Ученые выяснили, что помогло сохраниться наскальным рисункам в пещере во Франции

Фото из открытых источников

Французская команда использовала невидимый ультрафиолетовый свет с расстояния около 2,5 метров для изучения 37 000-летних рисунков в пещере Шове (Франция). Они обнаружили прозрачную минеральную пленку на части изображений, а также признаки того, что некоторые линии, выполненные углем, могли быть нарисованы раскаленными углями.

Чтобы измерить размер изображения лошади, нарисованного 37 000 лет назад, обычно нужно подойти к стене. В пещере Шове это невозможно. На полу пещеры до сих пор сохранились отпечатки копыт, которым десятки тысяч лет, и никому не разрешается наступать на них. Поэтому исследователи работали с металлического мостика, расположенного примерно в 2,5 метрах от скалы, что примерно соответствует высоте потолка в квартире. Оттуда, используя невидимый человеческому глазу свет и оптоволокно, закрепленное на длинном шесте, они считывали, какие минералы медленно откладывались на рисунках.

Исследование, опубликованное в журнале ACS Omega, было проведено Филиппом Вальтером из Лаборатории молекулярной и структурной археологии (LAMS) Сорбоннского университета и CNRS, национального исследовательского агентства Франции. В ходе исследования было установлено, что большая часть исследованных произведений искусства покрыта прозрачным слоем кальцита, минерала, из которого состоит известняк. Этот слой может вести себя как природный лак.

Пещера Шове-Пон-д'Арк расположена в ущельях Ардеша, на юго-востоке Франции, недалеко от Валлон-Пон-д'Арк. Три спелеолога-любителя, Жан-Мари Шове, Элиетт Брюнель и Кристиан Иллер, обнаружили её 18 декабря 1994 года. Они протиснулись через узкий проход и наткнулись на стены, покрытые рисунками. 

Исследователи насчитывают более тысячи изображений носорогов, мамонтов, львов, медведей, лошадей и бизонов, датируемых примерно 37 000 лет назад. Это более чем на 30 000 лет раньше появления письменности в Месопотамии и более чем вдвое превышает возраст находки в Ласко, который обычно оценивается примерно в 17 000 лет.

Наскальные рисунки дошли до нас почти в нетронутом виде, в основном потому, что скала их запечатала. Несколько обвалов закрыли вход в пещеру в период верхнего палеолита, последнего этапа древнего каменного века. Последний обвал произошел около 21 000 лет назад, согласно наиболее часто цитируемым оценкам, и пещера оставалась закрытой до 1994 года.

С тех пор доступ туда разрешен только ученым. В 2014 году ЮНЕСКО включила его в список Всемирного наследия, а в апреле 2015 года неподалеку открылась полноразмерная копия — пещера Пон-д'Арк, чтобы публика могла увидеть то, что ей недоступно. Настоящая пещера также охраняется огромной стальной дверью.

Внутри пол рассказывает свою собственную историю. На нем сохранились отпечатки ног ребенка в возрасте от восьми до десяти лет, который проходил через пещеру с фонариком около 26 000 лет назад, а также отпечатки медведей и крупного псового, возможно, собаки. Именно поэтому рядом со стенами нет проходов, и аналитикам пришлось импровизировать. Согласно статье, рабочие расстояния в пещере варьируются от 1 до 6 метров, в диапазоне, в котором обычные методы анализа не работают.

Под документом также подписались Йохан Булар, Тьери Гийу, Жиль Тоселло, Маги Жабер и Кароль Фриц, которая возглавляет научную группу Шове с 2018 года. 

Этот метод называется спектроскопией ультрафиолетовой флуоресценции, и его суть проще, чем кажется на первый взгляд. Некоторые материалы поглощают ультрафиолетовый свет, тот же самый, что используется в ультрафиолетовых лампах для проверки банкнот, и излучают его в виде видимого свечения. Цвет этого свечения показывает, из чего состоит материал и какие примеси он содержит.

В этом и заключается вся хитрость. Известняк стены и кальцитовые корки, образующиеся на его поверхности, — натечные образования, оставленные стекающей с породы водой, — химически почти идентичны. Различают их следы органических веществ, которые они содержат, вещества, переносимые водой из почвы и растений над пещерой. Из-за этих следов известняк под ультрафиолетовым светом выглядит сероватым, а кальцит натечных образований светится синим. Уголь на рисунках поглощает свет и ничего не отражает.

Распределив роли таким образом, исследователи действуют почти как в детективном расследовании. Если свет падает на черный мазок, а в ответ возвращается преимущественно голубое свечение, сигнал может исходить только от слоя кальцита, расположенного поверх древесного угля. Уолтер сравнивает этот подход с криминалистическим расследованием: каждая улика изучается, чтобы выяснить, как работали доисторические художники и как сохранились картины.

Команде пришлось изготовить специальное оборудование. Трехметровый оптический кабель передавал свет к стене и возвращал свечение обратно, а карбоновый шест позволял точно перемещать зонд с дорожки. Зонд располагался примерно в 5 сантиметрах от скалы и анализировал пятно размером с булавочную головку в пещере при температуре 13 °C и влажности, близкой к 100%. Авторы также проверили, что свет не вызывает выцветания цветной бумаги, находящейся под его воздействием, поэтому он не должен повредить поверхности. Они дополнили измерения фотографиями, сделанными в ультрафиолетовом свете, чтобы получить общее представление.

Измерения были сосредоточены на Панели Лошадей, в Камере Хиллера (названной в честь одного из первооткрывателей) и в Нише Львов . На большей части Панели Лошадей стена демонстрирует лишь серое свечение известняка, а в отдельных местах, например, в правом нижнем углу, видны корки кальцита. Черные полосы едва светятся, примерно в двадцать раз слабее, чем голая скала, но спектрометр их улавливает.

Центральный рисунок лошади наглядно демонстрирует этот эффект. На губе, где уголь покрывает известняк, преобладает синий цвет кальцита. На голой скале свечение соответствует свечению известняка. На челюсти, где пигмент распределен неравномерно, два сигнала равномерно разделены. Синий цвет поднимается именно там, где находится уголь, что указывает на слой кальцита над рисунком. Это очень тонкая вуаль, невидимая невооруженным глазом, и авторы не могут сказать, какова ее толщина. Их метод дает относительную оценку, а не толщину в миллиметрах.

В статье не доказывается, что эта пленка защищала картины на протяжении тысяч лет. Предполагается, что полупрозрачный слой может действовать как естественный лак, в то время как толстый, непрозрачный слой может в конечном итоге скрыть произведения искусства. В качестве примера авторы приводят Большую пещеру в Арси-сюр-Кюр, во французском департаменте Йонна, где непрозрачная кальцитовая корка полностью скрывала палеолитические картины, пока ее не удалили во время реставрационных работ.

Корки, образующиеся поверх картин, полезны и в другом отношении. Датировка верхних слоев может определить минимальный возраст рисунка под ними, хотя надежность этого метода остается предметом дискуссий.

Самым показательным фрагментом стала ниша Львов. После того, как люди перестали посещать пещеру, туда просочилась вода, образовав большие пласты натечных образований. Голубое свечение кальцита в этом месте настолько сильное, что его видно даже на обычных фотографиях. На голове одной лошади пласт натечного образования начинается от горизонтальной трещины и тянется по всей фигуре. На груди другой лошади угольная линия на коротком участке покрыта кальцитом, а вдоль остальной части линии виден только известняк.

Ниже черные линии, кажется, обозначают край водного потока. Кальцит осел на неокрашенных участках, а следы угля остались четкими. В этих местах спектрометр вообще не обнаружил кальцита.

Авторы интерпретируют это как возможное взаимодействие древесного угля с процессом кристаллизации. Это противоречит тому, что наблюдалось в других пещерах, таких как Арси-сюр-Кюр, где в росписях используются минеральные пигменты (оксиды марганца и железа), и не было обнаружено никакой связи между слоем краски и кальцитовой коркой. Исследование не объясняет механизм, который еще предстоит изучить.

Наиболее поразительный результат одновременно является и наиболее неопределенным. Под ультрафиолетовым светом некоторые участки чуть ниже определенных следов угля испускают оранжевое свечение. То же самое происходит и с пятнами, оставшимися на стене после того, как по ней протерли горелкой, чтобы оживить пламя. Чтобы выяснить причину, команда проверила несколько объяснений в лаборатории.

Смола и другие продукты распада древесного угля, полученного из сосны обыкновенной (вида, из которого сделан уголь в пещере), светятся синим, а не оранжевым цветом. Идея о том, что некоторые соединения переместились под действием гравитации или диффузии, также не подходит, поскольку свечение появляется под линиями или рядом с ними, а не в виде ореола вокруг них.

Подсказка появилась, когда команда нагрела образцы известняка и кальцита до 500 °C. В обоих случаях наблюдался очень похожий пик оранжевого свечения. Это привело к гипотезе, что оранжевое свечение свидетельствует о локальном нагреве породы, вызванном очень горячими углями или горящими факелами. В археологическом плане это означало бы, что некоторые штрихи были сделаны еще тлеющими углями. Сами авторы называют это гипотетическим явлением. У них нет прямых доказательств, и они отмечают, что эффект проявляется не на каждой линии или каждом мазке, что может быть связано с различиями в толщине кальцита.

Уолтер и его команда считают, что эта методика может быть также использована в криминалистике и для отслеживания биопленок (тонких слоев микробов) на борту Международной космической станции — проект, который, согласно пресс-релизу, уже находится в стадии реализации. 

Откуда берется органическое вещество, заставляющее кальцит светиться, если в него не просочилась вода, до сих пор неизвестно. Происхождение второго свечения известняка также не установлено: нагрев, который, как ожидалось, должен был заставить его исчезнуть, в итоге привел к появлению оранжевого свечения. Прежде всего, оранжевое свечение еще нуждается в подтверждении другими методами, такими как изучение различных стадий сгорания древесного угля, прежде чем кто-либо сможет сказать, действительно ли это след уголька, который держала рука палеолитического периода.