Опыт применения анализа элементных и минеральных примесей для установления вероятного местонахождения черепа мамонта
Бесплатный доступ
Для атрибуции черепа мамонта, хранящегося в геологическом музее им. А. А. Чернова, использовали минералого-геохимические методы. Выполнен сравнительный анализ содержания 41 элемента-примеси и 25 минеральных видов в костных остатках со стоянки Бызовая и других местонахождений Европейского Северо-Востока России. Установлена геохимическая специфика костей черепа, выраженная в повышенных содержаниях U, Cr, Sc и пониженных концентрациях Co и Mn, сближающая его с бызовскими образцами, однако количественные различия в микроэлементном составе не позволяют сделать однозначный вывод. В отличие от костей с Бызовой в черепе повышены содержания рубидия и ниобия. Минеральные примеси черепа демонстрируют значительное своеобразие, отличающее его от всех остальных образцов. Основными аргументами для гипотезы о местонахождении черепа остаются радиоуглеродная датировка (27740 ± 150, GrA‑66591) и тот факт, что Бызовая является наиболее богатым палеонтологическим местонахождением с остатками мамонта в регионе.
Короткий адрес: https://sciup.org/149152354
IDS: 149152354 | УДК: 56:569.61+550.4 | DOI: 10.19110/geov.2026.9.5
Application of elemental and mineral impurity analysis to determine the provenance of the mammoth skull
We applied mineralogical and geochemical methods to locate the mammoth skull reposited in the Chernov Geological Museum. The comparative analysis of the content of 41 trace elements and 25 mineral species in bone remains from the Byzovaya site and other localities in northeastern European Russia was performed. The skull bones exhibited geochemical characteristics — elevated concentrations of U, Cr, and Sc, along with reduced levels of Co and Mn — similar to those of the Byzovaya specimens. However, the quantitative differences in the trace element composition did not result in an unambiguous conclusion. Unlike the bones from Byzovaya, the skull showed elevated content of rubidium and niobium. The mineral inclusions in the skull were considerably distinctive, setting it apart from all other samples. The principal evidence supporting the attribution of the skull to the Byzovaya site was the radiocarbon dating (27740 ± 150 BP, GrA‑66591) and the fact that Byzovaya is the richest paleontological locality yielding mammoth remains in the region.
Текст научной статьи Опыт применения анализа элементных и минеральных примесей для установления вероятного местонахождения черепа мамонта
В фондах Геологического музея им. А. А. Чернова ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар) хранится фрагмент черепа шерстистого мамонта Mammuthus primi-genius Blumenbach, 1799 (экз. ИГКНЦ № 562/45), интересный своими патологическими изменениями (Пономарев и др., 2025). К сожалению, место и обстоятельства находки черепа неизвестны, и можно только предполагать, что череп был найден в Республике Коми или, возможно, более широко — на Европейском Северо-Востоке (Республика Коми, Ненецкий автономный округ, Архангельская область). На данной территории известно довольно много находок (как правило, единичных) остатков мамонта и других представителей четвертичной мегафауны (Смирнов, 1937; Пономарев,
2001; Безносов, Пономарев, 2021). Среди местонахождений с многочисленными остатками стоит отметить позднепалеолитические стоянки Бызовая, Мамонтовая Курья и Медвежья Пещера, но особенно выделяется в отношении состава фауны стоянка Бызовая на р. Печоре, т. к. среди костных остатков здесь резко преобладают кости мамонта (Кузьмина, 1971; Гуслицер, Лийва, 1972; Пономарев, 2001). В разные годы раскопок из отложений стоянки были извлечены около 2700 костных остатков млекопитающих мамонтовой фауны ( Canis lupus L., Vulpes lagopus L., Ursus arctos L., Mammuthus primigenius Blum., Equus ferus Boddaert, 1785, Coelodonta antiquitatis Blum., Rangifer tarandus L., Bison priscus Boj., Ovibos moschatus (Zimmermann, 1780)), из которых 98 % составляют кости мамонта (Кузьмина, 1971; Павлов,
1996; Пономарев, 2001; Svendsen et al., 2010). По мнению Й.-И. Свендсена с соавторами (2010), общее число костных остатков мамонта может быть около 4000, т. к. примерно 1300 ископаемых костей были утрачены в водах Печоры в результате «лодочного инцидента» в 1965 г.
Астрономический возраст изучаемого черепа мамонта (ИГКНЦ № 562/45) по данным радиоуглеродного анализа (27740 ± 150 GrA-66591, калиброванный диапазон (1σ) 31470–31825 кал. лет) (Пономарев и др., 2025) хорошо согласуется с радиоуглеродными датировками костных остатков мегафауны из отложений стоянки Бызовая, большинство из которых находится в интервале 27–30 тыс. 14 С лет (30620–34730 кал. лет) (Svendsen et al., 2010; Slimak et al., 2011).
Палеолитическая стоянка Бызовая расположена на правом берегу Печоры в 2.5 км выше дер. Бызовая (65°01′30″N, 57°26′06″E) в приустьевой части большого безымянного лога, по дну которого протекает ручей (рис. 1, 2). Костные остатки находятся в культурном слое (часто на его нижней и верхней границах), который представлен валунно-галечными отложениями (1.5 м) с неоднородным гравийно-песчаным и глинистоалевритовым заполнителем с включениями блоков не-переработанного моренного материала (Пономарев, 1997) (рис. 3–5). Скорее всего, отложения культурного слоя сформировались из залегавшей выше морены в результате серии селеподобных потоков (типа debris flow), а затем эти отложения оказались перекрыты эоловыми осадками (Heggen, 2012). Тафономические де-
Рис. 1. Схематическая карта местонахождений исследованных образцов костных остатков четвертичных крупных млекопитающих. Цифры соответствуют номерам в табл. 1
-
Fig. 1. Schematic map showing geographical locations of the studied bone remains of large Quaternary mammals. The numbers on the map correspond to the specimen numbers listed in Table 1
Рис. 2. Схематический геологический профиль четвертичных отложений вдоль реки Печоры у стоянки Бызовая (по Heggen et al., 2012 с упрощ.): 1 — коренные триасовые породы, 2 — эоловые пески, 3 — костеносные отложения культурного слоя
-
Fig. 2. Schematic geological profile of Quaternary deposits along the Pechora River near the Byzovaya site (simplified from Heggen et al., 2012): 1 — Triassic bedrock; 2 — eolian sands; 3 — bone-bearing deposits of the cultural layer
тали указывают на то, что скопление костей здесь образовалось при участии человека (Пономарев, 1997; Heggen, 2012), использовавшего стоянку как место разделки туш животных. Предположительно выходы пестроцветных нижнетриасовых песков и красных аргиллитов, развитых в данном районе, посещались мамонтами как источники минерального питания. При переходе реки по непрочному льду мамонты гибли, и их туши оказывались на излучине реки в месте расположения стоянки. Таким образом, наличие большого количества костей мамонта относительно хорошей сохранности и совпадение их возраста с возрастом найденного черепа при том что большинство находок мамонта на северо-востоке Европы представлены обычно единичными костями, позволяет рассматривать стоянку Бызовая в качестве наиболее вероятного местонахождения исследованного черепа мамонта.
Рис. 3. Разрез отложений стоянки Бызовая: 1 — породы нижнего триаса, 2 — костеносные валунно-галечные отложения в песчано-глинистом заполнителе (культурный слой), 3 — эоловые пески (фото Д. В. Пономарева, 1997 г.)
Fig. 3. Byzovaya site section: 1 — Lower Triassic bedrock; 2 — bone-bearing boulder-pebble deposits with sandy-clay matrix (cultural layer); 3 — eolian sands (photo by D. V. Ponomarev, 1997)
Рис. 4. Блок-диаграмма разреза отложений стоянки Бызовая: 1 — отложения нижнего триаса; 2 — песок; 3 — глина;
4 — алеврит, 5 — галька; 6 — валуны. Цифры в кружках — см. рис. 3
Fig. 4. Block diagram of the deposits section at the Byzovaya site: 1 — Lower Triassic deposits; 2 — sand; 3 — clay; 4 — siltstone; 5 — pebbles; 6 — boulders. Numbers in circles — see Fig. 3
Рис. 5. Фрагмент раскопа (1997 г.) стоянки Бызовая с костями мамонта in situ (фото Д. В. Пономарева)
Fig. 5. Fragment of the excavation (1997) at the Byzovaya site with mammoth bones in situ (photo by D. V. Ponomarev)
Закономерности накопления минеральных и элементных примесей в костях после их захоронения достаточно хорошо изучены (Trueman, Tuross, 2002; Смирнов и др., 2009; Trueman et al., 2011; Herwartz et al. 2013; Силаев и др., 2016; Silaev et al., 2017 и др.). В ходе фоссилизации микроэлементы добавляются или удаляются в зависимости от их концентрации в све- 48
жей кости, состава поровых вод, химических свойств самих элементов, фракционирования в процессе диффузии и адсорбции кристаллами апатита, различий в строении типов костных тканей, что приводит к значительным вариациям их концентраций в ископаемых остатках (на несколько порядков). Эти данные используются в палеонтологии и археологии, как правило для реконструкции условий захоронения и, например, разделения на этой основе асинхронных ископаемых остатков в смешанных комплексах (MacFadden et al., 2007; Смирнов и др., 2009).
Основная цель работы заключалась в проверке гипотезы о происхождении черепа ИГКНЦ № 562/45 из местонахождения Бызовая. Для этого был проведен сравнительный анализ содержания минеральных и ми-кроэлементных примесей в двух образцах черепа (костной ткани и цементе зуба), семи образцах костных остатков со стоянки Бызовая и восьми образцах костей мегафауны из других местонахождений Республики Коми. Мы исходили из того, что, несмотря на множество факторов, влияющих на накопление примесей в костях, наличие у отложений стоянки Бызовая своеобразных геохимических характеристик, отличающих её от иных местонахождений региона, может быть заметно при анализе костных остатков из этого локалитета.
Материал и методы
Объектами исследования являлись фрагмент черепа шерстистого мамонта ( Mammuthus primigenius Blumenbach, 1799), хранящийся в Музее им. А. А. Чернова Института геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН в Сык-
Таблица 1. Список образцов
Table 1. List of samples
|
S 03 u сл s |
Et S CD СО > оз оз пз — S 2 о о я Я С га |
S CD СО > ПЗ — Е 2 о о я Я С га |
2н ° О 1 > си 03 -4—» 03 со "О g ОО |
2н ° О 73 1 > си со 'О g £55 on |
2$ ° О oq 73 1 > си 03 4-> со g СП |
2н ° О „ м 73 1 > си оз -м со g "О g СП |
2н ° О „ м 73 1 > си оз -м со g 'О g £га ел |
2н ° О „ м 73 1 > си оз -м со g "О g ел |
2н ° О „ м 73 1 > си оз -м со g "О g ел |
|
в S D X bo >S u S Я art cu S У -re П Я ГО —■ Ч 5 о о о 8 S |
сь £ гай 7 о 7 о о -^ я ом 3 S “ |
$ 1s $7 8 о о га м |
S ^ tn u о 4 ч ей |
И tn >а S ^ tn u га я ей |
И tn >> S ^ tn u га 2 о 4 га ч ей |
И О 03 tn >> S ^ tn u га 2 о 4 га ч ей |
И О 03 tn >> S ^ tn u га 2 о 4 га ч ей |
И О 03 tn >> S ^ tn u га 2 о 4 га ч ей |
И О 03 tn >> S ^ tn u га 2 о 4 га ч ей |
|
03 Л и со и h ■- оз 03 пЗ Л 2 g rt .Я £ g О 8 |
Сп CN о Ш ^ О о ш О |
Сп CN о Ш Z О о ш О |
^ Ю CN о Ю Z О о m чО |
CN о Ю Z О о ш чо |
ЕЙ Сп CN о Ш Z О о ш чо |
ЕЙ Сп CN о Ю Z О о ю чО |
ЕЙ Сп CN о Ю Z О о ю чО |
||
|
S ОЙц» х о > св Д О 03 о |
и Я га m |
и Я и m |
я Я ш Я 2 8 и m |
пЗ со и |
я Я ш Я 2 8 и m |
я Я и Я 2 8 и m |
я Я и Я 2 8 и m |
||
|
5 2 О 4-» 5 CD Л ел |
я СО 03 К 03 03 и |
К . 03 Д QJ ^ F со н Д и о (2 |
О ~ 03 |
S Я of S § |
К д 03 13 ЯГ а S S |
о ю й 03 м |
О Ю й 03 м ~ оз |
СО н оз л га а 8 Л ю |
К . оз Д 03 $4 F со н Д и о (2 |
|
СО ой SJ S2.S-’§ § ».fi л я а й В О Я 3 ^ |
со § £ 5 а S2.S-’§ § fef л а й В О Я 2 0^2 ай я я 3 ^ |
со н .2 § а 8 а S 2.§-’§ § fef д я а я h G 3 Я В О § Я 2 о 2 ай я Я 3 ^ |
со § а 8 а S 2.§-’§ § fef л я а я ч G 3 я В О Я 2 о 2 ай к я 3 ^ |
со § ^ 5 а s ой?: ’§ ё fef л я а я s S 2 2 >?rS я В о я 2 0^2 3 ^ |
со § ^ 5 а S £.§^ ’§ ё fef л й В О Я 2 2 3 ^ |
со § ^ 5 а ’§ ё fef л я а я Н G я В о я 2 о == 2 ай- к я а 3 ^ |
со § а 8 S о -Й>^ ’§ ё fef л я а я н я 3 га> й я 2 о == 2 гай: к я а 3 ^ |
со н 3 § а 8 а г 2 я а ’§ § ra-f л я а я н я 3 а Й я 2 2 гай- к я 3 ^ |
|
|
5 аЗ § Й и ’Ик Ий j = S 2 S2 |
сч чО ш |
м ш |
ш о |
^ |
о |
чО ^ О |
о |
^ о |
О ^ сь |
|
а .2 Ю а X ° 2а сЗ Z оо |
пЗ гЧ |
CN |
tn |
ш |
чО |
со |
Ch |
Окончание таблицы 1 / End of Table 1
|
° § и ос s |
О oq О „ CN 75 ( , Co CD 4U co nO g > CO GO |
О О CN 73 cd Д со GO |
О о CN 73 cd Д со ПО GO |
о ^ a flmJ g о "G "2 а 2; ® S ^ о “ 2 g S а2 Я пй а 2 ’-П ^ О Ч 6П ® О со Р о S 2 5 £ ор S ей • - Д > Щ . ^ а м чр ^ чо В 04 Й со 04 ч яг а '■Я -й £ а 2 к ^ д ,с ,з ^ s< С Q а- л С |
§ 00 С а |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
>я S аз „ « и s У лз “ян оз s у гая goo оу § ё S |
И to >> га £ M и S 8 о re n |
\ н ь Д Ч rt 0 У . ^ 73 У У HI , СО й^ |
£ \^ t! Ь й Г 1 У ^ ^ гаг . • д 75 У g u н 2 я О у Я to |
^ чО 04 ^ S 3 +1 ^ со о to |
СО о/ |
1 |
|||
|
0J Л и со о> rt Л Й g О 8 £ |
Co oq о VO 2 о о ю чО |
щ vn CN о CN чО f ^ to о чО чО |
щ КО CN о CN чО f to о чО чО |
z " So S а |
щ о ^ о чО ю z тр О СО ю |
Щ гЧ 04 О чО ш Z со 04 о ю чО |
щ о со о to ю Z CN 04 о ^ чО |
щ о со о гЧ чО Z чО to о чО чО |
Щ ю о ^ Ю Z чО чО о Ю чО |
|
я о 0 си у о U •—1 Ч-ч S |
я Я g 1 га ю |
Я S £ S 2 £ §£ §5 g 2 И 2 s S |
О S g S 2 5 §5 g 2 И 2 s S |
g я £ |
га О |
ой со я ? 1 I-J (О |
пй G га ПЙ Ч-Ч га ° а ьо 4 га |
ой ей Щ К <44 щ о & & |
О S .У я га . оз а ч S |
|
о си § £ 4-» 5 О m ^ |
2 га |
о ю £ ~ 0J и о W |
ей М W CD Ь ПО Я й оз О У 43 5. "и 2 W га |
о ЕС £ и о |
S ^ S £ я 2 6 2 5 ~ У Я 2 m |
л ° га я С |
л СО со й S Н И |
л К СО СО Д и |
& П 5ч я 2 6 2 5 ~ н Я оз У я |
|
£ я |
пД £ £ ей S |
со Н .2 ® га 5 а Н-17 ’§ Й а-5 £ £ =.а у о я я 3 ^ |
со О £ 5 а ’Я Й а-5 н о я У £ 3 ^ |
to ® га 8 а g о ’§ Й а-а н о £ 5 У S 3 |
со о ° 33 я га о ос тз га я га e-п со сг |
to ь .2 ® га 5 а S оЙ?1 ’§ я а-а У ^'S я Я 33 S о н о Я У S as» я 3 ^ |
to ь .2 ® га 5 а ’§ й а-а Я 33 S н о Я У S as» к я а £ и 3 ^ |
to ь .2 ® га 5 а ’§ л а-а У ^'S я Я 35 S н о Я У S as» к я 3 ^ |
to ь .а О га 5 а 2 £ s ^ >я § ага 2 £ S 2 £ § S S Д и 3 ^ |
|
’S fig Ий j*= 2 ^ |
у а |
\ Ю Оч |
to \ io Оч |
О \ io |
to oq ч—4 |
ю о f4 |
|||
|
а 2 Z DO |
О гЧ |
oq гЧ |
to гЧ |
Th rH |
ю гЧ |
чО гЧ |
СО гЧ |
04 гЧ |
Примечание: здесь и далее нумерация образцов — см. «Материалы и методы» Note: for sample numbering throughout — see «Materials and Methods»
тывкаре и костные остатки крупных млекопитающих плейстоцена из аллювиальных отложений с территории северо-востока Европы, выбранные для сравнения с черепом мамонта (табл. 1). Пробы эмали, цемента моляров и дентина бивней (образцы 1a, 4, 5, 17, 18) содержали очень малое число элементных примесей, поэтому эти образцы были исключены из анализа и сравнения. Минеральные примеси не были обнаружены в образцах 1a и 4. Образец с рабочим номером 11 был исключен из-за неоднозначной привязки.
Определение минеральных примесей в костях проводилось на сканирующем электронном микроскопе с системой энергодисперсионного микроанализа KYKY EM-6900 (детектор Xplore 30) (оператор В. А. Радаев).
Определение концентрации элементов-примесей выполняли на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) Agilent 7700x (Agilent Technologies, США). Использовался метод кислотного разложения пробы в микроволновой печи (Sineo MDS-10) в герметично закрытых фторопластовых сосудах. Навески массой не более 100 мкг помещали во фторопластовый сосуд и, в зависимости от основного состава пробы, добавляли смесь концентрированных плавиковой, азотной, соляной и хлорной (если присутствует органика) кислот. Мощность и продолжительность микроволнового излучения устанавливали в зависимости от минералогического состава и количества проб. Далее полученные растворы переводили в хлориды. Сухой остаток переводили в 5 % раствор азотной кислоты с последующим многократным разбавлением для уменьшения влияния матричных элементов. Перед измерением в пробу добавляли внутренний стандарт (In) для контроля возможного дрейфа аналитического сигнала в процессе измерения. Все разбавления велись весовым методом для уменьшения ошибки в измерениях. Для минимизации степени загрязнения растворение в смеси кислот, разбавление и непосредственно измерение на приборе выполняли в одноразовых пластиковых пробирках. Использовались кислоты марки ОСЧ, дополнительно очищенные с помощью системы перегонки кислот АОК-70, и деионизированная вода. Вместе с анализируемыми образцами выполнялось разложение холостых проб и стандартного образца.
Ксеноминеральные примеси (табл. 2) представлены в форме «присутствия-отсутствия» минералов. Поэтому для сравнения образцов мы применили индекс Симпсона (Simpson, 1943): M/Nmin, где М — число совпадений между двумя сравниваемыми образцами по отдельным примесям, Nmin — меньшее из двух значений числа разных примесей в двух образцах. Этот индекс рассматривает два образца как идентичные, если число разных примесей одного из них является подмножеством набора примесей другого, что делает его устойчивым к неполноте данных (= случайное не-обнаружение того или иного минерала). Для сравнения с индексом Симпсона использовали широко известный индекс сходства Жаккара для бинарных данных: M/(M+N), где M — число совпадений между двумя сравниваемыми образцами по отдельным примесям, а N — общее число выявленных минералов для сравниваемой пары образцов.
Для сравнения образцов по микроэлементному составу (табл. 3) использовали только набор элемен- тов, которые были обнаружены в каждом из них. Так, например, были исключены Nb, Mo, Ag и др. Этот отбор хотя и ограничил число элементов, но позволил включить в исследование все образцы. Переменные стандартизировались для нивелировки специфических различий в концентрациях элементов. Затем между всеми парами образцов вычислялась евклидова дистанция.
Все три матрицы индексов — Симпсона, Жаккара и евклидовых дистанций — обрабатывали методом неметрического многомерного шкалирования. Этот непараметрический метод многомерного анализа позволяет отобразить подобие образцов в координатных пространствах низкой размерности, много меньшей, чем количество исходных переменных (число разных минералов или микроэлементов). Полученные двумерные графики дали возможность оценить схожесть исследуемого образца мамонта из неизвестного местонахождения с образцами из известных местонахождений (табл. 1).
Для изучения ковариации изменчивости концентраций элементов в исследуемых образцах применили метод главных компонент. В этом случае взаимо-положение образцов отображается в координатах, воспроизводящих основные компоненты этой изменчивости.
Все расчеты и построение графиков реализовывались в статистическом пакете PAST v. 5.4 (Hammer, Harper, 2005).
Результаты и их обсуждение
Микроэлементы
Результаты измерения концентраций элементов-примесей приведены в табл. 2. На рис. 6 и 7 показано распределение содержания элементов-примесей и отдельно лантаноидов в исследованных образцах. Всего обнаружен 41 элемент, содержание их варьирует более чем на четыре порядка.
Анализируя микроэлементный состав, можно отметить, что в целом череп по большинству элементов находится в пределах варьирования содержаний элементов для всех образцов с небольшой спецификой. Образец черепа отличают повышенные концентрации урана, хрома и скандия и пониженные содержания кобальта и марганца. Эти же признаки в определенной степени характерны и для костей из Бызовой, что сближает череп с костями из этого местонахождения. Такие особенности накопления указанных элементов типичны для глинистых и биогенных отложений, сформировавшихся в кислой восстановительной среде заболоченного типа (Перельман, 1989; Перельман, Касимов, 1999; Чертко, 2007). Данные обстановки осадконакопления в общем хорошо согласуются с условиями формирования костеносных отложений Бызовой, представленных валунно-галечным материалом в песчаноглинистом матриксе, образовавшихся из морены вследствие ряда селеподобных склоновых процессов типа debris flow (Пономарев, 1997; Heggen et al., 2012). С другой стороны, повышенные содержания рубидия и ниобия отличают череп от образцов из Бызовой и сближают с костями из других местонахождений.
Многомерный анализ образцов по содержанию микроэлементов подтверждает описанную геохими- 51
Таблица 2. Содержание микроэлементов в образцах, г/т
Table 2. Trace element contents in the samples (g/t, i. e., ppm)
|
1а |
2 |
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|
|
Sc |
1 |
3.8 |
3.6 |
1.1 |
2.4 |
2.3 |
2.7 |
1.3 |
2.4 |
1.7 |
0.58 |
1.2 |
1.7 |
1.7 |
0.58 |
0.63 |
3.9 |
|
Ti |
366 |
783 |
378 |
374 |
385 |
379 |
457 |
407 |
542 |
408 |
429 |
464 |
419 |
754 |
581 |
518 |
1137 |
|
V |
24 |
31 |
25 |
27 |
31 |
27 |
51 |
36 |
55 |
24 |
20 |
18 |
45 |
32 |
28 |
29 |
91 |
|
Cr |
8.6 |
28 |
9.4 |
8.9 |
15 |
21 |
13 |
7.6 |
25 |
3.9 |
4.1 |
3.3 |
32 |
9.4 |
4.6 |
2.6 |
21 |
|
Mn |
2414 |
1521 |
2111 |
1181 |
1956 |
1995 |
2640 |
1713 |
2811 |
4713 |
5206 |
3105 |
3331 |
10475 |
5460 |
4911 |
7110 |
|
Co |
3.4 |
4.5 |
3.6 |
2.5 |
2.8 |
2.4 |
3.5 |
2.3 |
4.9 |
17 |
14 |
11 |
4.8 |
12 |
2.6 |
2.4 |
14 |
|
Cu |
5 |
33 |
55 |
4.3 |
24 |
11 |
36 |
34 |
57 |
– |
1.7 |
2.3 |
32 |
3 |
– |
– |
6.8 |
|
Zn |
104 |
100 |
80 |
107 |
68 |
103 |
55 |
81 |
101 |
83 |
80 |
113 |
57 |
108 |
29 |
20 |
93 |
|
Ga |
2.4 |
3.2 |
2.4 |
2.3 |
2.3 |
2.3 |
2.7 |
2.5 |
2.8 |
2.6 |
2.5 |
2.4 |
2.7 |
3.6 |
3.7 |
3.5 |
4.7 |
|
Rb |
– |
5.8 |
0.81 |
– |
0.48 |
0.39 |
1 |
0.46 |
2.3 |
0.32 |
1.4 |
– |
– |
6.6 |
– |
– |
14 |
|
Sr |
421 |
352 |
314 |
287 |
235 |
189 |
295 |
245 |
385 |
500 |
246 |
347 |
487 |
346 |
447 |
499 |
402 |
|
Y |
1.4 |
8.9 |
31 |
0.31 |
5.9 |
8.4 |
11 |
2 |
12 |
17 |
4.1 |
0.34 |
11 |
8.4 |
0.1 |
0.085 |
46 |
|
Zr |
2.1 |
21 |
5.9 |
0.21 |
4.9 |
2.9 |
8.3 |
5.2 |
16 |
3 |
6.5 |
0.5 |
14 |
13 |
0.048 |
0.039 |
34 |
|
Nb |
– |
0.94 |
0.1 |
– |
0.088 |
– |
0.25 |
0.074 |
0.38 |
0.099 |
0.22 |
– |
0.086 |
1.1 |
– |
– |
2.3 |
|
Mo |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
3.2 |
1.3 |
0.94 |
– |
0.74 |
1.2 |
– |
3.9 |
|
Rh |
0.069 |
0.046 |
0.04 |
0.043 |
– |
0.027 |
0.039 |
0.035 |
0.057 |
0.083 |
0.031 |
– |
0.087 |
0.049 |
0.057 |
0.059 |
0.049 |
|
Ag |
– |
0.12 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0.13 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0.27 |
|
Cd |
– |
2.1 |
2.8 |
– |
– |
– |
2.1 |
1.7 |
4.5 |
– |
– |
– |
1.9 |
0.95 |
– |
– |
2.6 |
|
Cs |
– |
0.3 |
– |
– |
– |
– |
0.058 |
– |
0.13 |
– |
0.093 |
– |
– |
0.26 |
– |
– |
0.76 |
|
Ba |
478 |
386 |
335 |
257 |
237 |
239 |
344 |
263 |
870 |
794 |
486 |
456 |
391 |
543 |
625 |
196 |
834 |
|
La |
0.64 |
4 |
13 |
0.12 |
2.3 |
2.2 |
5.4 |
1.2 |
5.2 |
6 |
1.6 |
0.18 |
8.3 |
3.7 |
– |
– |
17 |
|
Ce |
0.64 |
7.3 |
19 |
0.17 |
2.5 |
1.2 |
6.9 |
1.9 |
4.9 |
11 |
2.5 |
0.28 |
5.2 |
7.1 |
– |
– |
34 |
|
Pr |
0.089 |
1 |
2.7 |
– |
0.42 |
0.38 |
0.98 |
0.22 |
0.91 |
1.2 |
0.27 |
– |
1.2 |
0.8 |
– |
– |
4.1 |
|
Nd |
0.41 |
4.6 |
13 |
– |
1.8 |
1.8 |
4.3 |
1.2 |
4 |
5.9 |
1.3 |
– |
5.7 |
3.8 |
– |
– |
22 |
|
Sm |
– |
0.98 |
2.7 |
– |
0.31 |
0.36 |
0.85 |
0.24 |
0.82 |
1.4 |
0.31 |
– |
1.1 |
0.83 |
– |
– |
4.4 |
|
Eu |
0.54 |
0.64 |
1 |
0.28 |
0.34 |
0.36 |
0.54 |
0.33 |
1.1 |
1.2 |
0.58 |
0.43 |
0.65 |
0.73 |
0.64 |
0.18 |
2.1 |
|
Gd |
0.13 |
1.2 |
3.3 |
– |
0.47 |
0.41 |
1.2 |
0.28 |
1.2 |
2.1 |
0.35 |
– |
1.4 |
1 |
– |
– |
6.3 |
|
Tb |
0.018 |
0.19 |
0.52 |
– |
0.087 |
0.093 |
0.19 |
0.061 |
0.19 |
0.35 |
0.051 |
– |
0.19 |
0.16 |
– |
– |
0.91 |
|
Dy |
0.13 |
1 |
2.8 |
– |
0.5 |
0.61 |
1 |
0.3 |
1.1 |
2.2 |
0.32 |
– |
1.1 |
0.87 |
– |
– |
5.4 |
|
Ho |
0.033 |
0.23 |
0.65 |
– |
0.13 |
0.17 |
0.27 |
0.066 |
0.26 |
0.53 |
0.094 |
– |
0.24 |
0.21 |
– |
– |
1.4 |
|
Er |
0.07 |
0.83 |
2 |
– |
0.41 |
0.53 |
0.84 |
0.2 |
0.92 |
1.6 |
0.28 |
– |
0.84 |
0.71 |
– |
– |
4.4 |
|
Tm |
– |
0.11 |
0.26 |
– |
0.059 |
0.078 |
0.12 |
0.03 |
0.14 |
0.22 |
0.044 |
– |
0.094 |
0.11 |
– |
– |
0.58 |
|
Yb |
0.063 |
0.75 |
1.8 |
– |
0.41 |
0.51 |
0.73 |
0.19 |
0.85 |
1.3 |
0.31 |
– |
0.65 |
0.67 |
– |
– |
3.8 |
|
Lu |
0.016 |
0.13 |
0.28 |
– |
0.08 |
0.09 |
0.14 |
0.042 |
0.14 |
0.21 |
0.058 |
– |
0.086 |
0.11 |
– |
– |
0.69 |
|
Hf |
– |
0.46 |
0.077 |
– |
0.073 |
– |
0.15 |
0.058 |
0.3 |
– |
0.12 |
– |
0.18 |
0.37 |
– |
– |
0.77 |
|
Ta |
0.036 |
0.077 |
– |
– |
– |
– |
0.04 |
– |
0.039 |
– |
0.036 |
– |
– |
0.075 |
– |
– |
0.18 |
|
W |
– |
0.15 |
0.091 |
– |
– |
0.086 |
0.076 |
– |
– |
0.21 |
0.15 |
– |
– |
0.16 |
– |
– |
0.31 |
|
Pb |
0.36 |
2.1 |
0.62 |
0.17 |
0.61 |
0.36 |
0.93 |
0.7 |
0.99 |
0.49 |
0.41 |
– |
1.7 |
1.9 |
– |
– |
3.7 |
|
Bi |
– |
0.023 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0.031 |
|
Th |
– |
0.78 |
0.13 |
– |
0.078 |
0.04 |
0.2 |
0.088 |
0.36 |
0.064 |
0.16 |
– |
0.083 |
0.55 |
– |
– |
1.3 |
|
U |
15 |
39 |
23 |
3.8 |
40 |
26 |
57 |
26 |
52 |
3.2 |
2.4 |
4.3 |
17 |
5.8 |
– |
– |
2.8 |
Таблица 3. Ксеноминеральные примеси в костных остатках
Table 3. Xenogenic mineral impurities in the bone remains
|
ИГКНЦ № 562/45 IGKSC No. 562/45 |
Бызовая Byzovaya |
Другие местонахождения Other locations |
||||||||||||||
|
2 |
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|
|
Аллапрингит Allapringite |
+ + + + + + + + + + + + + + |
+ + |
+ |
+ + + + + + |
+ + |
+ + + + + + |
+ |
+ + + + + |
+ + |
+ + + + + + + + |
+ + |
+ |
+ + + |
+ + + + + + |
+ + + + + |
+ + + + + + + + |
|
Альбит Albite |
||||||||||||||||
|
Амфибол Amphibole |
||||||||||||||||
|
Гидроксиды железа Iron hydroxides |
||||||||||||||||
|
Гранат Garnet |
||||||||||||||||
|
Доломит Dolomite |
||||||||||||||||
|
Ильменит Ilmenite |
||||||||||||||||
|
Кальцит Calcite |
||||||||||||||||
|
Кварц Quartz |
||||||||||||||||
|
Крандаллит ? Crandallite ? |
||||||||||||||||
|
Магнетит Magnetite |
||||||||||||||||
|
Манганит Manganite |
||||||||||||||||
|
Микроклин Microcline |
||||||||||||||||
|
Мусковит Muscovite |
||||||||||||||||
|
Оксид марганца Manganese oxide |
||||||||||||||||
|
Пирит Pyrite |
||||||||||||||||
|
Плагиоклаз Plagioclase |
||||||||||||||||
|
Полевой шпат Feldspar |
||||||||||||||||
|
Рутил Rutile |
||||||||||||||||
|
Титанит Titanite |
||||||||||||||||
|
Хлорит Chlorite |
||||||||||||||||
|
Циркон Zircon |
||||||||||||||||
|
Шпинель Spinel |
||||||||||||||||
|
Энстатит Enstatite |
||||||||||||||||
|
Эпидот Epidote |
||||||||||||||||
Рис. 6. Содержание элементов (за исключением лантаноидов) в образцах костей млекопитающих из местонахождений северо-востока Европы. Нормирование по осадочным породам (глины и сланцы) по А. П. Виноградову (Войткевич и др., 1990)
Fig. 6. Content of elements (excluding lanthanides) in mammal bone samples from sites in the Northeastern Europe, normalized to average sedimentary rocks (clays and shales) after A. P. Vinogradov (Voitkevich et al., 1990)
Рис. 7. Содержание лантаноидов и иттрия в образцах костей млекопитающих из местонахождений крайнего северо-востока Европы. Нормирование по осадочным породам (глины и сланцы) по А. П. Виноградову. (Войткевич и др., 1990) Fig. 7. Lanthanide and yttrium content in mammal bone samples from sites from sites in the Northeastern Europe, normalized to average sedimentary rocks (clays and shales) after A. P. Vinogradov (Voitkevich et al., 1990)
ческую специфику черепа, выраженную в повышенных концентрациях U, Cr и Sc, а также пониженных Co и Mn относительно других образцов (рис. 8). Метод главных компонент (рис. 8, a) и метод неметрического многомерного шкалирования (рис. 8, b) дали сходные результаты. Показано относительно небольшое варьирование концентраций элементов в образцах из местонахождения Бызовая на фоне изменчивости образцов всех прочих местонахождений и относительное обособление от тех и других образца черепа ИГКНЦ № 562/45. Хотя этот череп по составу микроэлементов обнаруживает некоторую общность с образцами из местонахождения Бызовая, следует учитывать наблюдаемые существенные количественные различия между ними.
Все образцы характеризовались преобладанием легких редкоземельных элементов (РЗЭ) над тяжелыми (рис. 9), что характерно для литогенных пород, испытавших несколько циклов седиментации (Балашов, 1976). Наши данные отличаются от материалов Н. Г. Смирнова с соавторами (2009), по чьим сведениям кости грызунов из пещерных и аллювиальных отложений были обогащены тяжелыми элементами, что интерпретировалось авторами как следствие переноса элементов не в ионной, а в комплексной форме.
Цериевая и европиевая аномалии — Се/Се*>1 и Eu/ Eu*<1 — демонстрируют широкий разброс значений без выраженных закономерностей, и при этом данные коэффициенты во всех наших образцах указывают на восстановительные условия. В работе Смирнова
Рис. 8. Распределение образцов по содержанию элементных примесей в пространстве первых двух главных компонент (a) и осей многомерного шкалирования (b): skull — образец черепа ИГКНЦ № 562/45, B — образцы из местонахождения Бызовая, NB — образцы из других местонахождений; цифры — номера образцов в табл. 1
-
Fig. 8. Distribution of samples according to elemental impurity content in the space of the first two principal components (a) and along the axes of multidimensional scaling (b). Symbols: skull — cranium sample IGKSC 562/45, B — samples from the Byzovaya locality; NB — samples from other localities; numbers — sample numbers as in Table 1
О Бызовая
В череп ИГКНЦ № 562/45
Рис. 9. Вариации соотношения легких/тяжелых РЗЭ и отношения Y/Ho (a), а также вариации европиевой Eu/Eu* и цериевой Ce/Ce* аномалий в костях млекопитающих из исследованных местонахождений
А другие
-
Fig. 9. Variations in the LREE/HREE and Y/Ho ratios (a) and the Eu/Eu* and Ce/Ce* anomalies in mammal bones from the studied localities (b)
и др. (2009) цериевая и европиевая аномалии, наоборот, сопоставляются с окислительными условиями.
По мнению этих авторов, обычно происходит обогащение костей микроэлементами до выравнивания их содержания в кости и в породе. Однако самая древняя кость в их исследовании содержала меньше примесей, чем значительно более молодая.
По данным ряда авторов (Tütken, Vennemann, 2011; Trueman et al., 2011; Herwartz et al., 2013), прямая связь между накоплением РЗЭ и временем отсутствует. По мнению Trueman et al. (2011) и Herwartz et al. (2013) закономерности распределения РЗЭ и аномалии Ce в ископаемых костях следует интерпретировать с осторожностью, поскольку они варьируют внутри кости и зависят как от процессов внутрикостного фракционирования, так и от изменяющегося состава диагенетических жидкостей.
С использованием теоретического моделирования для характеристики процессов поглощения микроэлементов в костях во время диагенеза было показано, что в процессе фоссилизации в костях редкоземельные элементы (РЗЭ) сильно фракционируются друг от друга во время диффузионного транспорта и адсорбции (Trueman et al., 2011). Замещение ионов РЗЭ на кальциевых участках в апатите, а также скорость диффузии (а следовательно, скорость перекристаллизации мелких кристаллов биоапатита) являются основными факторами, контролирующими фракционирование РЗЭ. Таким образом, пространственное распределение и относительное содержание РЗЭ в окаменелых костях в значительной степени зависят от процессов фракционирования, происходящих внутри кости, а не отражают различия в условиях окружающей среды во время поглощения. Этот подход очень хорошо объясняет вариации отношений легких/тяже-лых элементов и цериевые-европиевые аномалии.
Таким образом, фракционирование на кристаллах апатита в кости при диагенезе, а не состав поровых вод является одним из основных факторов накопления РЗЭ в костях, что сильно ограничивает использование микроэлементов для целей тафономии, а также церия как индикатора окислительно-восстановительных условий.
Минеральные примеси
Всего в исследованных образцах костей были установлены 25 минеральных разновидностей (табл. 3). По набору минеральных примесей череп исследуемого мамонта демонстрирует выраженное отличие от образцов как из Бызовой, так и из других местонахождений (рис. 10). Он характеризуется повышенным разнообразием минералов (альбит, гранат, ильменит, кварц, микроклин, мусковит, плагиоклаз, рутил, титанит, хлорит, шпинель, энстатит, эпидот и гидроксиды железа), в то время как в прочих образцах преобладает манганит. Полученный результат был устойчив относительно разных используемых нами индексов сходства (Симпсона и Жаккара), что повышает его обоснованность.
Заключение
Элементные и минеральные примеси в костях черепа шерстистого мамонта ( Mammuthus primigenius ) из коллекции музея имени А. А. Чернова (экз. ИГКНЦ № 562/45) исследовались с целью установления его вероятного местонахождения. Было проведено сопоставление содержания 41 элемента-примеси (включая редкоземельные элементы) и 25 минеральных разновидностей в костных остатках со стоянки Бызовая и из других местонахождений Европейского Северо-Востока России.
Рис. 10. Распределение образцов по содержанию минеральных примесей в пространстве первых двух осей многомерного шкалирования. Расчет по индексам Симпсона (a) и Жаккара (b). Условные обозначения — см. рис. 8, цифры — номера образцов в табл. 1
Fig. 10. Distribution of samples based on mineral impurity content in the space of the first two axes of multidimensional scaling, calculated using (a) the Simpson index and (b) the Jaccard index. Legend — see Fig. 8, numbers — sample numbers as in Table 1
Исследованный череп обладает геохимической спецификой, проявляющейся в относительно высоких концентрациях урана, хрома и скандия, а также пониженных содержаниях кобальта и марганца. Данные особенности сближают череп с образцами из Бызовой, что согласуется с гипотезой о его происхождении из этого местонахождения. Однако количественные различия в микроэлементном составе между черепом и костными остатками из Бызовой не позволяют сделать однозначный вывод. Повышенные содержания рубидия и ниобия отличают череп от образцов из Бызовой и сближают с костями из других местонахождений. Минеральные примеси демонстрируют значительное своеобразие черепа, повышенное разнообразие минералов — альбита, граната, ильменита, микроклина, титанита, шпинели, эпидота и др. — отличает его от всех остальных образцов.
Полученные результаты свидетельствуют о сложности интерпретации данных о распределении элементов-примесей в ископаемых костных остатках, что ограничивает использование этих показателей в качестве тафономических индикаторов. Полученные данные по минеральным и элементным примесям в костной ткани не дают оснований для однозначного заключения относительно места происхождения черепа мамонта. Основными критериями для атрибуции являются радиоуглеродная датировка, а также тот факт, что стоянка Бызовая сильно выделяется среди других местонахождений региона по количеству костей мамонта.
Тем не менее следует отметить, что образцы из местонахождения Бызовая демонстрировали меньшую изменчивость по сравнению с отдельными образцами из других местонахождений. Это позволяет нам с осторожностью предположить, что используемые маркеры в совокупности, вероятно, могут применятся при проверке гипотез о происхождении неэтикети-рованных коллекционных образцов плейстоценовой териофауны региона. Для этого необходимо собрать репрезентативную выборку (банк данных) по элементному составу и минеральным примесям в костных остатках из известных местонахождений.
Работа выполнена в рамках госзадания ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (тема НИР № 12204060008-5) и Института географии РАН (в ЕГИСУ НИОКТР № FMWS-2026-002).
