Reconstruction of the chemical composition of the metal from the bronze age site gonur depe (Turkmenistan), according to the analysis by mass spectrometry with inductively coupled plasma.pdf Памятник эпохи бронзы город царей и богов Гонур Депе (2300-1500 до н.э.) - столица древней Маргианы (древняя дельта р. Мургаб, Туркменистан) богат находками изделий из медных сплавов, часть которых представляет собой шедевры древнего ремесленного искусства [1, 2, 3]. Памятник находится в песках Каракумов, в 85 км к северу от районного центра Байрамали Мургабского велаята Туркменистана. Он был открыт В.И. Са-рианиди в 1972 г. и с 1974 г. по настоящее время раскапывается Маргианской археологической экспедицией Института антропологии и этнологии РАН (Москва) и Национального управления Туркменистана по охране, изучению и реставрации памятников истории и культуры под его руководством (www.margiana.su). В 2006 г. здесь была обнаружена и мастерская по производству сплавов на основе меди [1, 2] (рис. 1). Традиционно используемый для определения химического элементного состава изделий из медных сплавов спектральный анализ позволяет определить, главным образом, макросостав сплава и несколько элементов микросостава, причём количественное содержание меди - матрицы сплава не определяется [3]. Масс-спектрометрический метод мультиэле-ментного анализа с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) на масс-спектрометре «ELAN 9000 ГСР-MS» обладает по сравнению со спектральным анализом значительно большими возможностями по точности, чувствительности и числу определяемых элементов. По нашей методике он позволяет определить количественно 63 элемента, в том числе и медь [4; 5; 6]. До настоящего времени состав изделий из медных сплавов Гонура методом ИСП-МС не изучался. Этим методом нами были изучены 10 проб артефактов из разных мест Гонур Депе, отобранные Н.А. Дубовой. Из них 5 предметов -это фрагменты булавок, печати, браслета, зеркала, пластины, неизвестного предмета и металлургического шлака, найденные Маргианской экспедицией в 1988, 1994 и 2010 гг. Так как для анализа необходима навеска пробы массой 50100 мг, то для проб использовались лишь малые фрагменты артефактов. Рис. 1. «Бронзоволитейная мастерская» на раскопе 9 (западная часть Гонура). Вид с северо-запада Несмотря на сухой и жаркий климат Мургаб-ского оазиса Туркменистана некоторые небольшие по массе или размерам артефакты полностью окислялись и пропитывались солями натрия, магния, кремния, кальция и других элементов из вмещающих их грунтов. Металлический предмет становился набором окислов и солей тех элементов, которые входили в первоначальный состав металла или были привнесены из грунта. При этом он сохранял форму, несколько разбухая и увеличивая свою массу и размер. Отдельные предметы сохраняли часть металла под толстым слоем окислов, что позволило проанализировать материнский сплав и параллельно его окислившуюся часть, а затем сопоставить их. Анализ ИСП-МС четырёх пар таких проб показал, что изменение химического состава пары «металл-окисел» в разных предметах происходило примерно одинаково, что позволило вычислить коэффициенты восстановления (Квс= Сме/Сок) химического состава материнского сплава для каждого определяемого элемента. По сравнению с материнским сплавом (Сме) в окислах значительно увеличивается содержание (Сок) лёгких элементов от лития до марганца (Квс = 0,06-0,01), а также рубидия, стронция, молибдена, цезия, бария, большинства лантаноидов и тория. А для большинства тяжёлых металлов это увеличение сравнительно мало или, наоборот, их содержание в окислах уменьшается (Квс = 1,4). Содержание основного металла - меди в окислах, естественно, уменьшается по сравнению со сплавом (Квс = 1,3) вследствие роста общей массы, главным образом, за счёт присоединяемого кислорода. Точно восстановить полный химический состав материнского металла из окислов по данным ИСП-МС невозможно, так как часть элементов-неметаллов не определяется, в том числе и кислород, знание содержания которого необходимо для уточнения содержания основного элемента сплава - меди. Этот вопрос был решён расчётным путём. Известно, что окислы меди хорошо различаются по цвету и сохранности. В нашем случае при истирании материала была обнаружена одна проба Д-1БуО чёрного цвета, что соответствует окиси меди (CuO). Это и подтвердил анализ, показавший содержание меди вдвое ниже по сравнению с остальными пробами красного цвета (Cu2O) - оксидом меди. Расчётным путём было определено содержание кислорода и, соответственно, получено уточнённое содержание меди и других элементов в восстановленных сплавах для пяти артефактов-окислов, приведённых ниже в таблице. В этой же таблице приведены химические составы сохранившегося и очищенного от окислов металла браслета, а также металлургического шлака. Для сокращения таблицы приведены содержания только 50 элементов из 63 определённых. Исключили из рассмотрения элементы, содержания которых ниже пределов определения анализа ИСП-МС, поэтому данные элементы для химического состава металла Гонура являются малоинформативными, так как фактически содержания их количественно не определены. Из сопоставления расчётных результатов анализа «восстановленного» и настоящего металла следует, что химические составы всех проб оказались количественно близки, а разработанная нами методика позволяет успешно проводить реконструкцию химического состава полностью окислившихся артефактов и их дальнейшее изучение. Таблица Химический состав и тип «восстановленных» сплавов из их окислов, металла браслета и металлургического шлака памятника Гонур Депе по данным ИСП-МС (%масс.) Артефакт Пластина фрагмент Р-1 Дворец поверхность, 1994 г. Неизвестный предмет фрагмент Р-9 Верх. слой, 2010 г. Зеркало фрагмент Р-1 Дворец поверхность, 1994 г. Браслет фрагм. № 46 С-З башня кремля Погребение 7, 1994 г. Печать фрагмент Р-1 Дворец Поверхность, 1988 г. Булавка фрагмент Р-12 Погребение 3958, 2010 г. Шлак металлургический Р-16, 2010 г. Шифр пробы Д-4Пла-м Д-7н-м Д-3зер-м Д-13БрМ Д-8печ-м Д-1БуО-м Д-5ш Металл вос. Металл вос. Металл вос. Металл Металл вос. Металл вос. Шлак Сплав Cu-As Cu-As Cu-As Cu-As Cu^b-Bi-As Cu-Sn Li 0,000009 0,000008 0,0000028

Скачать электронную версию публикации