Керамика по праву считается одним из самых информативных видов археологических находок. Состав глины и примесей хранит в себе уникальный геохимический «след» места добычи сырья, а также отражает технологические особенности древнего гончарного дела. Точное определение места производства предметов позволяет реконструировать торговые пути, изучать процессы культурного обмена и специфику организации ремесла в Средневековье.
До настоящего времени строгие количественные исследования происхождения русской керамики этого периода проводились редко. Подобным изысканиям препятствовали ограниченный объем выборки доступных материалов и отсутствие эталонных баз данных геохимического фона артефактов.
Для решения этой проблемы специалисты из ЛНФ ОИЯИ, ИА РАН и Египетского агентства по атомной энергии проанализировал 149 фрагментов керамики XIII–XVII веков. Среди изученных предметов были образцы глиняной посуды из Московского Кремля, Твери и Селитреннского городища, ремесленная керамика из Болгара (Булгара) и Биляра — крупнейших центров средневековой Волжской Булгарии, а также артефакты из других регионов. В частности, ученые работали с фрагментами византийских амфор и керамических изделий из древнего государства Хорезм, располагавшегося на территории Центральной Азии.
Элементный состав образцов ученые определяли с помощью метода инструментального нейтронного активационного анализа (ИНАА) на импульсном реакторе ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ, а также на других установках с применением рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). Сочетание этих методов позволило с высокой точностью выявить концентрации 29 химических элементов в каждом образце.
Отличительной чертой исследования стало применение алгоритмов контролируемого машинного обучения: метода опорных векторов (SVM), алгоритма случайного леса (RF), градиентного бустинга (GB) и многослойного персептрона (MLP). Они использовались для классификации керамических фрагментов с неопределенным местом происхождения на основании их геохимического состава. При тестировании на независимой контрольной выборке точность распознавания достигла 85–88 %, что подтверждает устойчивость предложенного подхода. Также благодаря этим алгоритмам удалось пополнить базы данных керамики Болгара новыми верифицированными образцами.
Важным итогом работы стало вычисление геохимических фоновых значений для 25 элементов в булгарской керамике. Задействовав четыре независимых статистических метода (IQR, MAD, CDF и байесовский вывод с использованием марковских цепей Монте-Карло), физики доказали, что реальные фоновые показатели концентраций систематически превышают обычное среднее арифметическое. Это означает, что использование лишь усредненных величин в качестве эталона несет высокий риск ошибки при интерпретации происхождения археологических артефактов.
Кроме того, ученые выяснили, что надежными геохимическими маркерами, обособляющими керамику Болгара от изделий из других регионов, выступают хром, сурьма, марганец, мышьяк и никель. Эти элементы наилучшим образом отражают специфику геологического состава местных источников глинистого сырья и характерные традиции средневековых гончарных мастерских.
