Петромагнитные и палеомагнитные исследования отложений палеолитических стоянок Каттасай-1, -2

Междисциплинарные исследования последнего десятилетия на территории западной части Центральной Азии, а именно в предгорьях Западного Тянь-Шаня, позволили расширить современные представления о распространении древних человеческих популяций в разных экологических нишах. К сравнительно недавно открытым археологическим местонахождениям относятся палеолитические стоянки Каттасай-1 и -2. Они располагаются в восточной части Узбекистана, примерно в 100 км от Ташкента, в западной части Чаткальского хребта (рис. 1). Каттасай-1 находится на западном склоне удлиненного холма (41°06ʹ49.7ʹʹ с.ш., 70°05ʹ28.2ʹʹ в.д., 1320 м над ур. м.), Каттасай-2 – на северо-западном склоне того же холма, ок. 1,3 км к северо-востоку от Каттасая-1 и на 130 м выше (41°07ʹ10.2ʹʹ с.ш., 70°06ʹ16.3.2ʹʹ в.д.) [Милютин, 2012].

В 2013–2018 гг. на этих стоянках российско-польско-узбекской экспедицией велись раскопки [Krajcarz et al., 2016]. На Каттасае-1 археологический материал, а также многочисленные раковины моллюсков были зафиксированы в переотложенном состоянии в заполнении эрозионных каналов. Было установлено, что эти культуросодержащие отложе-98

ния сформировались в результате делювиальных процессов. Калиброванные радиоуглеродные даты 41 399–38 559 л.н. (Poz-82152) и 41 651–38 511 л.н. (Poz-82153) из слоя 4c, а также U/Th дата 38 305 + + 1 016/–1 009 л.н., полученная в результате совместного датирования нескольких образцов моллюсков из слоев 4b и 4c [Там же], указывают, что данная территория была заселена древним человеком в середине МИС 3. В индустрии Каттасая-1 фиксируется использование нескольких схем кам-необрабоки, близких леваллуазской модели расщепления камня. Они ориентированы на изготовление отщепов (в т.ч. удлиненных).

На стоянке Каттасай-2 были выделены два археологических горизонта. Нижний культурный горизонт, расположенный в основании подслоя 3а, может быть датирован в широком интервале 48–42 тыс. л.н., а верхний горизонт, приуроченный к кровле подслоя 2b, видимо, имеет возраст ок. 48 тыс. лет. Нельзя исключать, что оба горизонта включают одновозрастной археологический материал, хронологически соответствующий середине стадии МИС 3 и неоднократно переотложенный в результате коллювиальных процессов.

Рис. 1. Географическое положение палеолитических стоянок Каттасай-1 и -2.

Таким образом, верхний и нижний культурные горизонты Каттасая-2 и Каттасая-1 имеют сходный возраст. При этом индустрии Каттасая-2 содержат некоторые специфические формы, свойственные как среднему, так и верхнему палеолиту, и одной из сближающих их черт является присутствие продуктов леваллуазской острийной технологии. Присутствие в технологическом репертуаре обитателей стоянок разнообразных схем леваллуазского расщепления указывает на то, что они могут принадлежать особому варианту развития среднего палеолита запада Центральной Азии.

Для уточнения геохронологических позиций материальных остатков и характера генезиса культуросодержащих отложений стоянок Каттасай-1 и -2 была предпринята попытка петромагнитного и па-леомагнитного изучения геологических разрезов.

Отбор образцов осуществлялся в стандартные пластиковые контейнеры с внутренним объемом 5,0; 5,5; 7,0 и 8,0 см3 из вертикальных стенок раскопов. Ориентировка образцов осуществлялась по магнитному меридиану и солнечному азимуту с помощью геологического компаса Brunton 5008 (США). Шаг отбора в общем случае составлял 10 см. Из разреза местонахождения Каттасай-1 было отобрано 28 образцов; из разреза Каттасай-2 – 26 образцов.

Изучение анизотропии магнитной восприимчивости и палеомагнитные исследования выполнены в Палеомагнитном центре ИНГГ СО РАН (Новосибирск). Для измерения величины объемной магнитной восприимчивости и ее анизотропии (AMВ) использовался мультифункциональный каппа-мост MFK1-FА производства AGICO (Чехия). Количественными оценками АМВ являются степень анизотропии Рj; линейная (L) и плоскостная (F) анизотропия. Эллипсоид магнитной анизотропии характеризуется направлением и величиной его главных осей (К1 – максимальная, К2 – средняя, К3 – минимальная) и параметром Т, определяющим его форму [Tarling, Hrouda, 1993]. Распределение главных осей АМВ определяет магнитную текстуру породы.

Палеомагнитные исследования проводились на криогенном магнитометре 2G Enterprise 755R со встроенной установкой для размагничивания переменным магнитным полем, размещенным в комнате магнитного вакуума. Все образцы прошли ступенчатое размагничивание переменным полем с шагом от 6 до 10 мТл вплоть до 94–104 мТл (всего 13–15 шагов). На каждом шаге измерялись величина и направление вектора естественной остаточной намагниченности (NRM). Интерпретация резуль- татов размагничивания выполнялась с помощью стандартных алгоритмов [Zijderveld, 1967; Fisher, 1953], реализованных в пакете прикладных программ [Enkin, 1994].

По данным работ последних лет [Krajcarz et al., 2016], стратиграфические разрезы стоянок Катта-сай-1 и -2 сложены главным образом делювиальными и коллювиальными суглинками различных оттенков палевого и коричневого цвета, местами биотурбированных и карбонатизированных. В целом в изученной части разреза Каттасай-1 выделяется два слоя: слой 4 (подразделяемый на горизонты 4a, 4b, 4c) и слой 5 (рис. 2). В разрезе Каттасая-2 выделяются три слоя – 2b, 3 и 4 (рис. 3).

Стоянка Каттасай-1. Измерения показали, что степень анизотропии магнитной восприимчивости (Pj) в осадках объекта невелика – менее 1 % (см. рис. 2). Такие же низкие значения характерны для линейной (L) и плоскостной (F) анизотропии, при этом оба этих параметра изменяются в проти- вофазе. Соответственно, форма эллипсоида анизотропии изменяется от сигарообразной до плоского диска, на что указывают вариации фактора формы (T) от –1 до +1 (рис. 2). Магнитная текстура осадков (пространственное распределение осей эллипсоида АМВ) в разрезе Каттасая-1 не характерна для типичных лессово-почвенных толщ Китая, Европы, Сибири и Аляски. Если во всех этих регионах субаэральные осадки имеют типичную осадочную магнитную структуру с преимущественной ориентировкой минимальных осей АМВ перпендикулярно плоскости пласта (в центре стереограммы) и более или менее равномерным распределением осей в горизонтальной плоскости (по краю стереограммы), то в разрезе Каттасая-1 наблюдается обращенная магнитная текстура (рис. 4, 1). Здесь максимальные оси АМВ растянуты вдоль меридиана, а минимальные оси группируются по краю стереограммы в направлении, перпендикулярном К1 (рис. 4, 1а).

Рис. 2. Литолого-стратиграфическая характеристика разреза стоянки Каттасай-1 и изменения параметров магнитной анизотропии в зависимости от глубины.

Линейная анизотропия

Плоскостная анизотропия

Фактор формы

Степень анизотропии

Рис. 3. Литолого-стратиграфическая характеристика разреза и параметры АМВ стоянки Каттасай-2. Красные прямоугольники – интервалы с субмеридиональным трендом распределения осей К1 и З – В ориентировкой осей К3 (магнитная текстура первого типа).

Такая специфическая магнитная текстура характерна только для осадков, образованных в результате схода турбидитных потоков [Tarling, Hrouda, 1993; Dall’Olio, Felletti, Muttoni, 2013] (модель 3 по: [Попов, Журавлев, 2012]). В разрезе Каттасая-1 подобная магнитная текстура, по-видимому, могла образоваться в результате движения мощных водных потоков вдоль склона при интенсивных осадках и/ или таянии снегов. Действительно, направление потока, определяемое по ориентировке среднего направления максимальной оси АМВ [Fabrizio, Dall’Olio, Muttoni, 2016] ориентировкой склона и направлением ископаемых промоин, вскрытых при раскопах стоянки Каттасай-1 [Krajcarz et al., 2016]. Таким образом, отложения Каттасая-1 образовались в результате интенсивного плоскостного смыва, при этом осадочный материал переносился потоком во взвешенном состоянии.

Кроме того, в разрезе наблюдается определенная цикличность – наряду с образцами с линейной анизотропией и вытянутой формой эллипсоида АМВ (Т < 0) присутствуют образцы с низкой анизотропией и формой эллипсоида АМВ в виде плоского диска (T > 0,5) (см. рис. 2; 4, 1). Эти образцы соответствуют четырем различным интервалам в разрезе (рис. 4, 1). По-видимому, в этих интервалах частично сохранилась первичная плоскостная текстура, характеризующая менее активные условия осадконакопления, таким образом, интенсивность плоскостного смыва в разрезе Каттасая-1 периодически изменялась.

Ступенчатое размагничивание переменным магнитным полем показало, что естественная остаточная намагниченность (NRM) образцов преимущественно однокомпонентная, не считая вязкой составляющей, разрушаемой в полях до 25 мТл (рис. 4, 2 ). Медианное разрушающее поле, определяющее стабильность намагниченности, варьирует в пределах 15–45 мТл, что характерно для псевдооднодоменных и мелких многодоменных

Рис. 4. Результаты палеомагнитных измерений разреза Каттасай-1.

1 – магнитная анизотропия отложений в разрезе объекта Каттасай-1: а – стереограмма распределения максимальных (K1, синие квадраты) и минимальных (K3, розовые точки) осей АМВ. Крупными символами показаны средние направления, овалами соответствующего цвета – доверительные интервалы; б – зависимость между степенью анизотропии и величиной магнитной восприимчивости; в – связь между фактором формы и степенью анизотропии; 2, 3 – результаты ступенчатого размагничивания переменным магнитным полем представительных образцов из разреза объекта Каттасай-1: 2 – образец № 171050, прямая намагниченность, а – стереограмма изменения направления NRM в процессе размагничивания; б – ортогональная диаграмма; в – изменения величины NRM; 3 – образец № 171140, аномальная намагниченность, а – в – см. 2 ; 4 – распределение направлений характеристической компоненты намагниченности в разрезе объекта Каттасай-1.

зерен магнетита. Все эти образцы имеют прямую полярность, близкую по направлению к современному геомагнитному полю в точке отбора и малые (менее 5°) доверительные интервалы (рис. 4, 4 ). Образцы с низкой (менее 15 мТл) величиной медианного разрушающего поля демонстрируют более широкие доверительные интервалы (более 5°) и больший разброс направлений намагниченности (рис. 4, 3 ; 5). Тем не менее средние направления намагниченности всех образцов N = 26; D = 352,4°; I = 59,2°; a95 = 3,3° (за исключением образцов

№ 171010 и 171140) статистически не отличаются от направления современного геомагнитного поля (с точностью до амплитуды его вековых вариаций).

Образцы № 171010 и 171140 располагаются на различных стратиграфических уровнях, при этом соседние с ними образцы имеют только прямую полярность. Таким образом, аномальные направления намагниченности этих образцов нельзя рассматривать как отражения экскурсов геомагнитного поля. Скорее всего, это случайные ошибки в записи направления намагниченности, связан- ные с частичным разворотом магнитных частиц в результате плоскостного смыва и/или деформацией осадков.

Стоянка Каттасай-2 . Магнитная анизотропия в отложениях местонахождения Каттасай-2 в целом несколько выше, чем в отложениях Каттасая-1 и достигает 2 % (см. рис. 3). При этом наиболее высокие значения демонстрируют Pj и F, и интервалы их максимальных значений в разрезах совпадают. Это свидетельствует о преимущественно плоскостном характере АМВ, что подтверждается значениями фактора формы – у большинства образцов Т ≥ 0 и лишь для двух образцов Т меньше –0,5. Магнитная текстура осадков в разрезе Каттасая-2

гораздо более сложная, чем в разрезе Каттасая-1 (см. рис. 5, 1 ). Минимальные оси АМВ здесь лежат почти в плоскости стереограммы и располагаются вдоль двух взаимно перпендикулярных направлений – Ⅽ – Ю и З – В, тогда как максимальные оси имеют как субширотный, так и субмеридиональный тренд. Такое распределение представляет собой суперпозицию двух различных типов магнитной текстуры. Для первого типа характерна субширотная ориентировка осей К3 и субмеридиональный тренд в распределении осей К1 (рис. 5, 2а ); для второго типа ориентировка осей К3 субмеридиональная, а тренд в распределении осей К1 – субширотный (рис. 5, 2б ). Первый тип характерен,

Рис. 5. Результаты палеомагнитных измерений разреза Каттасай-2.

1 – магнитная анизотропия отложений в разрезе объекта Каттасай-2: а – стереограмма распределения максимальных (K1, синие квадраты) и минимальных (K3, розовые точки) осей АМВ, б – зависимость между степенью анизотропии и величиной восприимчивости, в – связь между фактором формы и степенью анизотропии; 2 – магнитные текстуры отложений в разрезе объекта Каттасай-2: а – стереограмма распределения максимальных (K1, синие квадраты) и минимальных (K3, розовые точки) осей АМВ с субширотной ориентировкой К3 (первый тип), б – стереограмма распределения максимальных и минимальных осей АМВ с субмеридиональной ориентировкой К3 (второй тип); 3 – распределение направлений характеристической компоненты намагниченности в разрезе объекта Каттасай-2. Черные кружки – направления прямой полярности; белые кружки – направления обратной полярности, овалы – доверительные интервалы.

в основном, для нижней части разреза, второй – для его верхней части (см. рис. 3).

Магнитная текстура первого типа аналогична магнитной текстуре отложений Каттасая-1 (модель 3 по: [Попов, Журавлев, 2012]), которая, по-видимому, образовалась в результате движения мощных водных потоков вдоль склона при интенсивных о садках и/или таянии снегов. Таким образом, горизонты, характеризующиеся магнитной текстурой первого типа, образовались в результате интенсивного плоскостного смыва, при этом осадочный материал переносился потоком во взвешенном состоянии. Направление водного потока, определяемое по среднему направлению оси К1 [Fabrizio, Dall’Olio, Muttoni, 2016], здесь, также как и на местонахождении Каттасай-1, ориентировано субмеридионально.

Второй тип магнитной анизотропии (рис. 5, 2б ) характерен для осадков, испытавших горизонтальное (параллельно границам пласта) сжатие с расслоением [Kanamatsu et al., 2014; Pares, 2015], т.е. горизонты с магнитной текстурой второго типа представляют собой деформированные породы. Пластическая деформация происходила вдоль плоскости слоя, при этом направление сжатия было ориентировано вниз по склону в субмеридиональном направлении (перпендикулярно ориентировке осей К3). Деформационные процессы приводят к механической переориентации магнитных зерен и искажению направлений намагниченности

Рис. 6. Результаты ступенчатого размагничивания переменным магнитным полем представительных образцов из разреза объекта Каттасай-2.

а – прямая намагниченность; б – разворот направления ChRM; в – разворот направления и занижение наклонения ChRM; г – обратная намагниченность.

в осадках [Kanamatsu et al., 2014]. В целом нельзя исключить влияние деформационных процессов и при формировании магнитной текстуры первого типа. Об этом свидетельствует более высокая степень пло ско стной анизотропии в осадках Катта-сая-2 по сравнению с осадками объекта Каттасай-1, больший разброс направлений максимальных осей К1 и прямой корреляцией между величиной линейной анизотропии и наклонением характеристической компоненты намагниченности. Таким образом, в отличие от Каттасая-1, при формировании осадков Каттасая-2, наряду с процессами плоскостного смыва, существенную роль играли пластические деформации за счет послойного перемещения осадков вниз по склону.

Ступенчатое размагничивание переменным магнитным полем образцов из осадков Каттасая-2 показало, что естественная остаточная намагниченность (NRM) здесь имеет существенно более сложный состав, чем в осадках Каттасая-1. Прямую полярность имеют только 8 образцов (рис. 5, 3 ; 6, а ), среднее направление которых в целом отвечает направлению современного геомагнитного поля (N = 8; D = 1,9°; I = 56,0°; a95 = 8,2°). Намагниченность этих образцов, как правило, однокомпонентная, не считая вязкой составляющей, разрушаемой в полях до 25 мТл (рис. 6, а ), и малых (менее 5°) доверительных интервалов (см. рис. 5, 3 ). Направление остальных образцов существенно отличается от современного геомагнитного поля. Наблюдаются разворот векторов намагниченности от направления современного геомагнитного поля вплоть до склонения южных румбов (рис. 5, 3 ; 6, б ) и/или занижения наклонения векторов намагниченности (см. рис. 5, 3 ; 6, в ). У трех образцов установлена обратная полярность намагниченности (см. рис. 5, 3 ; 6, г ). При этом видимой закономерности в распределении направлений намагниченности образцов не наблюдается. Следует отметить, что для образцов с аномальными направлениями выхода на характеристическое направление не фиксируется, а намагниченность, разрушаемая в процессе размагничивания, состоит из нескольких компонент с близким направлением (рис. 6, б–г ). Это может свидетельствовать о том, что ферромагнитные зерна разного размера неодинаково реагируют на процесс пластической деформации и разворачиваются относительно исходного положения на разные углы. Таким образом, распределение направлений намагниченности (см. рис. 5, 3 ) не связано с направлением древнего геомагнитного поля, а является, главным образом, следствием пластических деформаций, т.е. изученные осадки разреза Катта-сай-2 непригодны для исследования экскурсов геомагнитного поля.

Осадки изученных палеолитических стоянок Каттасай-1 и -2 формировались на достаточно крутых склонах, что обуславливало специфические условия осадконакопления и приобретения породами остаточной намагниченности. Основное влияние на формирование осадков оказывали интенсивные водные потоки, текущие по склону, и пластическая деформация осадков под действием сжатия вдоль поверхности под действием гравитации. В результате этих процессов формировалась своеобразная магнитная текстура осадков и изменялось направление характеристической компоненты намагниченности. Существенные отличия направления намагниченности от направления прямой полярности (аномальные направления) в изученных объектах обусловлены не изменениями геомагнитного поля, а условиями формирования осадков – влиянием водных потоков вдоль склона и/или пластическими деформациям – и не могут рассматриваться как экскурсы геомагнитного поля.

Таким образом, для доказательства существования записей экскурсов геомагнитного поля в осадках склонового ряда необходимы предварительные исследования анизотропии магнитной восприимчивости для выяснения природы аномальных направлений намагниченности.

Работа выполнена по проекту НИР № 0329-2019-0002 «Древнейшие культурные процессы на территории Центральной Азии».