них отобраны профильные и площадные образцы. Всего для лабораторных исследований на этом объекте накоплено 66 почвенно-грунтовых образцов. Во всех образцах почвенных разрезов частично выполнены анализы и продолжаются определения рН, гранулометрического состава, содержания органического углерода, солей, карбонатов,  валового, минерального и органического фосфора, валового содержания химических элементов (31 элемент), ведутся микробиологические и энзиматические исследования.

Поселение эпохи бронзы и раннего железа Сотк-2. Проведено почвенно-археологическое исследование раскопа, в процессе которого из северного и южного бортов траншеи Е, а также северной стенки борта траншеи К послойно отобраны почвенные образцы для лабораторных исследований (всего 23 образца). В отобранных образцах выполнены и продолжается выполнение анализов, указанных для объекта Артаниш, а также фосфолипидов, как показателя живой микробной биомассы. Проведены и продолжаются микробиологические и энзиматические исследования (традиционными методами и микропланшетным методом) почвенных образцов. По уже полученным данным сделан доклад: Петросян А.А. Биологическая активность почв и культурных слоев археологических памятников бассейна оз. Севан (Республика Армения) на молодежной конференции «Докучаевские чтения» Санкт-Петербург, март 2022 г.

Святилище эпохи бронзы и раннего железа Кармир Сар. Заложено 5 разрезов почв на пологом участке между вершинами Кармир Сар и Тиринкатар на месте сакрального пространства Кармир Сар и ниже по склону, описана морфология почв и выполнен послойный отбор почвенных образцов. В переделах сакрального пространства обследованы участки, используемые как загоны для скота (современного и заброшенного около 20 лет назад). Обследован ряд раскопов на месте «вишапов» - сакральных площадок с мегалитическими «драконовыми камнями» (энеолит). Из двух загонов для скота и шести раскопов для оценки структуры раскопов и их предназначения отобраны профильные и площадные образцы почвенно-грунтового материала. Для лабораторных исследований на этом объекте накоплено 97 почвенно-грунтовых образцов. Во всех образцах проведено определение рН, гранулометрического состава, содержания органического углерода, солей, карбонатов,  валового, минерального и органического фосфора, валового содержания химических элементов, микробной биомассы и активности ряда ферментов, связанных с антропогенной деятельностью в древности.

Поселение и могильник эпохи бронзы и раннего железа Мецамор. В рамках почвенно-археологического изучения памятника обследовано два раскопа. Для оценки структуры поселения из них отобраны профильные и площадные образцы почвенно-грунтового материала. В общей сложности отобрано 38 образцов. В отобранных образцах выполнены или продолжаются вышеуказанные химические и микробиологические анализы.

 Поселение и могильник эпохи бронзы и раннего железа Мецамор и Артаниш: обследовано 22 сосуда из погребений. Из семи сосудов (Мецамор) почвенные образцы были отобраны послойно от горловины сосуда до его дна. Из одиннадцати сосудов отбор осуществлен из горловины заполнения и его дна. Из восьми сосудов отбор был выполнен только из придонного слоя заполнения вследствие утраты верхней части материала. В образцах определено содержание фосфолипидов как показателя живой микробной биомассы, проведено и продолжается определение энзиматической активности, а также продолжается выполнение посевов на селективные питательные среды для возможности реконструкции исходного содержимого.

Поселение эпохи бронзы и раннего железа Кармир Блур: от армянских коллег были получены два образца из археологического раскопа предполагаемого караван-сарая или конюшни. В этих образцах определено содержание валового, минерального и органического фосфора. В настоящее время проводится микробиологическое и энзиматическое исследование образцов (содержание термофильных микроорганизмов и фермента уреазы), а также проводится анализ валового содержания химических элементов (31 элемент).

 

Методы

Наряду с системой стратиграфических, микробиологических и энзиматических маркеров, разработанной ранее авторами проекта, в рамках настоящего проекта первые был применен анализ валового химического состава (31 элемент) почвенно-грунтовых образцов методом рентген-флуоресцентной спектроскопии. Этот метод позволит провести сопоставление результатов, полученных другими методами, в частности, по содержанию минерального и органического фосфора, и повысить уровень репрезентативности получаемых реконструкций. Для анализа почв и культурных слоев археологических памятников использовались следующие методы: рН водной вытяжки потенциометрическим методом, содержание органического углерода по Тюрину, содержание карбонатов ацидиметрическим методом, содержание различных форм фосфатов по методу Сандерса и Вильямса (экстракция 0,2 н серной кислотой), валовое содержание химических элементов с помощью рентген-флуоресцентной спектроскопии (МАКС-GV). Микробную биомассу определяли по содержанию фосфолипидов, уреазную активность по методу Канделер и Гербера, фосфатазную активность методом Галстяна и Арутюнян. Ферментативную активность (кислая и щелочная фосфатаза, бутират-эстераза (С4) и пальмитат-липаза (С16), лейцин-аминопептидаза и глицин-аминопептидаза) определяли микропланшетным методом с использованием хромогенно меченных субстратов на основе п-нитрофенола. С целью установления присутствия исходного органического субстрата в сосудах и культурных слоях проводилась оценка численности микроорганизмов, растущих на твердых питательных средах различного состава на чашках Петри.

Полученные результаты

Почвенно-археологические исследования включали в себя отбор образцов на различные (химические, микробиологические, энзиматические и др.) лабораторные анализы, а также изучение современных почв с целью реконструкции изменений природной среды в прошлом и возможностью провести сравнение почвенно-биологических показателей природной среды и археологических участков. Впервые в рамках настоящего проекта представилась возможность применить разработанную систему стратиграфических, микробиологических и энзиматических маркеров для археологических памятников различных природных экосистем республики Армения.

Ключевой участок Артаниш приурочен к полуострову Артаниш расположенном на северо-восточном побережье оз. Севан. Территория в природном отношении относится к сухостепной природной зоне с развитыми здесь каштановыми почвами. Среднегодовая температура участка равна 6⁰С, среднегодовое количество осадков составляет 350 мм. Изученные почвы имеют сложные, с разновозрастными погребенными почвами, профили. Почвы развиты на озерных отложениях мощностью около 1,5 метра, они перекрывают древнюю (вероятно, раннеголоценовую) маломощную луговую почву. На склоновых участках современные пахотные почвы характеризуются наличием серии погребенных почв. Их образование обусловлено делювиальным сносом мелкозема. В одном из заложенных профилей было зафиксировано наличие двух палеопочв, относящихся, предположительно, к эпохе бронзы и средневековью Образцы этих почв были отправлены на датирование (г. Гронинген, Нидерланды).

Поселение Артаниш-9 расположено на плоском скальном останце высотою около 20 м и размером примерно 100 на 65 метров. Абсолютная высота составляет 1950 м. Почвенно-археологические исследования были проведены в восточной части поселения, которое представляет собой памятник раннего бронзового века. Образцы были отобраны из двух раскопов: траншеи А и траншеи В.

Траншея А. В траншее А образцы отбирались из двух слоев: из слоя 1 на глубине 78 см от нулевого репера с поверхности разных частей раскопа (образцы 1-6)  и из его стенок (образцы 1-7, 1-8), а также из слоя 2 на глубине 30-40 см от нулевого репера (образцы 2-1  - 2-6). В качестве фона был отобран репрезентативный образец почвообразующей породы (Artanish clay, Артаниш глина) на участке без следов антропогенного воздействия в 50 м от раскопа.

Рисунок 1. Точки отбора образцов в траншее А поселения Артаниш-9: 1 – отбор из пола раскопа; 2 – отбор из стенок строений

Слой 1. Анализ содержания химических элементов в фоновом образце и образцах, отобранных в пределах раскопа показал, что в слое 1 в наибольшей степени варьировало содержание серы (здесь и далее приведены величины коэффициентов вариации СV и осцилляции CR  -  202, 586 соответственно), цинка (128, 382), фосфора (84, 244), бария (54, 128) и меди (42, 128) (табл. 1). В фоновом образце содержание этих элементов было достоверно и существенно ниже. Содержание указанных элементов, а также данные по потерям при прокаливании, которые с определенной условностью считать потерями органического вещества в результате термической обработки (900^оС), были взяты в качестве переменных в анализ диаграмм рассеяния с использованием метода главных компонент (рис. 2). Фактор 1, объясняющий 56% дисперсии, связан с содержанием фосфора (R=-0,94, p=0.95), меди (R=-0,94, p=0.95 ), цинка (R=-0,91, p=0.95) и серы (R=-0,65, p=0.95).  Фактор 2, объясняющий 26% дисперсии, связан с содержанием серы (R=-0,73, p=0.95) и потерями при прокаливании (содержание органических веществ, R=0,67, p=0.95). Положение исследованных образцов в плоскости главных компонент свидетельствует о том, что образцы 1-1, 1-2 и 1-3 выделяются в компактную группу, а образцы 1-5, 1-6 и 1-8 обладают собственной специфичностью и не образуют связанной группы. Образец 1-4 резко отличается от всех остальных в выборке, в нем зафиксировано низкое содержание фосфора и меди, содержание цинка находится в пределах порога чувствительности прибора, а содержание серы максимально. Резко различаются между собой и образцы, взятые из стенок раскопа: образец 1-7, представляющий собой светлый белесоватый материал отличается максимальными содержаниями фосфора, цинка и бария и высоким содержанием меди, а образец 1-8, взятый также из стенок раскопа и имеющий более насыщенную желтоватую окраску, в наибольшей степени близок к фоновому образцу Артанишской глины.

 

 

 

Рисунок 2. Положение образцов поселения Артаниш-9 траншеи А в плоскости главных компонент (слева: параметры, по которым велся анализ, справа – положение образцов; стрелками показаны векторы нарастания содержания химических элементов)

Впервые проведено сравнение результатов определения фосфора в почве методом экстракции и фотометрирования, с данными определения фосфора методом рентген-флуоресцентной спектроскопии. В исследуемой выборке данных содержание фосфора по методу экстракции и фотометрирования было несколько меньше, по сравнению с данными флуоресцентной рентгенографии, по-видимому, из-за неполной экстракции фосфатов из образцов. Несмотря на это, представляется возможным оценить соотношение минеральной и органической формы фосфатов в исследованных образцах. Валовое содержание фосфатов в четырех образцах (1-1, 1-2, 1-3 и 1-7) было на уровне 15-16 мг P2O5/г почвы, в остальных образцах - значительно ниже. В образцах преобладала минеральная форма фосфатов, можно отметить лишь два образца – 1-1 и 1-3, в которых доля органической формы фосфатов было на уровне 25% (образец 1-1) и 30% (образец 1-3).

Была исследована активность ферментов группы фосфатаз (щелочной - ЩФ и кислой – КФ), протеаз (глицин-аминопептидазы – ГП и лейцин-аминопептидазы – ЛП) и липаз (бутират- эстеразы – С4 и пальмитат-липазы – ПЛ). В целом ферментативная активность была весьма умеренной, однако в пределах раскопа можно отметить вариабельность активности щелочной и кислой фосфатаз (CV 52% и 35% соответственно), а также лейцин-аминопептидазы (CV 43%). Поскольку относительное увеличение активности того или иного фермента связано с особенностями сохранившегося в образце органического вещества, можно полагать, что эти особенности отражают и сохранившийся след хозяйственной деятельности в период функционирования памятника. Результаты анализа ферментативной активности методом главных компонент показали, что три фактора объясняют 80% дисперсии. Первый фактор связан с активностью щелочной фосфатазы (R=0,91, p=0.95) и лейцин-аминопептидазы (R=--0,68, p=0.95), второй фактор связан с кислой фосфатазой (R=-0,91, p=0.95) и глицин-апинопептидазой (R=-0,54, p=0.95), а третий фактор с пальмитат-липазой(R=-0,73, p=0.95) и бутират-эстеразой (R=-0,68, p=0.95). 

 

Рисунок 4. Распределение образцов поселения Артаниш-2 (слой 1) в соответствии с их ферментативной активностью (ЩФ – щелочная фосфатаза, КФ – кислая фосфатаза, ГП – глицин-аминопептидаза, ЛП – лейцин-аминопептидаза,  С4 – бутират-эстераза, С16 – пальмитат-липаза).

Слой 2. Анализ содержания химических элементов в образцах слоя 2 поселения показал, что в этом  слое в наибольшей степени варьировало содержание цинка (здесь и далее величины коэффициентов вариации СV и осцилляции CR  -  133, 355 соответственно), фосфора (72, 201), меди (70, 197), серы (48, 127), бария (40,107) и марганца (35, 86). Содержание указанных элементов, а также данные по потерям при прокаливании, были взяты в качестве переменных в анализ диаграмм рассеяния с использованием метода главных компонент. Фактор 1, объясняющий  57% дисперсии, связан с содержанием марганца (R=0,89, p=0.95), потерь при прокаливании (которые отражают содержание органических веществ) (R=0,88, p=0.95 ), фосфора (R=-0,96, p=0.95) и цинка (R=-0,95, p=0.95). Второй фактор объясняет 25% дисперсии и связан с содержанием бария (R=0,85, p=0.95) и серы (R=-0.89, p=0.95). Положение исследованных образцов в плоскости главных компонент свидетельствует о том, что образец 2-6 резко отличается от других высоким содержанием серы, а все остальные образцы формируют ряд нарастания содержания фосфора и цинка.

Формы фосфатов. Наибольшее содержание фосфатов (рис. 3) было выявлено в образце 2-1 (27 мг P2O5 / г почвы), при этом органическая форма составляла 29%. Вдвое меньше фосфатов выявлено в образце 2-2 (10,4 27 мг P2O5 / г почвы), все они относились к минеральной форме. 

Активность ферментов в слое 2 группы фосфатаз (щелочной - ЩФ и кислой – КФ), протеаз (глицин-аминопептидазы – ГП и лейцин-аминопептидазы – ЛП) и липаз (бутират- эстеразы – С4 и пальмитат-липазы – ПЛ) была несколько выше, чем в слое 1. В наибольшей степени варьировала активность щелочной фосфатазы и глицин-аминопептидазы (CV 51% и 46% соответственно).

Полученные данные планируется соотнести с археологическими контекстами, что составляет одну из задач следующего года выполнения проекта.

 

Траншея В. Поселение относится к кура-араксской культуре ранней бронзы. По площади траншеи были отобраны образцы для лабораторных исследований (всего 23 образца). В них были выполнены определения содержания валового, минерального, органического фосфора, активности фосфатазы и липазы, а также содержания химических элементов (31 элемент). Последний анализ находится в стадии выполнения, обработка данных и соотнесение их с другими показателями отнесена ко второму году выполнения проекта. Выявлены остатки фундамента круглого дома. Полученные к настоящему времени результаты свидетельствуют, что биологическая активность за пределами постройки в целом больше. Можно отметить ее увеличение в пристенных участках, как зонах естественного накопления. Стены дома были глинобитные, вероятно, в доме имелся глиняный пол. Биологическое загрязнение заметно проявляется за пределами жилища.

 

Рисунок 5.  Схема отбора образцов  и основные характеристики поселения Артаниш-9 траншея В: 1 - схема отбора образцов; 2 - фосфор общий; 3 - фосфор минеральный; 4 - фосфор органический; 5 - фосфатаза; 6 - липаза.

 

 Ключевой участок Сотк-2 географически приурочен к приурочен к Масрикской равнине, расположенной на юго-восточном побережье оз. Севан. Границами впадины являются: с севера – Севанский, с востока – Восточно-Севанский, с юга – Варденисский хребты, с запада – оз. Севан. Гидрография района представлена рр. Масрик, Макенис и Шишкая, впадающими в оз. Севан. Масрикская котловина представляет выровненный межгорный прогиб (в пределах Присеванской интрасгеосинклинали), сложенный озерно-речными и проллювиально-аллювиальными песчано-глинистыми отложениями, перекрытыми новейшими наносами и лавами (Геология…, 1970). Среднегодовая температура территории составляет +4⁰С, в июле и августе достигает максимальных значений +16⁰С, минимальная в январе – -9⁰С (Багдасарян, 1958). Среднегодовое количество осадков равно 430-440 мм. Весенние осадки составляют примерно 40–45% годовой суммы, в то время как зимние осадки всего лишь 10–15%. Поселение Сотк-2 расположено на северо-восточной окраине села Сотк Гехаркуникской области Республики Армения (географические координаты N 40.203561⁰, E 45.885981⁰).

Памятник расположен на правом высоком берегу р. Касамсу (правый приток р. Масрик), приурочен к андезитовому останцу высотою около 20 и диаметром 150 метров. Абсолютная высота поверхности составляет 2100 метров.

На поселении Сотк-2 археологические работы проводились 2011–1015 гг. Здесь зафиксировано многослойное поселение, что действовало с раннего бронзового века вплоть до раннего железного века (с определенными перерывами). Ранний бронзовый век (XXIX–XXVII вв. до н.э., культурный слой 3) представлен глинобитными построениями, однородной типичной керамикой, типичными каменными и обсидиановыми орудиями, мышьяковистой бронзой. Сотк 2 – ключевой памятник в регионе, особенно для изучения переходного этапа из средне бронзового века в поздний бронзовый век (XVIII–XVI вв. до н.э., культурный слой 2). Здесь зафиксированы каменные постройки с многочисленными ямами и довольно разнообразным керамическим материалом. На среднем этапе позднего бронзового века поселение некоторое время не действовало и вновь было заселено в раннем железном веке (XI/X–IX вв. до н.э., культурный слой 1). Несмотря на определенные перерывы, в стратиграфическом профиле памятника хиатус не зафиксирован. На поселение Сотк-2 почва, как таковая, не отражается. Здесь культурные слои залегают на скале, которая в свою очередь представляется культурной средой.

Из археологических раскопов на поселении Сотк-2 были отобраны образцы для лабораторных анализов. Раскопы не консервировались и стояли открытыми. В настоящее время частично заросли селитебной растительностью, размыты атмосферными осадками и нарушены норными животными и роющими насекомыми.

Отбор образцов осуществлялся на северной и южной стенках Объекта 1 (траншея Е), после зачистки, колонкой по 10 см (Разрез 1). Толща на северной стенке имеет следующее строение. Профиль до глубины 20 см гумусирован; темно-серого-цвета; комковато-ореховатой структуры (дернина, культурный слой 0); Слой 20-30 см менее гумусирован, имеет крупноореховатую структуру (культурный слой 1, ранний железный век). Ниже (до глубины 50 см) расположен слабозатронутый почвообразованием культурный слой 2 (средний бронзовый – поздний бронзовый век, пепельно-серого цвета, порошистой структуры), подстилаемый скальной породой. Во всех слоях в большом количестве встречаются артефакты (кости животных, обломки керамики, камни), корни современных растений.

Почвенно-грунтовая толща на южной стенке (Разрез 2) разделяется на следующие горизонты. Гумусированный слой с большим количеством корней, темно-серого цвета, комковато-ореховатой структуры (0–20 см, дернина, культурный слой 0). Слой 20–30 см представляет собой скопление камней размером 1–5 см (культурный слой 1, ранний железный век). Ниже, до глубины 40 см, залегает слабопреобразованный культурный слой палево-серого цвета, порошистой структуры (культурный слой 2, средний бронзовый – поздний бронзовый век). Толща подстилается скальной породой. Во всех слоях профиля в большом количестве встречаются артефакты (кости животных, обломки керамики, камни), корни современных растений.

Были отобраны образцы с северной стенки Объекта 3 (траншея K). Отбор образцов проводился после зачистки, колонкой по 10 см (Разрез 3). Толща имеет следующее строение. Верхние 10-15 см гумусированы, темно-серого цвета, комковато-ореховатой структуры, в большом количестве встречаются корни современной травянистой растительности (дернина, культурный слой 0). Ниже (до глубины 40 см) залегает культурный слой 3 эпохи раннего бронзового века (белесо-серый, порошистой структуры), он подстилается серо-бурым слоем, глыбисто-порошистой структурой (глинобитный пол, культурный слой 3а). С глубины 60 см залегает скальная порода. Во всех слоях (кроме 3а) в большом количестве встречаются артефакты (кости животных, обломки керамики, камни), корни современных растений.

В качестве фоновых почв были использованы почвенный разрез на выровненном участке у подножья горы Артаниш и две прикопки на склонах северной и южной экспозиции в природном парке Артаниш.

В культурных слоях поселения Сотк-2 к настоящему времени проведено исследование содержания органического углерода, валового содержания макро- и микроэлементов (всего 31 элемент), а также минерального и органического фосфора, микробной биомассы, активности ферментов фосфорного цикла (кислая и щелочная фосфатаза), ферментов класса липаз, участвующих в разложении жиросодержащих субстратов (липаза С4 и С16), а также ферментов класса протеаз, разлагающих белковые субстраты (лейцин-аминопептидаза и глицин-аминопептидаза) и уреаза, разлагающей мочевину и являющейся показателем общей биологической активности почв.

Определение содержания макро- и микроэлементов – один из перспективных методов изучения культурных слоев археологических памятников, который впервые был применен в рамках настоящего проекта. В культурных слоях может отмечаться значительное накопление различных элементов (биогенной или техногенной природы), связанное с антропогенной деятельностью (Память почв…, 2008). В местах длительного и компактного проживания людей в почвах и культурных слоях может увеличиваться содержание целого спектра тяжелых металлов и редкоземельных элементов (например, Entwistle et al., 2000). При этом состав макро- и микроэлементов может нести в себе информацию о характере поступающих субстратов, существовании различных функциональных зон внутри памятника: производственных, селитебных и т.д. Например, в хозяйственных ямах, при условии попадания значительного объемов сгоревших материалов и золы, будет наблюдаться увеличения К и P (Knudson et al., 2004), а при синхронном увеличении большого числа элементов можно говорить о поступление как органических, так и неорганических материалов (Wilson et al., 2009). Для очагов характерно увеличение Р, К и Mg (Fernandez et al., 2002). Повышение концентрации K, Cs, Ba и Mn может указывать на значительное поступление в культурный слой растительных остатков (Oonk et al., 2009).

В культурных слоях поселения Сотк-2 на различных его участках отмечено существенное возрастание содержания химических элементов относительно контрольного образца глины, отобранного на территории природного парка Артаниш, а именно Mg, Mn, K, P, Ba, Cu, La, Sn и Zn, элементов, которые традиционно связывают с антропогенной деятельностью древнего человека. В изученных культурных отложениях максимальное обогащение химическими элементами было характерно для разреза 1, заложенного на северной стенке Объекта 1, причем внутри толщи отмечено несколько пиков возрастания их содержания. Минимальное содержание химических элементов выявлено в культурной толще разреза 3, заложенного на северной стенке Объекта 3. На этом участке вскрыт наиболее древний слой, относящийся к эпохе раннего бронзового века.

 

На основе содержания химических элементов были рассчитаны следующие геохимические коэффициенты (Hao et al., 2010):

– Al/(Са+Na+K+Mg) – коэффициент выветривания. Позволяет судить об интенсивности выветривания почвенно-грунтового материал в различные периоды.

– Ba/Sr – коэффициент выщелачивания. Позволяет устанавливать интенсивность процессов выщелачивания в почвенной толще.

– Ti/Al – коэффициент однородности. Позволяет оценить степень однородности слагающего материала и выявить периоды поступления постороннего грунта с иными характеристиками.

– Al/Si – коэффициент оглинивания. Отражает степень обогащения грунта глинистыми минералами.

Как правило, в изученных образцах культурного слоя отмечалось равномерное снижение вышеперечисленных коэффициентов вниз по профилю, что указывает на равномерное поступление грунтового материала, хорошо проработанного почвообразованием. Однако в культурной толще на участке, где был заложен разрез 1 отмечено возрастание коэффициента выветривания в слое относящимся к эпохам среде бронзового – позднебронзового века. Увеличение коэффициентов выветривания и выщелачивания также наблюдалось на участке заложения разреза 3, в слое раннего бронзового века. Это может указывать на увеличение интенсивности антропогенной нагрузки на территории памятника в эти периоды.

 

Рисунок 6. Геохимические коэффициенты в толще культурных отложений поселения Сотк-2.

 

Аналогичные закономерности, выявленные для химических элементов, были выявлены и в отношение содержания органического углерода. По всей толще культурного слоя в разрезе 1 содержание С орг. всегда было выше по сравнению с содержанием С орг. на аналогичных глубинах в разрезах 2 и 3.

С целью установления природы происхождения фосфатов в культурном слое было проведено раздельное определение минеральных и органических фосфатов, и рассчитана доля органического фосфора от валового. В культурных отложениях разреза 1 выявлена максимальная доля органических фосфатов, здесь она достигала 62% в слое среднебронзового века. Минимальные значения выявлены в культурных слоях разреза 3, где существенное увеличение доли органических фосфатов было отмечено только в слое раннебронзового века.

Особенности изменения биологической активности в антропогенных отложениях поселения Сотк-2 (рис. 8). Наиболее высокая биологическая активность выявлена в слое современной почвы (0-20 см) на участке заложенного на северной стенке Объекта 3 (разрез 3), что связанно с естественной биогенностью почвы. В культурном же слое наиболее высокие показатели были выявлены в толще антропогенных отложений в разрезе 1, заложенного на северной стенке Объекта 1. Отмечено существенное возрастание микробной биомассы с глубиной в разрезе 1, что может быть связано со значительным попаданием органических материалов в толщу культурного слоя в момент функционирования памятника. В разрезах 2 и 3 происходило равномерное уменьшение микробной биомассы с глубиной. Ферментативная активность имела более сложных характер распределения по профилю. Так, для ферментов участвующих в разложение жиров и белков отмечалось несколько пиков возрастания их активности. Например, выявлено увеличение активности фермента глицин-аминопептидазы в слое раннего бронзового века в разрезе 3.

 

  

Рисунок 7. Микробная биомасса и уреазная активность в толще культурных отложений поселения Сотк-2.

 

Рисунок 8. Ферментативная активность (нмоль пНФ/г почвы в час) в толще культурных отложений поселения Сотк-2 (ЩФ – щелочная фосфатаза, КФ – кислая фосфатаза, С4 – бутират-эстераза, С16 – пальмитат-липаза, ГП – глицин-аминопептидаза, ЛП – лейцин-аминопептидаза).

 

Проведен статистический анализ на основе некоторых полученных данных. Метод главных компонент на поселении Сотк показал, что в северо-восточной части сохранились культурные слои с высоким содержанием органического и минерального фосфора, органического углерода и микробной биомассы. В юго-восточной и северо-западной части культурные слои были преобразованы в процессе современного почвообразования и по свойствам были близки к современной почве, расположенной в 5 км от поселения Сотк в бассейне оз. Севан на территории природного парка Артаниш .

Статистический анализ трех антропогенно-преобразованных почв, включающих культурные слои поселения Сотк и естественной почвы природного парка Артаниш, показал, что наибольшие различия обнаружены по следующим показателям: содержание органического углерода, фосфатазная активность, уреазная активность. Эти параметры были связанны с фактором 1, который объяснял около половины всех различий. С фактором 2 было преимущественно связанно содержание органического фосфора, а содержание минерального фосфора и С-ФЛ были связанны с обоими факторами. Фактор 2 описывал около 24% всех различий.

Особое положение на факторной плоскости занимала естественная почва парка Артаниш, здесь было очень мало фосфора, и не так много органического углерода, а показатели биологической активности не отличались высокими значениями. Среди почв на территории поселения особенно выделяется разрез 1, где в верхних слоях были отмечены максимальные величины всех биогенных показателей, а в культурном слое – пик микробной биомассы. Этот же разрез отличался увеличением содержания фосфора в культурных слоях. Другие разрезы поселения по свойствам были значительно ближе к современной почве.

Таким образом, анализируя морфологическое сложение разрезов, валовый и гранулометрический состав почв, были выявлены закономерности изменения показателей в разрезе 1 до 30 см. Мы предполагаем, что верхние 30 см, вероятнее всего либо привнесенный инородный почвенный слой, либо слой, претерпевший заметные изменения в процессе современного почвообразования. Если рассматривать первый вариант, то можно сопоставить пики разреза 3 на глубине 20-40 и 40-60 с пиками разрез 1 на глубине 30-60 и 80-100 см. Этот вопрос остается открытым для дальнейшего изучения. Однако сейчас можно сказать, что, по-видимому, наиболее антропогенно преобразованным, является участок, где был заложен разрез 1. Здесь выявлена наибольшая концентрация химических элементов, которые традиционно связывают с антропогенной деятельностью, а именно фосфора и марганца, содержание органического углерода, микробная биомасса и ферментативная активность в культурном слое, что вызвано попаданием большого количества органических материалов во время функционирования памятника.

 

Ключевой участок Кармир Сар приурочен к альпийской горной зоне. Луговые почвы участка характеризуются маломощностью профиля, что вызвано низкой среднегодовой температурой (-3⁰С) и высоким количеством (800 мм и более) атмосферных осадков. Экстремальные условия высокогорья и короткий вегетационный период, в сочетании с активным выпасом скота обуславливают слабое развитие процессов почвообразования на исследуемой территории.

На объекте Кармир Сар были отобраны плоскостные образцы по сетке 1*1 м с двух яйлажных поселений с вишапами, раскопанных в 2021 году (всего 49 образцов). В ранее раскопанных поселениях были сделаны прикопки, в которых послойно отобрали образцы (три поселения, всего 19 образцов). Также были отобраны образцы культурного слоя средневекового загона внутри каменной структуры (4 образца), и за ее пределами на фоновом участке (5 образцов).

В настоящий момент в образцах проведено определение валового, органического и минерального фосфора. Отмечено существенное варьирование содержания фосфатов на территории поселений, причем на некоторых участках содержание фосфатов было выше в 4-6 раз по сравнению с фоновыми почвами и почвами современных загонов.  Проводится определение химического состава образцов (31 элемент). С целью определения факта использования территории в качестве пастбища в прошлом в настоящий момент ведется определение численности термофильных микроорганизмов, а также активности ряда гидролитических ферментов, ответственных за разложение субстратов, входящих в состав навоза. Результаты текущих анализов планируется обработать и соотнести с другими параметрами в следующем году выполнения проекта.

Ключевой участок Мецамор расположен в пределах Араратской равнины и относится к пустынно-степной природной зоне. Среднегодовая температура участка равна 12⁰С, среднегодовое количество осадков составляет 250-280 мм. Он характеризуется наличием сильного антропогенного прессинга, обусловленного сельскохозяйственным освоением территории. Светло-каштановые солончаковатые почвы территории распаханы и орошаются артезианскими водами.

На территории поселения Мецамор были отобраны образцы на участках, соответствующих различным структурам на территории двух раскопов, а также в трех стенках раскопов с наиболее выраженной стратиграфией памятника. В настоящее время ведутся химические, микробиологические и энзиматические исследования и обработка уже полученных данных. По уже имеющимся результатам можно указать, что в целом, наиболее высокая активность ферментов выявлена на территории раскопа 1. Пониженная ферментативная активность на территории раскопа 2 может быть объяснена имевшим место в прошлом пожаре, что согласуется с повышенной концентрацией калия на данном участке, обогащение которым обычно наблюдается при сжигание органической золы. Результаты текущих анализов планируется обработать и соотнести с другими параметрами в следующем году выполнения проекта.

Сосуды из культурных слоев и погребений поселения Мецамор

Проведен анализ содержания микробной биомассы в 12 сосудах некрополя и поселения Мецамор. В восьми сосудах микробная биомасса в придонном слое была достоверно выше, чем в верхнем слое сосуда, так в сосудах №№ 5, 6, 7 некрополя (XXI в до н.э.) биомасса в придонном слое в 2-4 раза превышала таковую в верхнем слое. Сделано предположении об исходном заполнении этих сосудов питательным материалом. Проанализирована ферментативная активность 22 сосудов некрополя Мецамор, в половине из которых отмечено существенное возрастание активности всех изученных ферментов. Так, например, в сосуде А11, контекст 918 (органический), активность всех изученных ферментов существенно и значимо (2-8 раз) превышала таковую в грунте из других сосудов. Также здесь было выявлено высокое содержание минерального фосфора. Вышесказанное указывает на возможное наличие органической пищи богатой жирами и белком в этом горшке на момент его погребения.

Исследована численность микроорганизмов, растущих на твердых питательных средах, в двух сосудах из культурного слоя поселения Мецамор (контекст 687, рис. 10). В придонном слое этих сосудов увеличивалась численность микроорганизмов, растущих на питательных средах. В кувшинчике № 2 увеличение численности липолитических микроорганизмов было таким же, как увеличение численности олиготрофных микроорганизмов. В кувшинчике № 5 максимальное увеличение численности в придонном слое показали олиготрофные микроорганизмы. Известно, что при внесении органического субстрата олиготрофные микроорганизмы развиваются вслед за эвтрофными, усваивающими легкодоступное органическое вещество, когда его концентрация, уменьшающаяся в процессе минерализации, становится оптимальной для олиготрофов.  Единственный сосуд, численность и разнообразиемикроорганизмов в котором в наибольшей степени отличалось от всех остальных исследованных нами сосудов, был сосуд № 5 из культурного слоя, контекст 687 (рис. 11). На дне этого сосуда была выявлена экстремально высокая численность микроорганизмов, растущих на мясопептонном агаре. При этом, на других питательных средах численность КОЕ была на два порядка ниже. А в грунте из верхней части этого сосуда микроорганизмы практически не обнаруживались с помощью посева на питательные среды. На мясопептонном агаре учитываются протеолитические бактерии. Высокая численность этой группы микроорганизмов указывает на то, что в кувшинчике мог присутствовать белковый продукт, например, молоко. 

 Заполнение сосуда из контекста 918 показывало высокую численность микроорганизмов на всех питательных средах, особенно на мясопептонном и крахмалоаммиачном агаре. Остальные сосуды демонстрировали меньшие величины. В сосуде № 1 было отмечено увеличение численности микроорганизмов в придонном слое по сравнению с верхним слоем, особенно заметное для олиготрофов на почвенном и голодном агаре, а также для микроорганизмов, растущих на мясопептонном агаре. Эти же закономерности наблюдались в смешанных грунтах из сосудов группы SF.

Заполнение сосуда из контекста 918 показывало высокую численность микроорганизмов на всех питательных средах, особенно на мясопептонном и крахмалоаммиачном агаре. Остальные сосуды демонстрировали меньшие величины. В кувшинчике № 1 было отмечено увеличение численности микроорганизмов в придонном слое по сравнению с верхним слоем, особенно заметное для олиготрофов на почвенном и голодном агаре, а также для микроорганизмов, растущих на мясопептонном агаре. Эти же закономерности наблюдались в смешанных грунтах из сосудов группы SF.

 

Объект Кармир Блур (предположительно конюшня или караван-сарай). Сравнение двух образцов (D-I и D-II), отобранных из разных участков этого памятника показало, что в образце из участка D – I присутствует значительно большее количество микроорганизмов, растущих на питательных средах, по сравнению с участком D – II. Различия численности микроорганизмов, растущих на почвенном агаре, составили 2,5 – 2,7 раза, на богатой органической среде – 3,5 – 4 раза. Различия численности кератинофильных грибов, растущих на шерстяном субстрате, варьировали в аналогичных пределах. При этом, численность целлюлозолитических грибов, растущих на среде Гетчинсона, на участке D - I была в 22-45 раз выше, чем на участке D – II. Целлюлозолитические грибы свидетельствуют об исходном присутствии навоза на участке D-I.

 

Публикации по итогам первого года выполнения проекта

Kashirskaya et al., Soil-microbiological approaches to identifying the boundaries of archaeological sites // 21th International multidisciplinary scientific geoconference – SGEM 2021. 16-22 August, 2021 – Albena, Bulgaria. Conference proceedings of selected papers. Water resources. Forest, marine and ocean ecosystems. Issue 3.1 p.523-530. https://doi.org/10.5593/sgem2021/3.1/s13.65

Dushchanova K.S., Khomutova T.E., Ukrainski P.A., Lisetski F.N., Borisov A.V. Biomass of microbial communities in catenas of virgin and arable chernozems and gray forest soils// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. 862 012052. DOI:10.1088/1755-1315/862/1/012052. https://doi.org/10.5593/sgem2021/3.1/s13.63

Bobokhyan, Khomutova, Hovsepyan. “Soil memory” and “cultural memory” of historical landscapes of Armenia: launching of a multidisciplinary study of bronze and early iron age sites // Review of Armenian Studies. 2021, N 2(26), p. 129-144.