Variability of the Carbon isotope composition (13C/12C) of soils and cultural layers of geoarcheological monuments, Russian plain

Abstract

The practice of using isotope analysis in archaeological research, which has been developing in recent years, requires knowledge of the features of isotope fractionation in cultural layers and buried soils. The structural properties of geoarchaeological monuments are determined by local relief, climate, vegetation, landscape hydrology, physical and chemical properties of soil-forming and underlying rocks, and the existence of crops, and therefore their isotopic signature has a complex cumulative character. The aim of the study was to study the variability of the carbon isotope composition of soils, rocks and cultural layers of various landscape parts of geoarchaeological mounds in different natural zones of the Russian Plain from the standpoint of identifying general climatic trends and the contribution of the anthropogenic factor to carbon isotope fractionation. The defensive ramparts of the Dmitrovsky Kremlin (Moscow region), Davydovsky settlement (Tambov region), Vodyansky settlement (Volgograd region), necropolises of the Zhereno and Kvetun archaeological complexes (Bryansk region) were chosen as objects of study. It is shown that a significant variability in the carbon isotope composition is typical for soils and cultural layers of geoarchaeological monuments of different natural zones and makes it possible to identify the stages of stable soil formation on the surface of embankments and the stages of backfilling structures. The isotopic ratios decrease in the humus horizons of daytime and buried soils. An increase in isotopic ratios is characteristic of the cultural layers of geoarchaeological monuments in all natural zones and marks the epochs of the existence of cultures, however, the mechanisms of this process require further research. Despite the predominant distribution of herbaceous vegetation on the day surface of the sites, the isotope signature of buried soils reflects the type of dominant zonal vegetation and, through features of the type of photosynthesis, makes it possible to reconstruct the climate features of the region at various chronostages of the existence of objects.

References

1.Александровский А.Л. Пирогенное карбонатообразование: результаты почвенно-археологических исследований //Почвоведение. № 5. 2007.
2.Андреев С.И., Разуваев Ю.Д. Исследование укреплений Давыдовского городища в 2011 г. // Вестн. ТГУ. 2012. Вып. 6 (110).
3.Вагапов И.М., Алексеев А.О. Магнитная восприимчивость в оценке пространственной и профильной неоднородности почв, обусловленная палеоэкологическими факторами // Известия РАН. Сер. географическая, 2015. № 5.
4.Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В. и др. Антропогенные почвы: учебное пособие для бакалавриата и магистратуры. 2-е изд., испр. и доп. М., 2017.
5.Гольева А.А. Почвенные исследования средневековых валов Дмитрова, Ярославля и Ростиславля // Археология Подмосковья: материалы научного семинара. Вып. 5. М., 2009.
6.Евстигнеев О. И. Неруссо-Деснянское полесье: история природопользования. Брянск, 2009.
7.Иванов А.В., Яшков И.А., Грачев В.А. и др. Эволюционная урбанистика Поволжья и Прикаспия в музейном пространстве. Исследования сетей поселений в рамках проекта «Флотилия плавучих университетов». Путеводитель и каталог совместных экспозиций Музея естествознания Саратовского гос. техн. ун-та имени Ю.А. Гагарина и Музея землеведения Моск. гос. ун-та имени М. В. Ломоносова / М., 2020.
8.Ковалева Н.О., Добровольский Г.В. Изотопный состав углерода почв в диагностике изменений климата: состояние проблемы и вероятные сценарии. // Доклады по экологическому почвоведению, 2013, Т. 19, № 2.
9.Ковалева Н.О., Ковалев И.В. Лигниновые фенолы как биомаркеры палеорастительности // Почвоведение. № 9. 2015.
10.Ковалева Н.О., Канищев В.В., Тютерева О.И. и др. Гидрогеохимия ландшафтов Тамбовщины в историческое время // Вестн. Тамбовского ун-та. Сер. Естественные и технические науки. 2016. Вып. 1. Т. 21. http://vesnik.tsutmb.ru/rus; http://vesnik.tsutmb.ru/eng/).
11.Ковда И.В., Олейник С.А., Голубева Н.И. и др. Изменение изотопного состава углерода органического вещества и карбонатов почв в пределах слабого дрейфа климатических параметров // Известия РАН. Сер. географическая. 2011. № 2.
12.Макаров М.И., Малышева Т.И., Бузин И.С., и др. К вопросу об использовании стабильных изотопов углерода в почвах как индикатора изменений климата и растительности // Материалы IV Всероссийской научной конференции «Динамика современных экосистем в голоцене». Товарищество научных изданий КМК. М., 2016.
13.Моргун Е.Г., Ковда И.В., Рысков Я.Г. и др. Возможности и проблемы использования методов геохимии стабильных изотопов углерода в почвенных исследованиях (обзор литературы) // Почвоведение. 2008. № 3.
14.Падин В.А. Среднее Подесенье (Трубчевская округа) в VI–V вв. до н.э. — X–XII вв. н.э., по материалам археологических исследований // Очерки про истории археологии Брянской области. Вып. 2. Брянск. 2004.
15.Падин В.А. Курганы эпохи бронзы около Трубчевска // Советская археология. 1963. № 1.
16.Смирнов А.С. Неолитические стоянки Жеренских озер // Советская археология. 1982. № 3.
17.Тиунов А.В. Стабильные изотопы углерода и азота в почвенно-экологических исследованиях // Известия РАН. Сер. биологическая. 2007. № 4.
18.Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв. М., 2015.
19.Энговатова А.В., Добровольская М.В., Зайцева Г.И. "Kремлевская диета" древнерусского города (по изотопным данным) // Краткие сообщения Института археологии, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт археологии Российской академии наук (Москва). 2015. № 237.
20.Юдович Я.Э., Кетрис М.П.  Соотношение изотопов углерода в стратисфере и биосфере: четыре сценария // Биосфера. 2010. № 4.
21.Яворская Л.В., Антипина Е.Е., Энговатова А.В., Зайцева Г.И. Стабильные изотопы углерода и азота в костях домашних животных из трех городов Европейской части России: первые результаты и интерпретации // Вестн. Волгоградского гос. ун-та. Сер. 4. История. 2015. № 1 (31).
22.Farquhar G.D., Ehleringer J.R., Hubick K.T. Carbon isotope discrimination and photosynthesis. //Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1989. Vol. 40.
23.Kögel I.  Estimation and decomposition pattern of the lignin component in forest soil // Soil Biol. Biochem. 1986. № 18.