Micromorphological Features and Formation Processes of the Cultural Layer in the Early Medieval Town of Dzhankent (Eastern Aral Sea Region, Kazakhstan)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This paper presents the results of a study on the stratigraphy, morphology, micromorphology, chemical, and physicochemical characteristics of the cultural layer in the residential area of the early medieval town of Dzhankent (Eastern Aral Sea region, Kazakhstan). The town is located in an arid paleo-deltaic landscape with a dynamic water supply. Sets of diagnostically significant micromorphological features are described, including: 1) features resulting from anthropogenic input and redistribution of matter (plant detritus, phytoliths, bone fragments, etc.); 2) pedofeatures resulting from the transformation of human-introduced material by anthropogenic processes (pyrogenic forms of carbonates, organic and phosphate-organic pedofeatures); 3) pedofeatures consisting of carbonates, gypsum, and iron oxides, mainly associated with natural processes. Stratigraphic units of the cultural layer, along with the processes and conditions of their formation, were defined, and the archaeological context was interpreted for each lithostratigraphic unit based on their morphological and analytical characteristics. The upper stratigraphic unit consists of the destruction products of adobe materials, with ash interlayers, some of which are stratigraphically traceable and likely correspond to fire events. The middle unit comprises residential and domestic sediments, including a series of living surfaces, and contains an ash layer possibly resulting from a fire event. The lower unit is composed of alluvial-delta deposits slightly impacted by residential activities and periodically affected by fluctuating groundwater. The distribution of organic carbon and phosphorus in the cultural layer corresponds well with the observed organic substrates at the macro-stratigraphic level, being significantly higher in loose layers rich in plant detritus, charcoal, ash, and bone material. However, the analytical characteristics of the cultural layer (pH, electroconductivity, contents of organic carbon, phosphorus, carbonates, gypsum), determined from homogenized samples of the stratigraphic units, do not always align with the composition observed at the micromorphological level (abundance of micro-artifacts, anthropogenic, and soil microfeatures). These discrepancies are primarily due to the extremely high lateral and microstratigraphic heterogeneity of the cultural layer.

About the authors

J. О. Karpova

Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: juliakarpova10@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8735-0374
Russian Federation, 29, Staromonetny Lane, Moscow, 119017

М. А. Bronnikova

Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences; Texas Tech University

Email: juliakarpova10@yandex.ru
Russian Federation, 29, Staromonetny Lane, Moscow, 119017; 2911, 15th Street, Lubbock, Texas, 79409-2122, USA

М. P. Lebedeva

Dokuchaev Soil Science Institute

Email: juliakarpova10@yandex.ru
Russian Federation, 7, Pyzhevsky Lane, Moscow, 119017

I. А. Arzhantseva

Institute of Ethnology and Anthropology of the Russian Academy of Sciences

Email: juliakarpova10@yandex.ru
Russian Federation, 32A, Leninsky Ave., Moscow, 119334

H. Härke

Higher School of Economics; University of Tübingen

Email: juliakarpova10@yandex.ru
Russian Federation, 20, Myasnitskaya St., Moscow, 101000; Geschwister-Scholl-Platz, Tübingen, 72074, Germany

References

  1. Абдыкалыков А.А., Ассакунова Б.Т., Иманкулов Дж. Дж. Древние строительные материалы в зодчестве Кыргызстана. Бишкек: Илим, 2007. 180 с.
  2. Александровский А.Л. Культурный слой: генезис, география, систематика, палеоэкологическое значение // Археология и естественные науки в изучении культурного слоя объектов археологического наследия: Материалы междисциплинарной научной конференции. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018. С. 7–16.
  3. Александровский А.Л. Пирогенное карбонатообразование: результаты почвенно-археологических исследований // Почвоведение. 2007. № 5. С. 517–524.
  4. Александровский А.Л., Александровская Е.И., Долгих А.В., Замотаев И.В., Курбатова А.Н. Почвы и культурные слои древних городов юга Европейской России // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1291–1301. https://doi.org/10.7868/S0032180X15110027
  5. Александровский А.Л., Балабина В.И., Мишина Т.Н., Седов С.Н. Телль Юнаците и поселение рядом с ним: сравнительный педологический анализ в контексте археологической стратиграфии // Краткие сообщения Института археологии. 2011. Вып. 225. С. 189–206.
  6. Александровский А.Л., Бойцов И.А., Кренке Н.А. Почвы и культурный слой Москвы: строение, история развития, география // Изв. РАН. Сер. географическая. 1997. № 4. С. 82–95.
  7. Аржанцева И.А., Болелов С.Б. Тажекеев А.А. История исследования Хорезмской экспедиции на землях Сыра. Ч.1. М., Кызылорда: Олеабук, 2018. 412 с.
  8. Аржанцева И.А., Зиливинская Э.Д., Караманова М.С., Рузанова С.А., Уткельбаев К.З., Сыдыкова Ж.Т., Билалов С.У. Сводный отчёт об археологических работах на городище Джанкент в 2005–2007, 2009 гг. Кызылорда, 2010 г. 62 с.
  9. Аржанцева И.А., Тажекеев А.А. Комплексные исследования городища Джанкент (работы 2011–2014 гг.). А.: Арыс, 2014. 320 с.
  10. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск ун-та, 1970. 487 с.
  11. Борисов А.В., Федотов А.Э. Особенности химических и микробиологических свойств культурного слоя городища Болгар в зависимости от характера использования территории // Археология Евразийских степей. 2018. № 5. С 108–115.
  12. Боровский В.М. Общие природные и почвенные условия сельскохозяйственного производства областей Казахстана. Алма-Ата: Академия наук Казахской ССР, 1960. C. 132-144.
  13. Боровский В.М. Формирование засоленных почв и галогеохимические провинции Казахстана. Алма-Ата: Наука Казахской ССР, 1982. 254 с.
  14. Бронникова М.А., Панин А.В., Аржанцева И.А., Харке Г., Карпова Ю.О. Радиоуглеродное датирование и пожарная история раннесредневекового города Джанкент (Ю-В Приаралье, Казахстан) // Радиоуглерод в археологии и палеоэкологии: прошлое, настоящее, будущее. Мат-лы междунар. конф., посвященной 80-летию Г.И. Зайцевой. СПб.: ИИМК РАН, РГПУ, 2020. С. 17–18.
  15. Бронникова М.А., Панин А.В., Шеремецкая Е.Д., Борисова О.К., Успенская О.Н., Пахомова О.М., Мурашева В.В., Беляев Ю.Р., Бобровский М.В. Формирование поймы Днепра в районе Гнездовского археологического комплекса в среднем и позднем голоцене // Труды ГИМ. Гнездовский археологический комплекс: Материалы и исследования. 2018. Вып. 210. С. 28–68.
  16. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
  17. Воронина В.Л. Архитектура Средней Азии // Всеобщая история архитектуры в 12 томах. Т. 8. Архитектура стран Средиземноморья, Африки и Азии. VІ—XIX вв. М., 1969. С. 183—197.
  18. Герасимова М.И., Губин С.В., Шоба С.А. Микроморфология почв природных зон СССР. Пущино, 1992. 200 с.
  19. Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология. Пущино, 1997. 213 с.
  20. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 228 с.
  21. Долгих А.В. Почвенно-геохимические исследования культурных отложений Великого Новгорода (Ильменский раскоп) // Российская археология. 2012. № 3. С. 143–148.
  22. Долгих А.В., Александровский А.Л. Почвы и культурный слой Великого Новгорода // Почвоведение. 2010. № 5. С. 515–526.
  23. Зазовская Э.П. Палеоурбаноземы раннесредневековых предгородских центров: генезис и устойчивость. Автореф. дис. … канд. географ. наук. М., 2013. С. 1-23.
  24. Караваева Н.А., Таргульян В.О., Черкинский А.Е. и др. Элементарные почвообразовательные процессы. Опыт концептуального анализа. М.: Наука, 1992. 184 с.
  25. Каздым А.А., Верба М.П. Микростроение культурного слоя древних поселений как устойчивый временной диагностический признак // Экология древних и современных обществ. Тюмень: ИПОС СО РАН, 2003. Вып. 2. С. 46–49.
  26. Кирчо Л.Б. Телль // Большая российская энциклопедия. 2016. Т. 32. С. 15.
  27. Лебедева М.П. Микростроение субаридных и аридных почв суббореального пояса Евразии. Дис. ... докт. с./х. наук. М., 2012. 343 с.
  28. Минеев В.Г. Практикум по агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
  29. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3. Многолетние данные. Ч. 1–6. Вып. 18. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 514 с.
  30. Прокофьева Т.В., Герасимова М.И., Безуглова О.С., Бахматова К.А., Гольева А.А., Горбов С.Н., Жарикова Е.А., Матинян Н.Н., Наквасина Е.Н., Сивцева Н.Е. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1155–1164. https://doi.org/10.7868/S0032180X14100104
  31. Прокофьева Т.В., Седов С.Н., Строганова М.Н., Каздым А.А. Опыт микроморфологической диагностики городских почв // Почвоведение. 2001. № 7. С. 879–890.
  32. Сверчкова А.Э., Хохлова О.С., Моргунова Н.Л., Мякшина Т.Н. Большой Болдыревский курган раннего бронзового века в Южном Приуралье: курганные конструкции, палеопочвы, реконструкции палеоклимата // Почвоведение. 2022. № 6. С. 687–700.
  33. Седов С.Н., Александровский А.Л., Бенц М., Балабина В.И., Мишина Т.Н., Шишков В.А., Сахин Ф., Озкая В. Антропогенные отложения и почвы теллей Анатолии и Балкан: состав, генезис, связь с историей ландшафта и заселения // Почвоведение. 2017. № 4. С. 387–400. https://doi.org/10.7868/S0032180X17040098
  34. Сычева С.А. Культурный слой как объект географии // Изв. РАН. Сер. геогр. 1999. № 6. С. 13–21.
  35. Сычева С.А. Почвенно-геоморфологические аспекты формирования культурного слоя древних поселений // Почвоведение. 1994. № 3. С. 28–33.
  36. Сычева С.А., Леонова Н.Б. (ред). Естественнонаучные методы исследования культурных слоев древних поселений. М.: НИА-Природа, 2004. 162 с.
  37. Сычева С.А., Леонова Н.Б., Александровский А.Л. и др. Руководство по изучению палеоэкологии разновозрастных культурных слоев древних поселений (Лабораторное исследование). М., 2000. 88 с.
  38. Сычева С.А., Леонова Н.Б., Узянов А.А. и др. Руководство по изучению палеоэкологии культурных слоев древних поселений. М.: РФФИ, 1998. 59 с.
  39. Aldeias V., Cabanes D., Alonso A. C., Gallo G., Goldberg P., Heinrich S., Herrera-Herrera A. V., Li Li, Mallol C., McPherron Sh. P., Olszewski D., Sandgathe D., Stahlschmidt M., Steele T. E. An interdisciplinary micro-contextual laboratory excavation of fire residues from Pech De L’Aze IV (Dordogne, France) // Conference: ESHE 2020. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.16009.88167М
  40. Alexandrovskiy A.L., Dolgikh A.V., Alexandrovskaya E.I. Pedogenic Features of Habitation Deposits in Ancient Towns of European Russia and their Alteration under Different Natural conditions // Bol. Soc. Geol. Mex. 2012. V. 64. P. 71–77.
  41. Boguckyj A.B., Łanczont M., Łącka B., Madeyska T., Sytnyk O. Age and the paleoenvironment of the West Ukrainian Paleolithic: the case of Velykyi Glybochok multi-cultural site // J. Archaeol. Sci. 2009. V. 36. P. 1376-1389.
  42. Bronnikova M.A., Karpova J.O., Murasheva V.V., Kochkina A.F., Stashenkov D.A., Arzhantseva I.A., Härke H. Micromorphological features of medieval cultural layers formed in different environmental backgrounds // Bol. Soc. Geol. Mex. 2022. V. 74. P. 1–25. http://dx.doi.org/10.18268/ BSGM2022v74n3a080822
  43. Bronnikova M.A., Zazovskaya E.P., Bobrov A.A. Local landscape evolution related to human-impact of an early medieval pre-urban center in the upper Dnieper region (Central Russian Plain): an interdisciplinary experience // Rev. Mex. Cien. Geol. 2003. V. 20. P. 245–262.
  44. Canti M.G. The production and preservation of faecal spherulites: animals, environment and taphonomy // J. Archaeol. Sci. 1999. V. 26. P. 251–258.
  45. Coil J., Korstanje M.A., Archer S., Hastorf C.A. Laboratory goals and considerations for multiple microfossil extraction in archaeology // J. Archaeol. Sci. 2003. V. 30. P. 991–1008.
  46. Courty M.-A., Goldberg P., Macphail R. Soils and Micromorphology in Archaeology. N.Y.: Cambridge University Press, 1989. 344 p.
  47. Crabtree PJ., Reilly E., Wouters B., Devos Y., Bellens T., Schryvers A. Environmental evidence from early urban Antwerp: New data from archaeology, micromorphology, macrofauna and insect remains // Quat. Int. 2017. V. 460. P. 108–123.
  48. Devos Y., Cordemans K., Louwagie G., Langohr R., Vanmontfort B., Modrie S. The Conservation and Degradation of Archaeological Soil Features in Flanders and Brussels: The example of Watermaal-Bosvoorde // Conservation and Management of Archaeological Sites. 2016. V. 18. P. 170–180. https://doi.org/10.1080/13505033.2016.1182754
  49. Devos Y., Nicosia C., Vrydaghs L., Speleers L., van der Valk J., Marinova E., Claes B., Albert R. M., Esteban I., Ball T.B., Court-Picon M., Degraeve A. An integrated study of Dark Earth frm the alluvial valley of the Senne river (Brussels, Belgium) // Quat. Int. 2017. V. 460. P. 175–197. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2016.06.025
  50. Goldberg P., Macphail R. Practical and Theoretical Geoarchaeology. Blackwell Science Ltd, 2006. 464 p.
  51. Golyeva A., Chichagova O., Bondareva J. Soil forming processes of ancient man- made soils (cultural layers) by the example of sites in humid (Dunino) and arid (Ar-Dolong) regions of Russia: A first approach // Quat. Int. 2016. V. 418. P. 22–27.
  52. Golyeva A., Svirida N. Quantitative distribution of phytoliths as a reliable diagnostical criteria of ancient arable lands // Quat. Int. 2017. V. 434. P. 51–57.
  53. Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. Edited by: Georges Stoops, Vera Marcelino and Florias Mees. Second Edition. Elsevier, 2018. 1000 p.
  54. Itkin D., Goldfus H., Curtis Mongerb H. Human induced calcretisation in anthropogenic soils and sediments: Field observations and micromorphology in a Mediterranean climatic zone, Israel // Catena. 2016. V. 146. P. 48–61.
  55. Itkin D., Crouvi O., Monger H.C., Shaanan U., Goldfus H. Pedology of archaeological soils in tells of the Judean foothills, Israel // Catena. 2018. V. 168. P. 47–61.
  56. IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition. International Union of Soil Sciences (IUSS). Vienna, 2022.
  57. Karkanas P., Goldberg P. Phosphatic Features // Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. Ch. 27. Elsevier, 2018. P. 323–346.
  58. Macphail R.I., Cruise G.M., Allen M.J., Linderholm J., Reynolds P. Archaeological Soil and Pollen Analysis of Experimental Floor Deposits; with Special Reference to Butser Ancient Farm, Hampshire, UK // J. Archaeol. Sci. 2004. V. 31. P. 175–191.
  59. Macphail R.I., Goldberg P. Archaeological Materials // Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. Ch. 27. Elsevier, 2018. P. 779–820.
  60. Macphail R.I., Graham E., Crowther J., Turner S. Marco Gonzalez, Ambergris Caye, Belize: A geoarchaeological record of ground raising associated with surface soil formation and the presence of a Dark Earth // J. Archaeol. Sci. 2017. V. 77. P. 35–51.
  61. Macphail R.I., McAvoy J.M. A micromorphological analysis of stratigraphic integrity and site formation at Cactus Hill, an early Paleoindian and hypothesized pre-Clovis occupation in south-central Virginia, USA // Geoarchaeology. 2008. V. 23. P. 675–694.
  62. Mazurek R., Kowalska J., Gąsiorek M., Setlak M. Micromorphological and physico-chemical analyses of cultural layers in the urban soil of a medieval city. A case study from Krakow. Poland // Catena. 2016. V. 141. P. 73–84.
  63. Neumann K., Strömberg C.A.E., Ball T., Albert R.M., Vrydaghs L., Cummings L.S. International Code for Phytolith Nomenclature (ICPN) 2.0 // Annals of Botany. 2019. V. 124. P. 189–199. https://doi.org/10.1093/aob/mcz064
  64. Nicosia C., Stoops G. (Eds). Archaeological Soil and Sediment Micromorphology. First Edition. Published by Wiley Blackwell, 2017. P. 476.
  65. Poch R.M., Artiedo O. et al. Gypsic features // Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths. Elsevier. 2018. Ch. 10. P. 259–287.
  66. Stoops G. Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin section. Second Edition // Soil Sci. Soc. Am. Inc.: Madison, Wisconsin, USA, 2021. 256 p.
  67. Stoops G., Eswaran H. Morphological characteristics of wet soils // Wetland Soils: Characterization, Classification and Utilization. Los Banos: IRRI, 1985. P. 177–189.
  68. Sulas F., Fleisher J., Wynne-Jones S. Geoarchaeology of urban space in tropical island environments: SongoMnara, Tanzania // J. Archaeol. Sci. 2017. V. 77. P. 52–63.
  69. Veneman P.L.M., Vepraskas M.J., Bouma J. The physical significance of soil mottling in a Wisconsin toposequence // Geoderma. 1976. V. 15. P. 103–118.
  70. Vepraskas M.J., Lindbo D.L., Stolt M.H. Redoximorphic features // Micromorphological Features of Soils and Regoliths. Elsevier, 2018. Ch. 15. P. 425 –446.
  71. Vrydaghs L., Devos Y., Peto A. Opal Phytoliths // Archaeological Soil and Sediment Micromorphology. N.J.: Wiley, 2017. Ch. 18. P. 155–164.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Appendix
Download (40KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. Location of the Djankent settlement: (a) - map fragment of the Republic of Kazakhstan (the symbol indicates the location of the settlement); (b) - aerial photograph of the settlement (the symbol indicates the location of the studied profile) [8].

Download (68KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Stratigraphic structure of the profile: (a) - outer armouring strata of the late wall composed of earthen material, (b) - early monolithic earthen wall. Drawing made by D.A. Volkov, T.Yu. Cherezova.

Download (52KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Analytical data of stratigraphic layers: (a) - pH H2O; (b) - CaCO3, %; (c) - sulphate ion of gypsum, %; (d) - P2O5 (val), %; (e) - Sorg, %; (f) - specific electrical conductivity of 1 : 5 water fume hood, mS/cm.

Download (103KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Anthropogenic microfossils: (a) - carbonate-clay aggregates (layer X), PPL; (b) - subparallel orientated plant remains and coprolites (K) (layer XV), PPL; (c) - subparallel orientated carbonate-encrusted plant remains, coprolites (K) and pyrogenic micrite (PM) (layer XV), XPL; (d) - vitrified mass with carbonified residues (layer XV), PPL; (e) - phytoliths (F) in cereal tissues (TZ) (layer XI), PPL; (f) - pollen grains (PG) among plant tissues (layer XI), PPL; (g) - fish bone and charcoal fragments (layer XIV), PPL; (h) - clusters of spherulites (layer XI), XPL; (i) - destroyed organophosphate nodule with charcoal fragments (layer XIII), PPL.

Download (166KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Natural microsignatures: (a) - micro clot structure with impregnation of amorphous organic matter (layer III), PPL; (b) - large lenticular gypsum crystals in aggregated carbonate-clay material (layer III), PPL; (c) - infilling of small rhombohedral gypsum crystals (layer IX), PPL; (d) - ferruginous clay hypocutane in carbonate clay material (layer I), PPL; (e) - fungal spores (GS) among plant residues (RO) (layer XI), PPL; (f) - gypsum-salt infilling with traces of dissolution (SR) (Layer XIV), PPL; (g) - jellification (O) of plant remains and gypsum crystals (G) in clay-carbonate material (Layer XXIV), PPL.

Download (124KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences