Методы компьютерного моделирования открывают новые и широкие возможности в области археологии. Используя эти методы, археологи могут разработать альтернативные компьютеризированные сценарии, которые можно сравнить с традиционными археологическими записями, что, возможно, расширит предыдущие выводы о том, как люди взаимодействуют с окружающей средой.
В статье, опубликованной в апрельском номере журнала American Antiquity за 2010 год исследователями из Университета штата Аризона и Университета штата Северная Каролина, описывается использование вычислительного моделирования для изучения долгосрочных последствий различных методов землепользования фермерами и пастухи на пейзажах. Результаты сравниваются с археологическими записями левантийского неолита, в которых хранятся сведения о долгосрочной социоэкологии натурального хозяйства.
«Использование компьютерного моделирования - это новый подход в области археологии. Известно, что археология изучает прошлое, но эти методы могут помочь нам предсказать будущее», - сказал Майкл Бартон, соавтор и содиректор. Центра социальной динамики и сложности АГУ.
«Вычислительное моделирование и неолитическая социоэкологическая динамика: пример из Юго-Западной Азии» демонстрирует, как новые методы моделирования используются для имитации различных методов землепользования, таких как интенсивное земледелие, сменная обработка (также называемая подсечно-огневой или подсечно-огневой) и выпас скота для определения долгосрочного воздействия на ландшафты. Исследование моделирует землепользование в бассейне реки Вади-Зиклаб на севере Иордании, области, где древние неолитические жители выращивали зерновые (пшеницу и ячмень), бобовые (чечевицу и нут), пасли овец и коз и разводили домашних свиней 8000 лет назад.
Интенсивное земледелие - это когда участок земли очищается от кустарников и деревьев и год за годом используется. Сменная обработка заключается в том, что новые земли расчищаются каждые несколько лет, но обрабатываются только в течение нескольких лет, прежде чем они будут заброшены. Заброшенная или заброшенная земля восстанавливает свое плодородие по мере того, как естественная растительность отрастает, чтобы ее можно было снова обрабатывать в будущем.
«Одним из наиболее интересных выводов нашего исследования было то, что сочетание сменной культивации и выпаса скота приводит к большему эрозионному стоку, но этот сток на самом деле делает сельскохозяйственные угодья вокруг крошечных деревень более плодородными», - сказал Бартон, который также является профессором Школы эволюции человека и социальных изменений ASU в Колледже свободных искусств и наук. Однако Бартон отмечает, что те же виды землепользования приведут к усилению деградации и потере продуктивных сельскохозяйственных угодий вокруг крупных деревень.
Были проведены многочисленные имитационные эксперименты для определения долгосрочной динамики ландшафта и землепользования. Исследователи использовали Систему анализа и поддержки географических ресурсов, географическую информационную систему общего назначения с открытым исходным кодом, чтобы объединить подробные карты топографии, почв, растительности и регионального климата для моделирования последствий различных форм землепользования.
Большинство экспериментов касались землепользования в течение 40-летнего периода, а некоторые - в течение 200-летнего периода. Также были проведены эксперименты в условиях отсутствия жителей, чтобы отделить изменения ландшафта во времени из-за природных воздействий от последствий деятельности человека.
«Мы заполняем пробелы в археологических данных», - сказал Исаак Улла, соавтор и научный сотрудник ASU. «Мы находим способы сделать археологию применимой к тому, что мы делаем сегодня, и, возможно, повлиять на будущие политические решения».
Улла добавил, что, создавая эти модели и объединяя их с археологическими данными, мы также узнаем о происхождении растительности, типичной для Средиземноморья сегодня. Это позволяет нам получить серию профилей растительности, которые представляют собой модель долгосрочной динамики ландшафта, которую нельзя увидеть с помощью традиционных археологических методов.
Эксперименты для этого исследования идут на шаг дальше, чем другие проекты моделирования географических информационных систем, исследуя процесс принятия решений человеком.
Хелена Митасова, соавтор и доцент кафедры морских, земных и атмосферных наук Университета штата Северная Каролина, помогала в разработке модели эрозии почвы, которая использовалась для определения практики землепользования в древних обществах. повлияло на эволюцию ландшафта.
Она сказала, что геопространственное моделирование позволяет им лучше понять взаимосвязь между развитием доисторических поселений и эволюцией ландшафта, особенно последствия сельскохозяйственных методов, которые могут привести к деградации земель далеко за пределами поселений и иметь широкие долгосрочные последствия для всей пейзажи.
«Мы можем исследовать различные гипотезы о том, как общины взаимодействовали со своей землей и как они ею управляли», - сказала Митасова. «Хотя эрозия почвы является естественным процессом, с помощью моделей мы можем исследовать вклад различных методов ведения сельского хозяйства, использовавшихся доисторическими обществами, в деградацию земель и то, как это повлияло на эволюцию этих сообществ».
«Исследование показывает важность пороговых эффектов, когда люди изменяют ландшафты для ведения сельского хозяйства. Методы землепользования, которые полезны в одном контексте, могут быть очень вредными в другом контексте», - сказал Бартон.
Бартон добавил, что по мере того, как общины росли, они преодолевали порог, когда методы ведения сельского хозяйства, которые когда-то повышали урожайность, начинали вызывать потерю почвы. Столкнувшись со снижением производительности, фермеры были вынуждены принимать решения: либо вернуться в небольшие деревушки, либо предпочесть скотоводство сельскому хозяйству, либо вкладывать больше труда в свои поля в виде террас, отводных дамб или новых форм земледелия. Все эти решения можно найти в археологических памятниках древнего Ближнего Востока.
Исследование было первым из нескольких, финансируемых программой «Биокомплексность в окружающей среде» Национального научного фонда. Подобные эксперименты, охватывающие разные периоды времени и разные места, также планируются.