Геохимия и минералогия осадков как инструмент анализа интенсивности заселения карстовых полостей (на примере Денисовой пещеры)

Приведены результаты впервые выполненного профилирования среднеплейстоценовых отложений в Денисовой пещере на Алтае — ключевом объекте для изучения древнейших культурных традиций на территории Северной и Центральной Азии. Основным материалом исследования послужили образцы отложений из древнейших слоев 22В, 22Б и 22А в основании разреза центрального зала пещеры. Фоновые геохимические характеристики верхнечетвертичных отложений были определены на материале современной почвы, долинного аллювия и почвенно-лёссового профиля, расположенных неподалеку от пещеры. Хорошая сохранность органических остатков и вмещающих пещерных отложений позволила построить их минералогические, макро- и микроэлементные профили высокого разрешения. Обосновано использование геохимических (макро- и микроэлементных) и минеральных характеристик валовых проб отложений и отдельных их составляющих в качестве индикаторов процессов пещерного седиментогенеза. Реконструированы источники материала и условия седиментации различных слоев в разрезах Денисовой пещере. По совокупности вещественных характеристик и отсутствию биогенной компоненты кайнозойского возраста слой 22В квалифицирован как стерильный и в сопоставлении с ним рассматривается дальнейшая история пещерного седиментогенеза. Такой режим осадконакопления типичен для пещер, где отсутствует полноценный сквозной поток вещества. В период формирования отложений слоя 22Б все еще не существовало достаточно крупных сквозных отверстий, способных обеспечить эффективную вентиляцию всего пространства центрального зала. Тем не менее, находки костного материала и геохимические индикаторы согласованно свидетельствуют, что с этого временного рубежа в пещеру открылся ограниченный доступ и началось проникновение живых существ. Время формирования слоя 22А — древнейший рубеж активного биотического освоения Денисовой пещеры и ее заселения. Динамика палеонтологической и археологической летописи этой части разреза в полной мере подтверждается результатами проведенных геохимических и минералогических исследований отложений, что позволяет их использовать в качестве инструмента анализа интенсивности заселения пещерных убежищ человеком и животными.

1. Агаджанян А.К., Шуньков М.В. (2009) Развитие природных сообществ Северо-Западного Алтая в антропогене. Археология, этнография и антропология Евразии. № 2 (38). С. 2–18.

2. Болиховская Н.С., Шуньков М.В. (2014) Палеогеографические особенности развития растительности и климата Северо-Западного Алтая в плейстоцене. Археология, этнография и антропология Евразии. № 2 (58). С. 2–17.

3. Вистингаузен В.К. (2019) Спелеологическое районирование Алтая. Известия Алтайского отделения Русского географического общества. Т. 1. № 52. С. 17–27. https://doi.org/10.24411/2410-1192-2019-15202

4. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Издание второе. Масштаб: 1:200000. Серия Алтайская. Лист М-45-I (Солонешное). Объяснительная записка (2001) Под ред. С.П. Шокальского. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ. 183 с.

5. Деревянко А.П., Молодин В.И. (1994) Денисова пещера. Часть 1. Новосибирск: Наука. 260 с.

6. Деревянко А.П., Шуньков М.В., Козликин М.Б. (2020) Кто такие денисовцы? Археология, этнография и антропология Евразии. Т. 48. № 3. С. 3–32. https://doi.org/10.17746/1563-0102.2020.48.3.003-032

7. Интерпретация геохимических данных: Учебное пособие (2001) Под ред. Склярова Е.В. М.: Интермет Инжиниринг. 228 с.

8. Кулик Н.А., Деев Е.В., Ульянов В.А. и др. (2023) Проявления неотектоники в карстовых полостях: опыт идентификации на примере Денисовой пещеры в Горном Алтае. Теория и практика археологических исследований. Т. 35. № 4. С. 193–211. https://doi.org/10.14258/tpai(2023)35(4).-11

9. Кулькова Т.Ф., Любин В.П. (1980) Результаты изучения отложений пещер Кударо I и Кударо III методом фосфатного анализа. В сб.: Кударские пещерные палеолитические стоянки в Юго-Осетии (вопросы стратиграфии, экологии, хронологии). М.: Наука. С. 45–50.

10. Любин В.П. (1998) Ашельская эпоха на Кавказе. СПб.: Центр “Петербургское востоковедение”. 192 с.

11. Любин В.П., Беляева Е.В. (2004) Стоянка Homo erectus на Центральном Кавказе в пещере Кударо 1. СПб.: Центр “Петербургское востоковедение”. 269 с.

12. Маринин А.М. (1990) Карст и пещеры Алтая. Новосибирск: Горно-Алтайский государственный университет. 148 с.

13. Матреничев В.А., Климова Е.В. (2015) Глинистые отложения пещер. Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 7. Геология. География. № 4. С. 65–82.

14. Поспелова Г.А., Голованова Л.В, Дороничев В.Б., Цельмович В.А. (2011) Магнитные и минералогические характеристики пород палеолитической стоянки в Мезмайской пещере (Северный Кавказ). Физика Земли. Т. 47. № 7. С. 86–96.

15. Природная среда и человек в палеолите Горного Алтая (2003) А.П. Деревянко, М.В. Шуньков, А.К. Агаджанян и др. Новосибирск: Изд-во ИАЭТ СО РАН. 448 с.

16. Ренгартен Н.В., Черняховский А.Г. (1980) Состав и условия образования осадочных отложений, выполняющих пещеру Кударо I. В сб.: Кударские пещерные палеолитические стоянки в Юго-Осетии (вопросы стратиграфии, экологии, хронологии). М.: Наука. С. 33–38.

17. Селиванова Н.Б. (1980) Материалы исследования грубообломочной части рыхлых отложений пещеры Кударо III. В сб.: Кударские пещерные палеолитические стоянки в Юго-Осетии (вопросы стратиграфии, экологии, хронологии). М.: Наука. С. 39–44.

18. Сенников Н.В., Обуг О.Т., Хабибулина Р.А. и др. (2023). Рифовые комплексы алтайского позднеордовикско-раннесилурийского бассейна — строение, классификация, палеобиоты и палеогеографическое положение. Геология и геофизика. Т. 64. № 3. С. 352–369. https://doi.org/10.15372/GIG2022112

19. Сокол Э.В., Некипелова А.В., Козликин М.Б. и др. (2024) Природа биогенных горизонтов в плейстоценовой толще Денисовой пещеры: минералого-геохимические маркеры и реконструкция источников вещества. Археология, этнография и антропология Евразии. Т. 52. № 1. С. 35–46. https://doi.org/10.17746/1563-0102.2024.52.1.035-046

20. Цельмович В.А., Корзинова А.С., Дороничева Е.В., Голованова Л.В. и др. (2019) Вулканизм и заселение северного склона Центрального Кавказа в среднем палеолите: новые данные из грота Сарадж-Чуко. Геофизические процессы и биосфера. Т. 18. № 4. С. 95–109. https://doi.org/10.21455/gpb2019.4-9

21. Шуньков М.В., Кулик Н.А., Козликин М.Б. и др. (2018) Фосфатная минерализация плейстоцен-голоценовых отложений восточной галереи Денисовой пещеры. Доклады Академии наук. Т. 478. № 3. С. 318–322. https://doi.org/10.7868/S0869565218030155

22. Bolhar R., Kamber B.S., Moorbath S. et al. (2004) Characterization of early Archaean chemical sediments by trace element signatures. Earth Planet. Sci. Lett. Vol. 222. No. 1. P. 43–60. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2004.02.016

23. Bosch R.F., White W.B. (2004) Lithofacies and transport of clastic sediments in karstic aquifers. In: Studies of cave sediments: Physical and chemical records of paleoclimate. New York: Kluwer Academic (Publ.). P. 1–22.

24. Campbell J.W., Waters M.N., Rich F. (2017) Guano core evidence of palaeoenvironmental change and Woodland Indian inhabitance in Fern Cave, Alabama, USA, from the mid-Holocene to present. Boreas. Vol. 46. No. 3. P. 462–469. https://doi.org/10.1111/bor.12228

25. Choi H.S., Yun S.T., Koh Y.K. et al. (2009) Geochemical behavior of rare earth elements during the evolution of CO2-rich groundwater: A study from the Kangwon district, South Korea. Chem. Geol. Vol. 262. No. 3–4. P. 318–327. https://doi.org/j.chemgeo.2009.01.031

26. Dandurand G., Maire R., Ortega R. et al. (2011). X-ray fluorescence microchemical analysis and autoradiography applied to cave deposits: speleothems, detrital rhythmites, ice and prehistoric paintings. Géomorphologie: relief, processus, environnement. Vol. 4. P. 407–426. https://doi.org/10.4000/geomorphologie.9623

27. Farrant A.R., Smart P.L. (2011) Role of sediment in speleogenesis; sedimentation and paragenesis. Geomorphology. Vol. 134. No. 1–2. P. 79–93. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2011.06.006

28. Forray F.L., Onac B.P., Tanţău I. et al. (2015) A Late Holocene environmental history of a bat guano deposit from Romania: an isotopic, pollen and microcharcoal study. Quat. Sci. Rev. Vol. 127. P. 141–154. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2015.05.022

29. Greaney A.T., Rudnick R.L., Gasching R.M. et al. (2018) Geochemistry of molybdenum in the continental crust. Geochim. Cosmochim. Acta. Vol. 238. P. 36–54. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.06.039

30. Jacobs Z., Li B., Shunkov M.V. et al. (2019) Timing of archaic hominin occupation of Denisova Cave in southern Siberia. Nature. Vol. 565. P. 594–599. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0843-2

31. Karkanas P., Kyparissi-Apostolika N., Bar-Yosef O. et al. (1999) Mineral assemblages in Theopetra, Greece: a framework for understanding diagenesis in a prehistoric cave. J. Archaeol. Sci. Vol. 26. No. 9. P. 1171–1180. https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0354

32. Karkanas P., Bar-Yosef O., Goldberg P. et al. (2000) Diagenesis in prehistoric caves: the use of minerals that form in situ to assess the completeness of the archaeological record. J. Archaeol. Sci. Vol. 27. No. 10. P. 915–929. https://doi.org/10.1006/jasc.1999.0506

33. Karkanas P., Rigaud J.-P., Simek J.F. et al. (2002) Ash, bones and guano: a study of the minerals and phytoliths in the sediments of Grotte XVI, Dordogne, France. J. Archaeol. Sci. Vol. 29. No. 7. P. 721–732. https://doi.org/10.1006/jasc.2001.0742

34. Martini I. (2011) Cave clastic sediments and implications for speleogenesis: new insights from the Mugnano Cave (Montagnola Senese, Northern Apennines, Italy). Geomorphology. Vol. 134. No. 3–4. P. 452–460. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2011.07.024

35. Monge G., Jimenez-Espejo F.J., García-Alix, A. et al. (2015) Earliest evidence of pollution by heavy metals in archaeological sites. Sci. Rep. Vol. 5. No 1. 14252. https://doi.org/10.1038/srep14252

36. Osborne R.A.L. (1995) Transactions of the British Cave Research Association Evidence for two phases of Late Palaeozoic karstification, cave development and sediment filling in southeastern Australia. Cave and Karst Science. Vol. 22. No. 1. P. 39–44.

37. Rosina V.V. (2006) Bats as an indicator of human activity in the Paleolithic using the example of Denisova Cave, Northwestern Altai. Paleontological J. Vol. 40. Suppl. 4. P. 494–500. https://doi.org/10.1134/S0031030106100091

38. Smrzka D., Zwicker J., Bach W. et al. (2019) The behavior of trace elements in seawater, sedimentary pore water, and their incorporation into carbonate minerals: a review. Facies. Vol. 65. P. 1–47. https://doi.org/10.1007/s10347-019-0581-4

39. Sokol E.V., Kozlikin M.B., Kokh S.N. et al. (2022) Phosphate record in pleistocene-holocene sediments from Denisova Cave: formation mechanisms and archaeological implications. Minerals. Vol. 12. No. 5. 553. https://doi.org/10.3390/min12050553

40. Taylor S.R., McLennan S.M. (1985) The continental crust: its composition and evolution. Oxford: Blackwell (Publ.). 315 p.

41. Warr L.N. (2021) IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineral. Mag. Vol. 85. No. 3. P. 291–320. https://doi.org/10.1180/mgm.2021.43

42. White W.B. (2007) Cave sediments and paleoclimate. J. Cave Karst Stud. Vol. 69. No. 1. P. 76–93.

43. Wiersma J.P., Roberts E.M., Dirks P.H. (2020) Formation of mud clast breccias and the process of sedimentary autobrecciation in the hominin-bearing (Homo naledi) Rising Star Cave system, South Africa. Sedimentology. Vol. 67. No. 2. P. 897–919. https://doi.org/10.1111/sed.12666

44. Yang J., Torres M., McManus J. et al. (2017) Controls on rare earth element distributions in ancient organic-rich sedimentary sequences: role of post-depositional diagenesis of phosphorus phases. Chem. Geol. Vol. 466. P. 533–544. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.07.003