Применение трехмерного сканирования для исследования составных пазовых орудий раннего голоцена Восточной Сибири (на примере орудий из комплексов стоянки Казачка-1)

Развитие цифровых технологий в последнее десятилетие предопределило их широкое внедрение в практику археологических исследований. Трехмерные модели являются источником метрических и морфологических данных, получение которых ранее было практически невозможным [Grosman, Smikt, Smilansky , 2008; Колобова и др., 2020]. Прежде всего трехмерному моделированию подвергались предметы древнего искусства, поскольку были немногочисленны, а следовательно не требовали значительных временных и трудозатрат для своего сканирования, и обладали несомненной художественной и в то же время исторической ценностью. Таким образом, трехмерное сканирование даже одного предмета древнего искусства давало до статочно научной информации для написания одной высокорейтинговой статьи [Grosman et al., 2017; Kolobova et al., 2019а]. Предметами искусства не ограничиваются возможности анализа единичных уникальных артефактов [Weiss, 2015; Eren et al., 2016].

Следующим этапом внедрения цифровых технологий стало сканирование выборок каменных и костяных артефактов и проведение анализа трехмерных моделей [McPherron, Gernat, Hublin, 2009; Grosman, Ovadia, Bogdanovsky, 2014]. Практически одновременно с созданием выборок трехмерных моделей артефактов начинается применение статистических методов для получения верифицируемых выводов (например, Kolobova et al., 2019б; Porter, Roussel, Soressi, 2019; Archer et al., 2018). Отдельным направлением является применение трехмерного геометрико-морфометрическо-го анализа для комплексного сопоставления формы выборок артефактов [Шалагина и др. 2020; Herzlinger, Goren-Inbar, Grosman, 2017; Archer et al., 2018].

В настоящее время развиваются направления, сочетающие трехмерное моделирование с машинным обучением [Zotkina, Kovalev, 2019], применяющие трехмерное моделирование для предопределения формы артефактов на основе набора переменных [Bretzke, Conard, 2012; Archer et al., 2018] и использующие трехмерное моделирование для создания новых алгоритмов измерения вариативных переменных [Valletta et al., 2020].

В предлагаемой статье мы приводим пример исследования трехмерных моделей составных пазовых орудий на примере раннеголоценовых орудий из комплекса Казачка (Восточная Сибирь). До последнего времени детальные метрические и морфологические исследования артефактов данной категории были связаны со значительными трудностями в силу их немногочисленности, хрупкости и миниатюрным размерам пазов.

Материалы и методы

Местонахождение Казачка-1, располагающееся в нижнем течении правого притока Енисея – р. Кан, исследовалось в 1970–80-е гг. За годы стационарных раскопок (1973–75, 1977, 1983 и 1985 г.) вскрыта толща отложений, где в четких стратиграфических условиях выявлено 20 культуросодержащих горизонтов, датированных в диапазоне от 11,5 до 1,5 тыс. л.н. Стратиграфическая колонка включает 20 культуросодержащих слоев. Костяная индустрия раннеголоценовых горизонтов 20–8 к. г. стоянки Казачка-1 включает представительные серии орудий из кости: гарпуны, острия, составные пазовые орудия и др. Наиболее многочисленной группой орудий являются составные пазовые орудия – 17 экз. В данной статье анализируются две обоймы из археологических горизонтов 19 и 11. Выбор данных обойм обусловлен их хронологической позицией – в горизонте 19 зафиксированы хронологически ранние обоймы (10,5 тыс. л.н.), в 11 горизонте (8,5 тыс. л.н.) – поздние.

• 1.    Двухпазовое вкладышевое орудие иволистной формы из комплекса горизонта 19. Обойма состоит из двух склеенных фрагментов. Размеры: 80,55 × 12,04 × 8.07 мм (рис. 1, A, Б ). С обоих концов сильные свежие повреждения, в том числе по бортам паза. Присутствует также более древнее повреждение на одной из сторон: практически правильной овальной формы, с очень ровными сглаженными краями. Пазы узкие (макс. ширина 1,799 мм с одной стороны и 2,129 мм с другой, (рис.1, Б )), пропилены по всей длине орудия. Заостренные края обломаны (рис. 1, A ).

• 2.    Двухпазовая обойма из горизонта 11 представляет собой миниатюрное изделие размерами 29,19 × 11,10 × 4,74 мм (рис. 1, В , Г ). На обоих кра-

• ях круговыми насечками оформлены выступы, которые, возможно, использовались для фиксации орудия. На одной из сторон определено углубление по всей длине орудия. Пазы широкие (макс. ширина 1,950 мм с одной стороны и 1,668 мм с другой, см. рис. 1, Г), пропилены практически по всей длине, кроме выступов. Края пазов несут следы деформации.

Трехмерное сканирование осуществлялось при помощи автоматизированной системы 3D-сканирования детализированных объектов Solutionix D700. Модель отсканированной обоймы из 19 горизонта состоит из 3,092,872 полигонов, из 11 горизонта – 938,064 полигонов. Построение профилей осуществлялось в программе Geomagic Design X. Для определения основных морфологических и технологических особенностей мы измерили следующие параметры: размеры обоймы (в самом широком/длинном месте), размеры пазов (глубина и ширина), углы схождения пазов (дно паза) и угол между пазом и поверхностью обоймы (рис. 2). Создание сечений (продольных и поперечных, полученных при сегментировании модели), метриче ские измерения, в том числе измерения углов нами были сделаны в программе Geomagic Design X.

Результаты

В результате трехмерного моделирования была получена серия поперечных сечений композитных орудий.

Для анализа формы пазов орудия из горизонта 19 было сделано 5 сечений на равном расстоянии друг от друга (рис. 3, A ). Один профиль паза U-образный практически на всей длине изделия. В медиальной части фиксируется небольшая «ступенька» (рис. 3, Б, Г ). В этом месте ширина паза самая широкая (1,729 мм). Длина паза 78,41 мм, макс. глубина 2,08 мм. Профиль другого паза нерегулярный, имеет скорее V-образную форму, а также несколько заломов (рис. 3, В, Д ). Длина паза 78,55 мм. Макс. глубина паза 2,44 мм. Угол схождения бортов паза – 42°. Борта паза расположены под углом 101° друг к другу (см. рис. 2, A ).

Для анализа формы пазов обоймы из 11 горизонта было сделано 4 поперечных сечения (рис. 3, A ). Один паз имеет «ступеньку» и в профиле скорее W-образный (рис. 3, Б, Г ). Длина паза 23,26 мм, макс. глубина 3,49 мм. Второй паз имеет U-образную форму. Длина паза 23,24 мм, макс. глубина 2,30 мм. Угол схождения бортов паза – 43°. Борта паза расположены под углом 73° друг к другу (см. рис. 2, Б ).

Рис. 1. Метрические параметры пазовых орудий со стоянки Казачка-1.

А – измерение наибольшей ширины и длины орудия из 19 горизонта; Б – измерения ширины паза орудия из 19 горизонта; В – измерение наибольшей ширины и длины орудия из 11 горизонта; Г – измерения ширины паза орудия из 19 горизонта.

Дискуссия

Сложность работы с пазовыми орудиями заключается в том, что пазы имеют небольшую ширину и получить точные мануальные измерения невозможно. Для решения этой проблемы мы применили трехмерное сканирование для дальнейшего неинвазивного манипулирования моделями, в т.ч. для создания точных поперченных сечений с целью классификации и реконструкции процессов изготовления. Многократно повторяющиеся измерения позволяют проводить исследования с выборками данных, например, с выборкой измерений ширины паза [Kolobova et al., 2019а], а также позволяют верифицировать результаты таких измерений [Чистяков и др., 2019; Колобова, 2020].

Пазовые составные орудия с памятников Западноевропейской равнины, Скандинавии, лесной зоны Восточной Европы, Русской равнины и Зауралья достаточно хорошо изучены [Питулько, 2001; Савченко, 2014; Жилин, 2019; Petillon et al., 2011; Manninen et al. 2021]. М.Г. Жилиным была разра-

Рис. 2. Поперечные сечения пазовых орудий со стоянки Казачка-1.

A – пример измерения множества углов паза на орудии из 19 горизонта; Б – пример измерения множества углов паза на орудии из 11 горизонта.

Рис. 3. Поперечные сечения на орудии из 19 горизонта.

А – поперечные сечения на орудии из 19 горизонта; Б, Г – наложение сечений левого паза друг на друга ; В, Д – наложение сечений одного правого паза друг на друга.

Рис. 4. Поперечные сечения на орудии из 11 горизонта.

A – поперечные сечения на орудии из 11 горизонта; Б, Г – наложение сечений левого паза друг на друга ; В, Д – наложение сечений одного правого паза друг на друга.

ботана функциональная классификация кинжалов и охотничьих ножей [Жилин, 2019]. Им выделено две группы: кинжалы для нанесения глубоких колотых ран и охотничьи ножи для нанесения глубоких и широких колото-резаных ран и разрезания различных материалов [Там же]. В последние годы появилось много работ, посвященных исследованию клеящего вещества, скрепляющего вкладыш с обоймой [Helwig etc., 2014, Косинская и др., 2018; Osipowicz et al., 2020]. Несмотря на достаточно большой объем исследований, посвященных пазовым вкладышевым орудиям, в настоящее время не охваченным остается исследование профилей пазов, метрическое соотношение вкладышей/ обойм/клеящего вещества.

Изучение профилей пазов позволяет реконструировать приемы обработки кости при изготовлении орудий. Ранее реконструкция обработки кости была основана на экспериментальном моделировании [Savchenko, 2010; Zhilin, 2017; Petillon et al., 2011; David, Sørensen, 2016].

На основе проведенных экспериментов исследователями было выделено несколько типов профилей пазов: V-образное, W-образное, U-образное сечение, трапециевидное. V-образный паз получался при движении резчика в одном направлении при условии, что лезвие в процессе работы не выкрашивалось, в противном случае пазы приобретали U-образный профиль [Савченко, 2014]. W-образный профиль паза получался в том случае, когда в процессе направление движения менялось на противоположное (Там же). Если кромка оформлялась резцовым сколом, тогда паз приобретал трапециевидное сечение [Чаиркин, Жилин, 2005].

Опираясь на данные экспериментального моделирования и анализа формы профилей пазов нами были сделаны следующие наблюдения.

• 1.    Пазовое орудие из 19 горизонта имеет пазы разной в профиле формы: U-образную и V-образную формы, стенки пазов ровные. В медиальной части U-образного паза фиксируется небольшая «ступенька», что может свидетельствовать о том, что в этом месте орудие, используемое для прорезывания паза, еще не было значительно сработано, и направление движения орудия на этом участке менялось в процессе работы (рис. 3, Б, Г ). Дно второго паза имеет неровную форму: углубление в медиальной части, что придает пазу в профиле V-образную форму (рис. 3, В, Д ).

• 2.    Разной формы профили зафиксированы и у орудия из горизонта 11: W-образный и U-образный, стенки ровные. W-образный профиль образован высокой «ступенькой» (рис. 4, Б, Г ). По всей видимости, при прорезывании первоначально паз был более широкий и орудием работали в двух направлениях. Затем орудие было заменено на новое, более острое, и была прорезана более глубокая часть. Второй паз имеет U-образную форму, что может указывать на то, что орудие, которым делали паз, выкрошилось в процессе работы (рис. 4, В, Д ).

Заключение

Изучение формы пазов костяных обойм является источником новых знаний о процессе производства и утилизации костяных изделий. Использование трехмерных моделей и возможность получения наборов поперечных сечений позволяет без разрушения предмета исследовать морфологию пазов, производить различные метрические измерения. При работе с орудиями, у которых частично разрушен борт паза, его можно реконструировать при помощи зеркального отображения части трехмерной модели в том случае, если паз симметричен (т.е. обладает V и U- образными профилями). В тех случаях, когда фиксируются «ступеньки» или другие ассиметричные объекты, зеркальная реконструкция невозможна.

В результате проведенного исследования нам удалось получить множество измерений, которые не удалось бы получить при мануальных измерениях. Получены значения углов схождения пазов (дно паза), углов расположения паза к борту, угол между бортами, при наличии «ступеньки» в пазе – угол расположения «ступеньки» к дну паза. Получение нескольких сечений позволило проследить и сравнить профиль на разных участках паза. В результате была определена изменяющаяся на разных участках форма паза. На основе сопоставления с данными экспериментального моделирования пазовых орудий сделаны выводы о технологии изготовления пазов.

Стоит отметить, что использование компьютерной томографии является весьма перспективным для изучения составных пазовых орудий с сохранившимися вкладышами. Данный метод полно стью неинвазивен и позволяет исследовать пазы в тех частях, где сохранились микролиты и сами закрепленные в обоймах микролиты, частично скрытые от исследователей. Исследование технологии изготовления вкладышей [Kolobova et al., 2019б] в совокупности с реконструкцией технологии изготовления пазовых орудий в состоянии предоставить новые данные о системах адаптации и мобильности древних популяций охотников-собирателей и рыболовов Восточной Сибири.