Пространственные особенности изменений содержания фосфатов в культурном слое как отражение инфраструктурной организации памятников (на примере поселения эпохи бронзы Каменный Брод)

Исчезнувшие под влиянием древнего антропогенного фактора естественные горизонты почв заменились устойчивыми педоседиментационными природно-антропогенными образованиями – культурными слоями. Культурный слой

состоит из артефактов и заполнителя. Заполнитель формируется из материала исходной почвы с примесью остатков строительного и бытового мусора, а также артефактов. Материал палеолита обычно находится на уровне нижних горизонтов почв (горизонты ВС), мезолит и неолит – в нижней части гумусового слоя (горизонт В), слои бронзы и раннего железа – в верхних горизонтах (горизонты АВ). Формирование культурных слоев большой мощности по скорости накопления антропогенных «осадков» сравнимо с геологическими процессами осадконакопления при формировании наносов аллювиально-делювиального происхождения.

Для российских территорий до настоящего времени работы палеопочвоведов были больше сосредоточены на погребенных под курганами почвах с целью реконструкции палеоклимата ( Rusakov et al ., 2019), чем на почвах поселений и древних свалок мусора. Варьируют подходы к изучению многослойных памятников в сравнении с почвами окрестностей: от палинологического метода ( Stobbe et al ., 2016) до рассмотрения микробиологической и ферментативной активностей почвы ( Chernysheva et al ., 2015; Plekhanova et al ., 2023; Каширская и др ., 2018).

На Урале изучено небольшое число как поселенческих объектов ( Krause et al ., 2010; Тупахина и др ., 2022), так и погребенных под насыпями почв ( Khokhlova et al ., 2019; Plekhanova, Demkin , 2008; Golyeva et al ., 2018).

Для культурных слоев в целом наиболее характерной чертой является повышенное содержание гумуса и фосфора . Соответственно, для культурного слоя, так же как и для окультуренного (например, монастырских садов), характерны повышенное плодородие ( Александровский и др ., 2011) и высокая биологическая активность.

При минерализации поступившего в почву органического вещества фосфор закрепляется в виде труднорастворимых фосфатов кальция, сохраняющихся сотни и тысячи лет. Формируются аномальные зоны или слои концентрации этого элемента. Наиболее устойчивы ортофосфаты кальция – апатиты (гидроксиапатит, фторапатит, хлорапатит) с высокими концентрациями ОH-, F- и Cl-ионов соответственно в кристалле. Апатиты являются одним из немногих минералов, производимых биологическими системами. Гидроксиапатит является основным компонентом зубной эмали. Относительно редкая форма апатита, в которой отсутствует большинство ОН-групп и содержится много карбонатных и кислых фосфатных замещений, является важным компонентом костного материала ( Combes et al ., 2016).

Кроме труднорастворимых фосфатов на местах древних поселений сохраняются высокие концентрации подвижных форм фосфатов. Органические фосфаты гидролизуются ферментами – фосфатазами, которые высвобождают ортофосфат в ходе микробной активности. Микробы также могут играть роль в образовании фосфатов таких минералов, как вивианит [Fe₃(PO₄)₂·8H₂О], стрингит (FePO₄·2H₂О) и варисцит (AlPO₄·2H₂О). Здесь ортофосфат может возникнуть в результате разложения органических фосфатов, тогда как Fe или Al могут возникнуть в результате растворения микробами других полезных ископаемых. Такое образование фосфатных минералов является, вероятно, наиболее распространенным в почве ( Ehrlich, Newman , 2009).

В пределах площади древних поселений давно ( Веллесте , 1952. С. 135–140) отмечены значительные колебания содержания фосфатов в почве, что объясняется неоднородностью заселения отдельных частей поселений.

Исследованная территория находится в степной зоне на восточном склоне Уральской горной страны в пределах Зауральского плато (высота 200–500 м над уровнем моря) – пенеплена, образованного в результате разрушения древней горной системы. Географическое положение делает основной чертой климата континентальность со значительной суточной и годовой амплитудами температур. В теплое время года в степном регионе выпадает около 70 % годовой суммы осадков. Вместе с тем нередко происходит приток континентального тропического воздуха из Средней Азии, сопровождаемый установлением особенно жаркой и сухой погоды. По тепловым ресурсам зауральские степи ближе к азиатским, нежели к степям евразийской части России. Количество атмосферных осадков до 250–300 мм в степной зоне, среднее многолетнее по ближайшей к Аркаим-ской долине метеостанции Бреды – 330 мм. Климат района исследований резко континентальный с малоснежной и холодной зимой, сухим и жарким летом. Характер летних осадков преимущественно ливневый. При малооблачной погоде почва сильно нагревается (до 65 ºС) и подвергается действию суховеев. Глубина промерзания почв – 80–200 см в зависимости от гранулометрического состава. В период весеннего снеготаяния вода не впитывается в оттаявшую почву, а стекает по ее поверхности.

На поселении Каменный Брод (р. Б. Караганка, Брединский район Челябинской обл.) фиксируется 11 задернованных жилищных впадин, две из них частично разрушены дорогой ( Петров, Куприянова , 2016. С. 50). Отдешифри-ровано 24 жилищные впадины (И. М. Батаниной) по снимкам 1956 г. Поселение расположено на левом берегу реки, на первой надпойменной террасе, на высоте 3–5 м над урезом воды, занимает пространство от бровки до тылового шва террасы, частично заходя на высокую надпойменную террасу и коренной берег на северном подножии г. Грачиной. Площадка поселения имеет уклон в сторону реки, пересечена несколькими грунтовыми дорогами. К западу от поселения находится брод через реку Б. Караганку глубиной около 0,5 м, с каменистым дном.

При составлении археологической карты центральной части Аркаимской долины И. М. Батанина выделила группу жилищных впадин поселения, располагающуюся ближе к руслу реки и бровке террасы, в отдельный археологический памятник – поселение Каменный Брод ( Батанина, Иванова , 1995. С. 176). Впадины объединены общим культурным слоем, в распространении которого нет разрывов или промежутков ( Петров, Куприянова , 2016. С. 52).

На площадке поселения к. и. н. Т. С. Малютиной было заложено два раскопа: в 60 м от русла реки – раскоп 1 площадью 108 кв. м, в 21 м к северу от него – раскоп 2 площадью 337,5 кв. м. В результате работ было обнаружено, что площадка поселения заселена уже в эпохи мезолита и неолита. Материалы эпохи бронзы представлены одним полностью изученным жилищем столбовой конструкции и фрагментами жилищ. Основу керамического комплекса составляют фрагменты срубно-алакульских сосудов, встречаются петровские и отдельные, но ярко выраженные синташтинские фрагменты ( Малютина, Зданович , 2012).

Таким образом, поселение является многослойным, размещено поверх площадки мезолитической и неолитической стоянок, начало существовать в син-таштинско-петровское время, основные этапы его функционирования связаны со срубно-алакульским и саргаринско-алексеевским временем. Датировка памятника – с конца III тыс. до н. э. или рубежа III–II тыс. до н. э. до конца II тыс. до н. э. Культурная принадлежность: синташтинская, петровская, алакульская и срубно-алакульская, саргаринско-алексеевская ( Петров, Куприянова , 2016. С. 56).

Раскопки поселения Каменный Брод велись много лет, раскоп увеличивался, к нему прирезались новые квадраты. Почвенные разрезы делались ежегодно, физико-химические свойства определялись многократно для слоев разного возраста. Для представленных 12 квадратов изученного нами участка с длиной стороны квадрата в 3 м отбор образцов произведен многократно внутри каждого квадрата по ходу культурного слоя. Кроме того, основное изучение проводилось по вертикальным разрезам. Черноземы обыкновенные сформировались на легких суглинках с переходами к супесям. Остановимся на образцах одного из первых раскопов (рис. 1: А ), с плоскостным отбором по наиболее богатому находками культурному слою эпохи бронзы. Нами представлены данные определения углерода органического по Тюрину ( Аринушкина , 1970); фосфатов по Мачигину (фотометрически на спектрофотометре UNICО-1200, США, 2012).

Все изученные нами поселения Аркаимской долины, включая укрепленное городище Аркаим ( Зданович и др ., 2001) и представленное здесь поселение Каменный Брод, расположены на первых надпойменных террасах рек Караганки и Утяганки. Культурная принадлежность поселений различается, но в целом все они объединены наличием сходного во всех случаях культурного слоя светлого оттенка. Особенностями культурных слоев является легкий гранулометрический состав, пониженная плотность, морфологическая неоднородность. Культурный слой характеризуется увеличением содержания гумуса и фосфора, высокой кар-бонатностью, щелочностью, слабой засоленностью, низкими значениями магнитной восприимчивости. Поглощению древнего, интересующего нас фосфора растениями могут способствовать эктомикоризные грибы посредством микоризных гиф ( Gadd , 2010; George et al ., 1995), но биологическое выщелачивание интенсивно в кислых почвах лесных природных зон. Вклад микориз в повторное использование труднорастворимых фосфатов в современных экосистемах степи будем считать незначительным.

Основным элементом природно-культурного наследия эпохи бронзы в Арка-имской долине являются не курганные сооружения, где концентрации подвижных фосфатов сильно варьируют и, как правило, схожи с фоновыми значениями, а культурные слои поселений. Суммарная площадь почв с древними нарушениями в пределах исследованной части Аркаимской долины на изученных нами 3000 га составляет около 1 %. Наследием общества эпохи бронзы являются 74 % всех древних нарушений, остальное приходится на нарушения раннего железного века и области неолитических находок, причем непотревоженных целинных почв в долине практически не осталось ( Plekhanova , 2017). Антропогенно-преобразованные почвы представлены палеоурбаноземами с различной степенью трансформации новых горизонтов, встроенных в систему горизонтов

Рис. 1. Поселение Каменный Брод

А – вид с мотодельтаплана, фото автора; Б – культурные слои естественных почв. В вертикальном распределении по профилю почв максимумы фосфатов связаны с наибольшим попаданием органических остатков деятельности в культурном слое, соответственно, слой наибольшей эксплуатации является самым обогащенным по фосфатам и гумусу. Ход кривой профильного распределения соединений фосфора здесь не соответствует фоновому и имеет скорее обратный вид, что связано с антропогенным воздействием. Максимум содержания подвижного фосфора в горизонте А может быть интерпретирован в соответствии с природными процессами. Второй максимум приходится на культурные слои с залеганием на 20–40–60 см от современной поверхности. В соответствии с антропогенными процессами данный максимум можно объяснять интенсивным внесением органических веществ в периоды использования поселения. Повышенные значения содержания фосфора объяснимы органическими остатками. Ограничение глубины культурных слоев также возможно не только по областям находок, но и по показателям фосфатов для многослойных памятников.

Площадные ( горизонтальные ) распределения фосфатов дают наиболее полную информацию при отборе образцов из каждого квадратного метра ( Бронникова и др ., 2007; Александровский и др ., 2011) по ходу слоя либо на одном уровне, с последующим построением площадных диаграмм. Только на площадных зачистках возможно проследить палеокриогенез ( Plekhanova, Tupakhina , 2021; Kovda et al ., 2019).

Для российских территорий площадные распределения фосфатов получены на небольшом числе (менее десяти) объектов. Для Урала наше исследование первое на неукрепленных поселениях. Масштабно реализован такой подход на двух поселениях в верхнем течении р. Дон (лесостепная зона) по всей площади раскопа, где проводился отбор почвенных образцов из каждого квадратного метра культурного слоя на четырех уровнях зачистки ( Потапова и др ., 2020). Расположение памятников Рыкань-3 и Ксизово-1 в сходных ландшафтных условиях и принадлежность их к одной культуре позволили выделить горизонт наиболее активного их функционирования. Непотревоженный культурный слой на поселении Ксизово имеет значительно большую мощность и более раннюю датировку – XXIV–XXIII вв. до н. э. Варьирование химических и микробиологических свойств в плане (горизонтально) и в профиле (вертикально по разрезам) в комплексе позволило выяснить принцип устройства поселения в рельефе, локализовать зоны более и менее интенсивной хозяйственно-бытовой деятельности, а в ряде случаев даже уточнить характер этой деятельности ( Гак и др ., 2014; Борисов и др ., 2013).

Плоскостные распределения многих свойств, включая фосфаты и активность микробиомов, по культурному слою на поселении эпохи поздней бронзы Багай-1 в северо-западной части Крымского полуострова показали, что большая часть построек поселения была связана с содержанием скота, не исключая совместное пребывание с человеком ( Борисов и др ., 2023).

Формы фосфатов в почве разнообразны ( Holliday, Gartner , 2007), но выделение минеральных и биологических фосфатов ( Каширская и др ., 2017) позволяет определить участки (иногда и периоды) резкого увеличения поступления в почвогрунты минеральных фосфатов за счет золы и костей. В период

Рис. 2. Содержание гумуса, % ( А ), и подвижных фосфатов, Р2О5, мг на 100 г почвы ( Б ) в культурном слое поселения Каменный Брод (по девяти образцам для каждого квадрата, градиентное распределение на глубине по слою 20–30 ± 5 см)

запустения поселения увеличивается доля органических фосфатов за счет активизации всех биологических процессов на месте расположения памятника. В пласте, подстилающем культурный слой, антропогенный след проявляется только в области очагов, где зафиксировано поступление в почву фосфатов как биологической, так и минеральной природы ( Потапова и др ., 2020).

На поселении Каменный Брод одновременное повышение содержания органического вещества и фосфатов (рис. 2) в культурном слое является его диагностическим признаком. При наложении площадного распределения на общий план археологического раскопа (рис. 3) отметим повышенные содержания как органического вещества (3–5 %), так и фосфатов (10–13 мг на 100 г почвы) внутри первого жилища возле первой печи и комплекса печей, это область наилучшей сохранности слоя и наибольшей интенсивности эксплуатации помещений.

Пространство между жилищами эксплуатировалось по-разному. Двукратное превышение органического вещества отражено с внешней стороны северной стены первого жилища (квадрат А-1, рис. 2), а превышение содержания фосфатов – снаружи от восточной стороны жилища 1 и относится скорее к жилищу 1А другого периода (квадраты В-3, В-4, рис. 3). Еще одна область повышенного содержания фосфатов по отношению к жилищу 1 лежит за внешней стеной, но по отношению к жилищам 1Б и 1В практически укладывается в их пространство внутри жилищ. Трактовать полученные карты возможно по-разному, но фактом является связь фосфатов и антропогенных остатков в культурном слое, что хорошо согласуется с литературными данными, как показано выше.

Распределение археологизированного вещества известного возраста и происхождения по почвенному профилю является следствием не только природных, но также антропогенных процессов, что требует независимой оценки их

о

Рис. 3. Общий план раскопа (по: Малютина, Зданович , 2012. С. 52) поселения Каменный Брод с обозначенным рамкой участком изучения палеопочвенных свойств

Строительные горизонты : жилище 1А – аркаимский горизонт; жилище 1Б – петровский горизонт; жилище 1С – срубно-алакульский горизонт

Условные обозначения: 1 – каменные и глиняные выкладки; 2 – развалы глин; 3 – прокал, угли, зола интенсивности. Слой почвы с археологическим материалом, который обычно называют культурным, всегда больше, чем слой, отложившийся за время существования поселения. Присутствие человека вызывает усиление эрозии почв в окрестностях поселений. Сами поселения, поскольку расположены обычно в подчиненных элементах рельефа (на речных террасах, а не на водоразделах), позволяют зафиксировать рост природно-антропогенных наносов вследствие накопления этого эрозионного материала. После прекращения эксплуатации поселения рост природно-антропогенной толщи продолжается за счет тех же эрозионных процессов, но с меньшей скоростью. Кроме того, толща культурных слоев будет с поверхности вглубь прокрашиваться гумусом за счет восстановительных процессов экосистем. При этом археологический материал будет продолжать присутствовать в культурном слое, но может переноситься и переоткладываться вместе с материалом окружающего ландшафта. Иными словами, запустение поселения не означает остановки формирования природно-антропогенного наноса.

Основой экономики оседлых обществ эпохи бронзы считается животноводство ( Stobbe et al ., 2016), о переходах к более мобильным формам скотоводства идут дискуссии ( Ventresca Miller et al ., 2014; Wilkin et al ., 2021). Зонами активности в моделях используют радиусы 4 км вокруг древних городищ ( Stobbe et al ., 2016), именно на них шла деградация и переиспользование природных ресурсов. Выдвинута соответствующая гипотеза об обратной комплексности почв низких надпойменных террас ( Plekhanova , 2019), согласно которой в современных почвах можно демонстрировать места деградации почв, хорошо связанные с ближними окрестностями укрепленных центров эпохи бронзы.

Изученное поселение укладывается в радиус ближних окрестностей городища Аркаим. Согласно строению профиля почв поселения Каменный Брод (рис. 1: Б ), развитие черноземно-луговой среднесуглинистой почвы на двучленной глинисто-супесчаной пачке прервано поселением людей и ростом легкосуглинистого культурного слоя мощностью 30–35 см. Под культурным слоем погребена нижняя часть древней почвы с характерными языками-трещинами, отражающими аридный этап рубежа III–II тыс. до н. э. Второй фиксируемый этап почвообразования отражен в росте гумусированного горизонта А1 над культурным слоем. Древнее нарушение почвообразования в виде наличия культурного слоя способствует плоскостной эрозии при пастбищной нагрузке. Вследствие этого А1 редуцирован, имеет мощность 6–12 см. Введение заповедного режима в долине отразилось в виде роста мощной дернины (9 см за 12 лет).

На поселении Каменный Брод, как и на месте других древних поселений, кроме наличия специфических культурных слоев с большим количеством древних предметов шел процесс почвообразования, нивелирующий свойства культурного слоя. На тех участках, где сформировался почвенный слой (в среднем его мощность около 12 см, местами до 18–30 см), с поверхности поселение обнаружить сложно. Следует учитывать, что формированию почвы на культурных слоях легкого гранулометрического состава препятствовала дефляция, водная эрозия (плоскостной смыв, как это имеет место на поселении Каменный Брод, где охваченная почвообразованием 10–15 см толща представлена не гумусовым горизонтом, а дерниной (9 см) – следствием введения заповедного режима и снятия антропогенной нагрузки в виде пастьбы на последнем этапе перед изучением.

На месте древних поселений сформировались природно-антропогенные наносы, включающие собственно золистый культурный слой с многочисленной керамикой, в верхней части переработанный почвообразованием. К настоящему времени на таких наносах сформировались черноземно-луговые почвы, легко подвергающиеся дефляции под воздействием антропогенного фактора.

Мощность природно-антропогенных наносов поселений Аркаимской долины колеблется от 20 до 150 см. Нанос включает последний этап почвообразования, охвативший 10–18 см, и золистый культурный слой, почвообразованием не охваченный. Золистый пылящий слой обычно имеет мощность 20–30 см, иногда подразделяется на «зольник» (не бывший в огне) и «прокал», последний имеет чуть более коричневатый оттенок по сравнению с зольником, но преимущественно те же свойства, кроме разницы в магнитной восприимчивости.

На поселении Каменный Брод, длительно используемом под пастбище, гу-мусообразованием охвачено не более 10–12 см природно-антропогенного наноса, что в два-три раза меньше мощности гумусовых горизонтов фоновых почв, где гумусом прокрашивается до 30 см.

Особенностями культурных слоев является легкий гранулометрический состав, пониженная плотность, морфологическая неоднородность. Культурный слой характеризуется увеличением содержания органического вещества и фосфора, распределение которых по площади культурного слоя раскопанных участков позволяет уточнить детали древнего использования поселения.

Автор выражает глубокую признательность археологу, автору раскопов к. и. н. Т. С. Малютиной за предоставленную возможность многократного отбора почвенных образцов в процессе раскопок.

Химические анализы выполнены с использованием ресурсов Центра коллективного пользования ИФХиБПП ФИЦ ПНЦБИ РАН, в рамках госзадания № 122040500036‐9 «Влияние климатических флуктуаций и антропогенной деятельности на эволюцию и современное состояние почв юга России».