Древний топор просканировали на компьютерном томографе

Ученые Новосибирского госуниверситета впервые провели КТ-сканирование внутренней структуры втульчатого топора раннего железного века. Результаты КТ-анализа остатков рукояти представляют исключительную ценность для музейных реставраторов. Дальнейшие исследования помогут пролить свет на особенности литейного производства мастеров раннего железного века, сообщили в пресс-службе вуза.

В Лаборатории ядерной и инновационной медицины Физического факультета Новосибирского государственного университета (ЛЯИМ ФФ НГУ) продолжаются исследования археологических находок из фондов музея Института археологии и этнографии СО РАН с использованием компьютерного томографа. Ранее КТ-сканированию подвергались в основном органические археологические находки: черепа и костные останки людей и животных, челюсти шерстистого носорога, дефектные бивни мамонтов, композитные костяные и роговые орудия. Полый металлический предмет с деревянным вкладышем был изучен с помощью КТ впервые. Специалисты просканировали кельт — втульчатый топор, относящийся к тагарской археологической культуре и датированный VII–VI вв. до н. э. Предмет взяли для исследования из музейной коллекции Института археологии и этнографии СО РАН.

Изучением кельтов эпохи бронзы и раннего железного века занимается научный сотрудник отдела археологии палеометалла Института археологии и этнографии СО РАН Дмитрий Ненахов в рамках работы над диссертационным исследованием.

«В отличие от привычных классических проушных топоров, у которых есть сквозное отверстие — проушина — для насаживания на топорище, втульчатые топоры-кельты внутри полые: рукоятка вставляется не в сквозное отверстие в теле топора, а в специальную полость (втулку). Кельты насаживали на цельное Г-образное деревянное топорище. У многих бронзовых кельтов сбоку есть небольшое литое „ушко“. Оно служит для привязывания шнурком топора к топорищу. У исследуемого нами топора имеется два ушка на узких его гранях, одно из них с остатками тонкого кожаного ремешка, а во втулке сохранилась часть топорища. Поскольку каждый такой кельт является коллекционным музейным предметом, ученые не имеют права производить с ними какие-либо механические манипуляции, кроме поверхностных неповреждающих. В данном экземпляре остаток топорища свободно выходит из втулки, и мы видим, как выглядит этот деревянный вкладыш. Но очень часто в таких топорах деревянный вкладыш жестко зафиксирован, и мы не можем его достать, не повредив предмет, а это категорически запрещено. И вот перед нами стоит задача — не повреждая предмет (не извлекая остатков рукоятки), с помощью КТ-сканирования „увидеть“ полость втулки, текстуру рукоятки, насколько она погружена во втулку топорища, читаются ли при КТ-сканировании полости от „шпеньков-выступов“, а также другие важные детали, скрытые внутри предмета. А еще мы хотели бы посмотреть разницу материалов на рентгеновских изображениях. В нашем случае это бронза и дерево», — рассказал Дмитрий Ненахов.

Этот проект был впервые апробирован весной текущего года на базе Института археологии и этнографии СО РАН. Соответствующие работы выполняются с использованием приборной базы ЦКП «Геохронология кайнозоя». Дмитрий Ненахов выражает искреннюю признательность заведующей лабораторией «Цифра» доктору исторических наук Ксении Колобовой, а также кандидату исторических наук Дарье Кожевниковой за оказанную помощь и участие в работе.

Однако получить КТ-изображения внутренней структуры данного артефакта не удалось, и ученый обратился в ЛЯИМ ФФ НГУ, располагающую томографом большей мощности. Пока для исследования предоставлен только один кельт, но, если опыт окажется удачным, будет получена серия КТ-изображений целого ряда таких предметов. Часть из них будет взята из фондов Музея археологии и этнографии СО РАН.

Исследуемый кельт был обнаружен в кургане № 12 могильного комплекса Казановка-6 (Аскизский район Республики Хакасия) во время раскопок, производимых под руководством научного сотрудника Института археологии и этнографии СО РАН, кандидата исторических наук Антона Выборнова.

«Данный кельт был найден на дне погребальной камеры возле руки погребенного, которая сохранилась in situ и в анатомическом порядке. Это очень важно, потому что в таких случаях мы можем, опираясь на специфику погребального обряда и сопроводительного инвентаря, точно определять, к какой культуре или общности принадлежал погребенный и весь курган в целом. По данным антропологического анализа, в могиле № 8 были захоронены как минимум двое мужчин возрастом 40-50 лет. Среди сопроводительного материала был найден бронзовый кельт с боковыми ушками у обушка и сквозным отверстием для прочного закрепления на деревянной рукояти. В полости кельта сохранился фрагмент этой рукояти. Лезвие кельта овально-выпуклое. Через одно боковое ушко был дважды продет сыромятный кожаный ремешок и завязан узлом. Такие орудия бывают еще асимметричной формы с лезвием, изогнутым в одну сторону, — их использовали как тесло, например, для выдалбливания лодок или корыт, другие кельты применяли в качестве копательного инструмента („кельтов-лопаток“). Кельты на длинных — до 2-2,5 метра — рукоятках использовали как боевое оружие, чтобы стащить конного противника с седла, находясь на безопасном от него расстоянии. В данном случае мы целенаправленно выбрали предмет, о котором мы знаем достаточно много. По своей архитектуре — устройству курганной ограды, характеру внутримогильных и надмогильных конструкций, положению умерших в могилах и сопроводительному инвентарю (керамические сосуды, бронзовые бляшки, зеркало, кельт и пр.) — данный курган и погребение в частности могут быть отнесены к подгорновским памятникам тагарской археологической культуры VII–VI вв. до н. э.», — пояснил Дмитрий Ненахов.

Результаты КТ-исследования ученым еще предстоит интерпретировать, сканированию подверглись втулка и деревянный вкладыш как отдельно, так и в совокупности. Предварительно установлено, что структура металла неоднородна — в ней отчетливо просматриваются каверны с песчинками внутри и области неоднородной плотности.

«Искомый результат не был достигнут. Сильный фон от бронзы не позволил отчетливо рассмотреть втулку кельта, а следовательно, ни глубину насада, ни полости, ни внутреннее устройство мы не увидели. Однако удалось зафиксировать иное. На аксиальных послойных срезах в структуре металла были выявлены полости, оставшиеся после заливки кельта. Обратило на себя внимание прежде всего то, что ни с внешней, ни с внутренней стороны „газовых раковин“ не наблюдалось. Следовательно, технология литейного производства была соблюдена: металл имел необходимую температуру, литейные створки были прогреты, газ выходил полностью. При детальном рассмотрении в газовых полостях читаются инородные частицы. Что это — нерасплавленный металл или шлак, случайно попавший в отливку? Возможно, именно поэтому мастеру-литейщику не хватило металла, чтобы долить второе ушко кельта. Полагаю, дальнейшие исследования и анализ шкалы Хаунсфилда помогут пролить свет на особенности литейного производства мастеров раннего железного века. Особый интерес представляют результаты КТ-анализа остатков рукояти. На снимках отчетливо видны все растрескивания древесины, их направления и глубина. Подобная информация представляет исключительную ценность для музейных реставраторов», — рассказал Дмитрий Ненахов.

КТ-сканирование внутренней структуры металлических предметов осложняется большим количеством артефактов, которые могут препятствовать визуализации полученных изображений, однако при тщательном подборе режимов работы аппарата с этой задачей удалось справиться.

«Мы провели несколько серий КТ-сканирования с применением различных протоколов. К сожалению, полностью устранить артефакты на изображениях из-за высокой плотности материала не удалось, однако в верхних слоях предмета удалось визуализировать пузырьки газа, а также внутреннюю полость кельта. Археологический артефакт такого рода мы исследовали впервые», — сказала лаборант-исследователь ЛЯИМ ФФ НГУ Ульяна Кречетова.

«Для нас проведение кт-сканирование такого объекта — огромный шаг вперед с точки зрения обретения специфического опыта археологического и историографического исследования, а также с точки зрения материаловедения, потому что контакты „органика-неорганика“ или металлы различного состава, их поведение в рентгеновском пучке и те данные, которые мы получаем на выходе, безусловно, являются крайне важными в формировании базы данных, которой мы уже обладаем и на расширение которой мы работаем в настоящее время. Судя по первым отзывам наших коллег, им удалось найти нечто значимое, что с сугубо научных археологических позиций расширит наше представление и о культуре того периода, и о тех технологиях и возможностях цивилизации позапрошлого тысячелетия, артефакты которой мы подвергли КТ-исследованию», — пояснил заведующий ЛЯИМ ФФ НГУ Владимир Каныгин.