Исследование перемещений древних людей
По статье в журнале ArcUser, лето 2008 г.
Введение
Моделирование полей энергетических затрат с помощью приложения ArcGIS Spatial Analyst помогает исследователям лучше разобраться в том, как люди связаны с окружающей средой и друг с другом.
Хотя, с общепринятой точки зрения, кратчайшее расстояние между двумя точками определяется прямой линией, в действительности, в большинстве случаев это не самый простой путь от пункта до пункта. Куда бы ни направлялись люди – в бакалейную лавку, на работу или даже к почтовому ящику, они неизбежно сталкиваются с физическими препятствиями. Это верно как для наших дней, так и в отношении прошлого.
Чтобы лучше понять территориальные и социальные отношения в древнем обществе, студенты и сотрудники факультета антропологии Университета штата Вашингтон и исследователи Археологического Центра Кроу-Кэньон использовали ГИС для изучения перемещений древних людей, обитавших 1000 лет назад в районе Меса-Верде на юго-западе штата Колорадо, которые были связаны с поиском камней, использовавшихся для изготовления орудий труда. Сейчас на этой территории расположен одноименный национальный парк. Для местности характерны крутые скалы и столовые горы.
Данное исследование являлось одним из направлений комплексного проекта по изучению экодинамики. Этот проект был разработан с целью помочь археологам и антропологам лучше понять факторы, влиявшие на распределение стоянок малочисленных древних народов, занимавшихся земледелием. Участники исследования социополитической организации и технологий древних людей выбрали в качестве аналитического инструментария современную технологию – ГИС, позволяющую им изучать пространственные отношения как функцию изменяющихся факторов окружающей среды.
Поскольку людям свойственно адаптироваться к окружающим условиям единственно возможным способом, в зависимости от присущих территории природных ограничений и препятствий, исследователи решили смоделировать, как древние люди перемещались в пределах ландшафта, задав ограниченный набор параметров внешней среды. Используя ArcGIS с дополнительным модулем Spatial Analyst, они изучили социальные взаимоотношения на примерах простых действий людей, например, перехода через холм для собирания камней.
Меса-Верде и его обитатели
В течение длительного доисторического периода населявшие Меса-Верде люди перешли от охоты и собирательства к очаговому садоводству, а затем стали оседлыми фермерами. Некоторые обитали в скальных пещерах, другие жили в деревнях на вершинах столовых гор. Но неожиданно все изменилось. В конце 1200-х годов большая часть населения региона исчезла. До этого момента люди во многом полагались на каменные инструменты, необходимые для охоты, земледелия и забивания животных. Однако доставать материалы для изготовления хороших каменных орудий было непросто. Поскольку добыча материалов для создания орудий из камня требовала усилий, исследователи задались вопросом, не может ли добыча каменных орудий (то есть собирание камней для изготовления инструментов) быть также индикатором территориальных и/или иных социальных взаимодействий.
Анализ перемещений
С помощью ArcGIS были решены четыре основные задачи:
- построение стоимостного растра для изучаемой территории, моделирующего энергетические затраты при передвижении по местности
- проведение анализа энергетических затрат с применением весовых коэффициентов для пути от каждого поселения до ближайшего карьера (рис. 1, 2)
- использование кригинга (одного из методов интерполяции) для расчета значений энергетических затрат перемещений в пределах области в каждый из рассматриваемых периодов времени
- построение карты различий энергетических затрат, полученных методом кригинга, для различных периодов времени. Для создания карты применялась картографическая алгебра и производилось вычитание значений энергетических затрат в более поздние периоды из величин, соответствующим предшествующим периодам.
Рис. 1. Карта энергетических затрат, полученная с применением весовых коэффициентов, для пути от поселения к ближайшей каменоломне.
Рис. 2. Отметки поселений, масштабированные в зависимости от величины энергетических затрат. Большим кругам соответствуют более высокие энергетические затраты при собирании сырья для изготовления каменных орудий.
Вначале детальная цифровая модель рельефа территории была классифицирована по величине крутизны уклонов. В основу анализа местности, по которой происходило перемещение людей в пределах каньонов вокруг Меса-Верде, легло логичное предположение о том, что более крутые склоны представляли большую трудность для преодоления.
Затем был произведен стоимостной анализ с учетом весовых коэффициентов для расчета приблизительных энергетических затрат людей, перемещавшихся от своих домов к каменоломне. Значения затраты-расстояние отражают расход энергии (основной стоимостной показатель) при ходьбе по расчлененному ландшафту. В модели поселения обозначались как стартовые точки, а каменоломни – как пункты назначения. Чтобы поставить в соответствие каждому поселению значение энергетических затрат при ходьбе от него до каменоломни, использовался инструмент Извлечь значения в точки (Extract Values to Points) модуля ArcGIS Spatial Analyst.
Визуализация энергетических затрат
Для визуализации распределения значений энергетических затрат в пределах ландшафта использовалась функция кригинга, доступная в модуле Spatial Analyst. С ее помощью были созданы карты затрат энергии при добыче материалов для изготовления каменных орудий для нескольких периодов времени (рис. 3). На картах темными цветами обозначались зоны с высокими затратами энергии, белым – с низкими. Например, в течение раннего периода Пуэбло II (индейских поселений), продолжавшегося с 920 по 1060 гг., на карте отсутствовали темные участки. Это позволяет говорить, что в этот период люди тратили меньше энергии при добыче материалов для орудий из камня. А значения затрат энергии, соответствующие позднему периоду Пуэбло III (1225-1280 гг.), напротив, свидетельствуют о том, что поселенцам в эту эпоху, по-видимому, приходилось тратить намного больше энергии для выполнения аналогичных действий.
Рис. 3. Карты результатов интерполяции методом кригинга значений энергетических затрат для четырех временных периодов.
Для определения районов, в которых затраты энергии обитателями центральной Меса-Верде менялись в течение времени, были построены серии карт в ArcGIS. Для вычитания значений энергетических затрат более позднего периода из величин для более раннего применялся инструмент Калькулятор растра (Raster Calculator) модуля Spatial Analyst. Благодаря построению карт различий в значениях между этими двумя рядами данных, удалось визуализировать изменение затрачиваемой энергии от одного периода к другому (рис. 4). Закрашенные желтым зоны показывают, в каких районах люди, жившие в начале периода Пуэбло III, тратили больше энергии, а закрашенные красным – аналогичные районы для позднего Третьего периода. На карте различий видно, где люди тратили больше или меньше энергии для добычи сырья.
Рис. 4. Карта, демонстрирующая районы, где затраты энергии на добычу каменных орудий увеличились или уменьшились в позднем Третьем периоде Пуэбло по сравнению с ранним Третьим периодом.
Случаи, в которых в течение рассматриваемого периода энергетические затраты в некотором районе возрастали, возможно, свидетельствуют о территориальном расширении индейских поселений. Также предполагается, что, в связи с ростом населения в периоде Пуэбло III, люди были вынуждены затрачивать больше энергии, отправляясь на поиски материалов для изготовления каменных орудий. Вероятно, это означало, что людям приходилось удаляться на значительные расстояния от своих домов, выполняя работу добытчиков, что делало их первыми маятниковыми мигрантами.
Заключение
Использование ArcGIS позволило исследователям увидеть, как физико-географические препятствия (в данном случае, топографические сложности) влияли на добычу камней обитателями индейских поселений. Карты, созданные с применением весовых коэффициентов и кригинга, показали, как территориально распределялись энергетические затраты при добыче сырья для изготовления орудий. Авторы настоятельно рекомендуют археологам применять аналогичные ГИС-процедуры для понимания и реконструкции перемещения людей (используя метод оценки энергетических затрат) и социальных взаимодействий, задавая простейшие параметры окружающей среды и какой-нибудь предмет потребления (в данном случае, каменные орудия), в котором люди нуждаются и который активно ищут.
За дополнительной информацией можно обращаться к авторам статьи: д-ру Фумиясу Аракава (Fumiyasu Arakawa, FArakawa@crowcanyon.org), аналитику Археологического центра Кроу-Кэньон, г. Кортез, штат Колорадо, и Кристоферу Николсону (Christopher Nicholson, cnichol5@uwyo.edu), координатору Банка данных по водным ресурсам из Университета штата Вайоминг, г. Ларами.
