Металлы - дар небесных богов

Андрей Скляров

Металлы – дар небесных богов

Аннотация:

Исследования последних десятилетий серьезно пошатнули традиционный взгляд на историю освоения металлов человеком. Особенно много противоречий между эмпирическими фактами и устоявшейся теорией обнаруживается для самых ранних стадий древней металлургии. В свете накопленных к настоящему времени фактов версия освоения человеком выплавки металла из руд в результате случайного и хаотичного экспериментирования выглядит весьма сомнительной. Между тем сами наши древние предки никогда и нигде не ставили себе в заслугу освоение металлургических технологий. Они считали это знание даром богов – представителей весьма высоко развитой в техническом отношении цивилизации, следы реального существования которой в древности обнаруживаются практически по всей нашей планете.

* * *

Благодарности:

Выражаю искреннюю и глубокую признательность:

Марку Гарберу, который подвиг меня на то, чтобы погрузиться в тему, которая сначала представлялась мне совершенно пустой, но в итоге оказалась весьма интересной и перспективной;

Сергею Дигонскому, всегда готовому оказать консультативную и информационную помощь, а также подбросить неожиданные идеи;

Юлии Горловой, оказавшей огромную помощь в аналитическом исследовании древних артефактов;

Армену Петросяну за предоставленный материал по ереванской бронзовой статуэтке;

группе переводчиков под руководством Антона Егоренко за помощь в переводе английских и испанских текстов;

а также всем, кто помогал мне в сборе материалов для данной книги.

* * *

Роль металлов в жизни и истории человечества

Оценить роль металлов в нашей жизни довольно просто – достаточно оглянуться и посмотреть вокруг себя. Металл повсюду. Кухонная утварь – ложки, вилки, ножи, кастрюли, сковородки – практически все из металла. Бытовая техника – стиральные машины, пылесосы, телевизоры, компьютеры – невозможна без металлов. Дома и улицы городов освещаются электричеством, которое подводится по металлическим проводам. Современные сооружения держатся за счет железобетонных конструкций. Между городами по стальным рельсам мчатся поезда, при создании которых использованы самые разные металлы, а по дорогам колесят машины, которые также во многом состоят из металлов. Корабли в море, самолеты в небе, ракеты и космические аппараты – все это просто невозможно без металлов и их сплавов. Да и странно было бы, если бы мы в нашей жизни обходились без того, что занимает весомую долю химической таблицы Менделеева.

Рис. 1. Эйфелева башня в Париже сделана из металла

Разнообразные свойства металлов – их ковкость, прочность и пластичность – давно сделали жизнь людей намного комфортней, ведь металлы используются уже на протяжении многих тысячелетий в самых разных сферах человеческой деятельности, из которых, пожалуй, наиболее значимой является создание орудий труда. Орудий, с помощью которых человек активно преобразует окружающий мир, приспосабливая его под свои нужды. Недаром с древнейших времен высоко ценились те, кто умел обращаться с металлом и изготавливать из него эти самые орудия труда.

Например, одна известная притча, созданная как минимум три тысячи лет назад, гласит следующее.

Царь Соломон по окончании строительства Иерусалимского храма решил прославить лучших строителей и пригласил их во дворец. Даже свой царский трон уступил он на время пира лучшему из лучших – тому, кто особенно много сделал для сооружения храма.

Когда приглашенные явились во дворец, один из них быстро взошел по ступеням золотого трона и сел на него. Его поступок вызвал изумление присутствующих.

– Кто ты и по какому праву занял это место? – грозно спросил разгневанный царь.

Незнакомец обернулся к каменщику и спросил его:

– Кто сделал твои инструменты?

– Кузнец, – ответил тот.

Сидевший обратился к плотнику, столяру:

– Кто тебе сделал инструменты?

– Кузнец, – отвечали те.

И все, к кому обращался незнакомец, отвечали:

– Да, кузнец выковал наши инструменты, которыми был построен храм.

Тогда незнакомец сказал царю:

– Я кузнец. Царь, видишь, никто из них не мог бы выполнить свою работу без сделанных мною железных инструментов. Мне по праву принадлежит это место.

Убежденный доводами кузнеца, царь сказал присутствующим:

– Да, кузнец прав. Он заслуживает наибольшего почета среди строителей храма.

Рис. 2. Суд Соломона (Никола Пуссен)

Кузнец в древние времена был не просто человеком, обрабатывающим металл. Его сфера деятельности охватывала практически всю технологическую цепочку от поиска и добычи руды до создания готовых изделий из металла, который выплавлялся из этой руды. И тех, кто видел его за работой, конечно же, поражало то, что кузнец (он же металлург по сути) получал ценные вещи практически «из ничего» – из куска какого-то камня. Поэтому у многих народов кузнец-металлург считался чуть ли не чародеем, а сама профессия была очень почетной.

С кузнецом не положено говорить на «ты», – уважительно отмечает финская поговорка.

По свидетельству английского ученого и публициста Бэзила Дэвидсона, оседлые земледельческие племена Африки почти повсюду считали кузнецов почетной кастой, а часто даже привилегированным сословием. Дэвидсон приводит также слова одного из исследователей о том, что в некоторых районах Зулуленда (бывшего государства зулусов на юге Африки) профессия кузнеца не только считается одной из самых почетных, но и окружена почти мистической таинственностью.

Немецкий этнограф Юлиус Липе сообщает, что в некоторых африканских государствах, расположенных южнее Сахары, царям часто было совершенно необходимо знать кузнечное дело. Так в одном из больших государств на территории Конго в средние века царя избирал совет вельмож. Избирали, конечно, не из простых людей. Но любой кандидат, который хотел стать царем, должен был доказать, что он является хорошим кузнецом.

Ясно, что для столь многогранной деятельности, какую нужно было совершить на пути от руды до готового металлического изделия, кузнец-металлург должен был обладать колоссальным знанием, которое чаще всего передавалось из поколения в поколение. Поэтому у многих древних народов кузнецом мог стать только тот, среди предков которого уже были кузнецы. Обыкновенный человек не мог взяться за это священное ремесло.

Рис. 3. Поиск руды с помощью лозоходства (средневековая гравюра)

Конечно, самые древние инструменты из металла еще не обладали теми характеристиками по твердости и прочности, какими обладают современные изделия. Но и они, как выясняется, весьма успешно могли конкурировать с каменными орудиями труда.

Например, одно время считалось, что мягкая самородная медь – довольно плохой материал даже для обработки дерева. Но в конце 50-х – начале 60-х годов советский историк Семенов организовал практические исследования по сравнению эффективности каменных и медных орудий и доказал несостоятельность подобных сомнений.

«Доктор исторических наук С.А.Семенов с группой молодых археологов в приангарской тайге провел серию опытов по сравнительному сопоставлению производительности медных и каменных орудий. Два одинаковых по форме топора – медный и каменный – были использованы при рубке равных по толщине сосен диаметром 25 сантиметров. В роли лесоруба выступал один и тот же человек. Непрерывно орудуя каменным топором, он свалил сосну только через 75 минут после начала работы. Каково же было изумление присутствующих, когда соседняя сосна была срублена им же с помощью медного топора всего через 25 минут! Медный топор оказался эффективнее каменного в 3 раза! Чтобы сопоставить рабочие качества не только ударных, но и режущих орудий, начали строгать деревянный сук медным, а потом кремневым ножом. Производительность медного ножа превзошла каменный в 6-7 раз!» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

«Медное сверло делало отверстие в березовом полене в 22 раза быстрее кремневого. Так замечательно просто был снят вопрос, почему медные орудия произвели переворот в древней технике» (С.Иванова, «Металл: рождение для цивилизации»).

Позднее историк металлургии Рындина со своими сотрудниками экспериментально подтвердила и то, что качества медных инструментов можно заметно улучшить с помощью довольно простых приемов. Например, посредством обычной ковки, доступной и нашим древним предкам, которым для этого достаточно было лишь взять в руки подходящий камень и использовать его в качестве молотка. Дело в том, что в процессе ковки значительно повышается твердость меди, которую можно увеличить таким способом в несколько раз.

«Английский ученый Г. Г. Коглен на опыте доказал, что литую медь с исходной твердостью 30-40 единиц по шкале Бринеля можно довести одной ковкой до твердости 110 единиц. Эти цифры приобретут особую значимость, если вспомнить, что твердость железа составляет всего 70-80 единиц» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

Проблема была лишь в том, что при этой так называемой холодной ковке растет не только твердость, но и хрупкость металла, что значительно затрудняет задачу получения действительно качественного изделия. Но эту проблему удалось обойти с помощью периодического нагрева меди до 850^оС, что уменьшало хрупкость материала.

«Было поставлено много опытов, прежде чем нашли оптимальные условия: бросали кусок меди в костер, он раскалялся, затем остывал – металл становился мягким и легко гнулся. Теперь можно было ковать его холодным. Каждый новый обжиг повышал и твердость, и пластичность меди» (С. Иванова, «Металл: рождение для цивилизации»).

Рис. 4. Медный топор

Открыв для себя полезные свойства металлов, человек, конечно же, не ограничился лишь одними орудиями труда. Пожалуй, даже наоборот – первоначально, как полагают историки, блеск и цветовое разнообразие металлов послужили причиной использования их для изготовления различных украшений и культовых предметов. Именно такие изделия считаются самыми древними из известных археологических находок. Чуть позднее металл стали использовать для изготовления разнообразных предметов бытовой утвари – от мелких иголок и рыболовных крючков до зеркал и котлов для приготовления пищи. Нашли металлы свое применение и в такой неожиданном для нас прикладном использовании как медицина.

В древних манускриптах говорится о пользе ношения металлических украшений и содержатся подробные описания случаев, в которых для очищения и лечения применялись пластины из различных металлов. О том, что с помощью пластин из меди можно лечить заболевания кожи, различные язвы и ушибы, а также холеру, писали Аристотель, Гиппократ, Гален, Парацельс, Аль-Бируни и Авиценна. Препараты, в состав которых входило золото и его соли, применяли при лечении проказы, волчанки, туберкулеза и некоторых венерических болезней.

Тибетские врачи полагали, что препараты из золота не только продлевают жизнь и повышают иммунитет у пожилых людей, но и выводят из организма различные яды, поэтому рекомендовали использовать золото при отравлениях. Кроме того, золото и его соединения считаются эффективным средством при лечении болезней почек, так как стимулируют выведение из организма избыточной жидкости. Серебро, по их мнению, обладает способностью излечивать нагноения и очищать кровь, а также ускорять заживление ран. Препараты из меди очищают гнойные раны, способствуют излечению болезней верхних дыхательных путей и печени. В тибетском трактате «Дзэйцхар Мигчжан» содержатся описания 25 лекарственных препаратов, в состав которых входят металлы.

В медицине Китая металлотерапия является составным элементом акупунктуры. Как полагают сторонники данного метода, введение металлических игл в определенные точки помогает восполнить недостаток металла в организме и восстановить нарушенную циркуляцию энергетических потоков…

Как бы то ни было, металлы довольно быстро проникли в самые разные сферы жизни человека, кардинально изменив все его существование на самой заре человеческой цивилизации.

Рис. 5. Медные браслеты применялись и в лечебных целях

С чего все начиналось?..

Великий философ Древнего Рима Тит Лукреций Кар в I веке до нашей эры в своем сочинении «О природе вещей» написал следующее:

«Прежде служили оружием руки могучие, когти,

Зубы, каменья, обломки ветвей от деревьев и пламя,

После того, как последнее стало людям известно.

После того была найдена медь и порода железа.

Все-таки в употребленье вошла прежде медь, чем железо.

Так как была она мягче, притом изобильней гораздо.

Медным орудием почва пахалась, и медь приводила

Битву в смятенье, тяжкие раны везде рассевая.

Скот и поля похищались при помощи меди, легко ведь

Все безоружное, голое повиновалось оружью.

Начали мало-помалу мечи из железа коваться.

Вид же оружья из меди в людях возбуждать стал презренье.

В это же время и землю возделывать стали железом,

И при войне с неизвестным исходом равнять свои силы».

Рис. 6. Тит Лукреций Кар

По сути, именно эти строки и легли в основу современного деления всей истории человечества, в которой специалистами выделяются большие периоды под названиями «каменный век» (неолит), «медный век» и «железный век». Этот перечень был дополнен датскими учеными К.Томсеном и Е.Ворсо понятием «бронзовый век», которое они ввели в археологическую науку в первой половине XIX века, поместив этот период между медным и железным веками. В таком виде данное деление и дошло до наших дней, иллюстрируя ту схему очередности освоения металлов человеком, которая ныне принята в академической науке.

Строго говоря, Томсен и Ворсо всего лишь исправили ошибку, сделанную при переводе текста Лукреция Кара. Дело в том, что римляне (вслед за греками) часто путали между собой понятия «медь» и «бронза», нередко обозначая их одним и тем же термином. В те так называемые античные времена никто в Средиземноморье не использовал медь для изготовления орудий труда и оружия – эту функцию исполняла бронза. И Лукреций Кар явно писал именно о бронзе, а вовсе не о меди.

Но как бы то ни было, указанная четырехступенчатая схема прижилась и вошла в учебники.

Рис. 7. Четыре периода развития человечества

Итак, во времена каменного века человек ориентировался на использование того, что было под рукой – в ход шли камни, дерево, кости, обсидиан (вулканическое стекло) и другие материалы, которые давала природа. Постепенно человек научился их дополнительно обрабатывать, добиваясь полезного улучшения свойств этих подручных предметов. Основным же орудием труда оказывались камни, которым люди стали придавать самую разнообразную форму сначала простым откалыванием кусков камня, а позднее используя дополнительно сверление, шлифовку и полировку. Как полагают ныне историки и антропологи, камень играл главную роль в жизни человека на протяжении сотен тысяч лет.

Рис. 8. Каменное рубило

И вот в какой-то момент человек открыл для себя металлы. Сначала, как полагают историки, в самой доступной – самородной форме.

«Открытие, вероятно, состоялось – как это иногда случается – в результате какой-то неудачной операции. Ну, например, так: доисторическому земледельцу потребовалось пополнить запас каменных пластинок и топоров. Из кучи заготовок, лежавших у его ног, он выбирал камень за камнем и умелыми движениями отбивал одну пластину за другой. А потом в его руки попал какой-то блестящий угловатый камень, от которого, сколько он ни бил по нему, ни одна пластинка не отделялась. Более того, чем усерднее он дубасил по этому бесформенному куску сырья, тем больше тот начинал походить на лепешку, которую в конце концов можно было мять, крутить, вытягивать в длину и свивать в самые удивительные формы. Так люди впервые познакомились со свойствами цветных металлов – меди, золота, серебра...» (Р.Малинова, Я.Малина, «Прыжок в прошлое: Эксперимент раскрывает тайны древних эпох»).

Поскольку в природе в самородном виде медь и золото (по сравнению с другими металлами) встречается достаточно часто, серебро – значительно реже, а железо вообще в редчайших случаях, то первыми металлами, с которыми познакомился человек, стали как раз золото и медь. Именно из них наши древние предки стали изготавливать сначала украшения, а затем и другие предметы и орудия труда.

Рис. 9. Медный самородок

«При изготовлении первых, очень простых украшений, оружия и инструментов им было достаточно самого распространенного технического приема каменного века – удара. Но эти предметы были мягкими, легко ломались и затуплялись. В таком виде они не могли угрожать господству камня. А кроме того, металлы в чистом виде, поддающиеся обработке камнем в холодном состоянии, в природе встречаются крайне редко. И все-таки новый камень им понравился, поэтому они экспериментировали с ним, комбинировали приемы обработки, ставили опыты, думали. Им пришлось, естественно, пережить много неудач, и прошло очень много времени, прежде чем им удалось открыть истину. При высокой температуре (ее последствия они хорошо знали по обжигу керамики) камень (который мы сегодня называем медью) превращался в текучее вещество, принимавшее вид любой формы. Инструменты могли обрести очень острую режущую кромку, которую к тому же можно было затачивать. Сломанный инструмент не надо было выбрасывать – достаточно было его расплавить и снова отлить в форме» (Р.Малинова, Я.Малина, «Прыжок в прошлое: Эксперимент раскрывает тайны древних эпох»).

Хотя иногда этот переход объясняется еще проще – дескать, среди камней, которыми человек обложил костер, чтобы сберечь драгоценный жар, случайно оказался медный или золотой самородок, который расплавился. Человек заметил, что «камень» превратился в странную жидкость, которая при остывании вновь затвердела и превратилась в «камень», но уже другой формы. Осталось лишь использовать таким случайным образом открытое свойство для отливки металлических изделий нужной формы. Считается, что первоначально отливка расплавленного металла осуществлялась в обычную земляную или глиняную форму, позднее же люди научились изготавливать специальные формы из камня, а затем и из металла. Человек сделал свои первые шаги в том, что мы называем ныне металлургией…

«Благодаря пластичности меди одной ковкой из нее можно было получить очень тонкие и острые лезвия. Поэтому такие важные для древнего человека изделия, как иглы, шилья, рыболовные крючки, ножи, кинжалы, наконечники стрел и копий, изготовленные из металла, оказались более совершенными, чем сделанные из камня и кости. Благодаря плавкости меди оказалось возможным придать ей такую сложную форму, которая в камне была недостижимой. Поэтому освоение плавления и литья определило появление многих новых, неизвестных ранее орудий – сложных топоров, мотыг, комбинированных топоров-тесел и т.д.» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

Рис. 10. Каменная форма для отливки топоров (Сардиния)

Спустя, как считается, довольно продолжительное время – несколько тысячелетий – человек открыл для себя, что можно получать те же самые металлы (медь, золото и серебро) из странных камней, которые были совсем не похожи на вожделенный металл, то есть из руды. Либо куски руды случайно оказались все в том же костре, либо человек уже целенаправленно стал экспериментировать, помещая в огонь все новые и новые камни. Как бы это ни произошло, после открытия столь полезного свойства таких камней, человек начал специально добывать металлосодержащие руды.

В ходе дальнейшего экспериментирования люди усовершенствовали место плавки, заменив обычный костер закрытой печью. А для повышения температуры внутри печи придумали систему подвода необходимого для этого кислорода – сначала с естественным притоком воздуха, а затем и с искусственным поддувом. С той же целью вместо обычных дров стали использовать специально подготавливаемый древесный уголь. Изменилось и место плавки – руду помещали уже не прямо в огонь, а в керамический сосуд (тигель).

Получение металлов не только из самородных жил, но и из руды, позволило значительно увеличить производство металлических изделий. Металл стал уверенно вытеснять каменные орудия труда. Человечество вступило в медный век.

«Переход к использованию орудий из металла вызвал не только общий рост производительности труда, но и расширил технические возможности многих отраслей производства. К примеру, стала доступна более совершенная обработка дерева. Медные топоры, тесла, долота, а позднее пилы, гвозди, скобы позволили выполнять такие сложные работы по дереву, которые ранее были просто неосуществимы. Эти работы способствовали улучшению приемов домостроительства, появлению выпиленного или вырезанного из дерева колеса, а по мнению английского археолога Гордона Чайлда, и первой цельнодеревянной сохи» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

Рис. 11. Борнит – минерал, содержащий медь

Экспериментирование с разными видами руды привело к тому, что в некий момент человек получил сплав меди и олова. Когда именно и где это произошло – историки спорят до сих пор, но никто из них не сомневается в том, что это стало эпохальным событием. По крайней мере на текущий момент считается, что сплав олова с медью – бронза – был известен уже в IV тысячелетии до нашей эры, а чистое олово во II тысячелетии до нашей эры

Олово очень легко выплавлялось из черно-коричневого камня – касситерита. Само по себе олово мягко и непрочно, но, если его добавить к меди, при сплавлении получается красивый желтый металл гораздо тверже меди. Кроме того, добавка олова к меди, начиная с минимальных долей процента, улучшает ее литейные качества.

Оценив столь полезные преимущества сплава над обычной медью, люди перешли к созданию орудий труда из бронзы. Это создало базу для очередного рывка человечества по пути прогресса во всех сферах деятельности.

«…многие, вполне реальные достижения древнего человека могут быть поставлены в связь с успехами металлургии. Представив себе эти достижения, легче понять, почему археологи выделяют в истории первобытного человека в качестве самостоятельных хозяйственно-технических этапов медный и бронзовый века. Они оценивают их не только с точки зрения основного, используемого для изготовления орудий металла, но и с точки зрения общего технического и социального прогресса общества» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

Рис. 12. Кристалл касситерита

Последней наступила очередь железа. Считается, что это было обусловлено целым рядом причин.

Прежде всего – в отличие от меди самородное железо в природе встречается крайне редко. Как правило, самородное железо находят в виде мельчайших, неправильной формы зерен, иногда в виде губчатых или сплошных объектов, рассеянных в базальтовых породах. Другой вид самородного железа – железо метеоритное – также не столь широко встречается, чтобы можно было вести речь о его сколь-нибудь масштабном использовании в древние времена…

Здесь стоит оговориться, что это утверждение из учебников не совсем корректно. И в качестве действительных причин позднего освоения железа оно вряд ли годится. Дело в том, что в виде различных соединений – типа гематита и магнетита – железо распространено довольно широко. И если вести речь о выплавке металлов из руд (в которой на самом деле тот же гематит использовался в качестве добавок с древнейших времен), то эту причину позднего использования железа следует считать несостоятельной. Гораздо более важны другие факторы.

Во-первых, для выплавки железа требуются существенно более высокие температуры, нежели для получения меди или бронзы. И достичь необходимых температур в простейших древних металлургических печах было просто невозможно.

Но главное, и это во-вторых, само по себе железо представляет мало ценности, поскольку чистое железо – весьма мягкий материал. И широкое его использование началось лишь с освоением производства стали – «сплава» железа с углеродом. Гораздо более твердая по сравнению с железом сталь уже могла вполне успешно конкурировать с бронзой.

Рис. 13. Магнетит

Самым древним способом получения железа считается так называемый сыродутный процесс, при котором железо получали непосредственно из руды в небольших печах, создаваемых вначале непосредственно в земле. Сыродутным этот способ назывался из-за того, что в печь подавали («дули») холодный («сырой») атмосферный воздух.

Сыродутный процесс не обеспечивал достижения температуры плавления железа (1537^оС), а максимально доходил до 1200^оС, так что это была своего рода «варка» железа. Восстановленное железо концентрировалось в тестообразном виде на самом дне печи, образуя так называемую крицу – железную губчатую массу с включениями несгоревшего древесного угля и с многочисленными примесями шлака.

Из крицы, которую в раскаленном виде извлекали из печи, можно было изготавливать изделия только после предварительного отделения этой шлаковой примеси и устранения губчатости. Поэтому непосредственным продолжением сыродутного процесса были холодная и, главное, горячая ковка, состоявшая в периодическом прокаливании кричной массы и ее проковывании. В результате создавались крицы-заготовки, которые и использовались для дальнейшего производства железных изделий.

Столь непростой, многостадийный процесс требовал, конечно, более длительного времени для его освоения, нежели выплавка меди и бронзы. Это и считается основной причиной более позднего внедрения железа в жизнь людей.

Но как бы то ни было, человечество все-таки совершило очередной рывок по пути своего прогресса, перейдя в итоге из бронзового века в век железный. И даже сейчас, когда широко используются всевозможные пластмассы и композитные материалы, мы все-таки продолжаем жить в железном веке, поскольку железо остается основным материалом нашей реальности. Хотя, конечно, технология получения железа и стали очень сильно изменилась по сравнению с древними временами…

Рис. 14. У мартеновской печи

Вот так вкратце выглядит история освоения металлов человеком в учебниках. Картинка на первый взгляд кажется гладкой и абсолютно непротиворечивой. Но это, как выясняется, только на первый взгляд и только в учебниках…

Медная Северная Америка

Хорошую иллюстрацию к жизни общества в медном веке предоставляет нам Северная Америка. Когда сюда вслед за Колумбом прибыли искатели приключений и драгоценных металлов, местные индейцы не знали не только железа, но и бронзы. Основным их металлом была самородная медь.

В центральной части североамериканского континента к югу от области Великих озер располагается одна из самых больших речных систем мира – Миссисипи, которая охватывает огромную территорию. Благодаря этой речной системе, которая служила хорошей «транспортной сетью», здесь сложился ареал развитой культуры, созданный примитивными охотниками и собирателями, и получивший в науке название Вудленд. К этому времени тут впервые появляется керамика, традиция строительства погребальных курганов, складываются зачатки земледелия, а также появляются изделия из меди. Эпицентр этой культуры располагался вдоль течения Миссисипи и ее притоков – рек Миссури, Огайо и Теннеси.

Основными «медными» центрами в данном регионе были Висконсин, Миннесота и Мичиган. Уже в очень давние времена – в V–III тысячелетии до нашей эры (по современной датировке) – талантливые местные мастера изготавливали медные наконечники стрел и копий, а также ножи и топоры. Позднее люди культур адена, хоупвелл и Миссисипи, последовательно сменявшие культуру Вудленд, создавали превосходные медные подвески и прикладные украшения, а также ритуально-мемориальные «доски» и декоративные изысканно украшенные тарелки и блюда из листов кованой меди. К моменту появления здесь европейцев у северо-западных индейцев уже имелись даже своеобразные «деньги» в виде пластинок из чистой меди.

Рис. 15. Ареал культуры хоупвелл

Однако, несмотря на эти достижения, обработка меди велась примитивным способом. Плавка была неизвестна индейцам. Медь добывали из наиболее чистых рудных жил, затем расплющивали при помощи молота, а когда она достигала достаточно мягкого и податливого состояния, нарезали листы необходимой формы. Прямо на них гравировали узор, используя резцы из камня или кости.

До недавнего времени считалось, что индейцы североамериканского континента использовали лишь холодную ковку, хотя ряд исследователей и допускал вероятность освоения местными мастерами также метода горячей ковки. Недавние же исследования внутренней структуры некоторых медных изделий подтвердили, что горячая ковка индейцам все-таки была известна. Проанализировав размер, форму и особенности зерен меди внутри изделий, исследователи пришли к выводу, что древние мастера обрабатывали заготовку тяжелым молотом, затем помещали ее на 5-10 минут в горячие угли, что размягчало медь и уменьшало ее хрупкость, и после этого повторяли цикл столько раз, сколько требовалось для получения тонкого медного листа. Процедура, как легко заметить, полностью совпадает с экспериментами, проведенными Н.Рындиной с сотрудниками (см. ранее).

Рис. 16. Медные мемориальные «доски» североамериканских индейцев

И даже на самом севере континента гренландцы и эскимосы использовали найденные медные самородки и делали из них гвозди, наконечники для стрел и другое оружие и инструменты без использования плавки. Шотландский купец-путешественник, агент канадской Северо-Западной (пушной) компании, Александер Макензи, описывая свое путешествие через североамериканский континент в конце XVIII века, свидетельствует о том, что чистая медь была широко распространена среди племен, живущих вдоль побережья Северного Ледовитого океана. Их наконечники стрел и копий выковывались «вхолодную», с помощью одного лишь молота.

И эти племена, и жители обширного региона Миссисипи использовали для изготовления своих изделий самородную медь из района Верхнего озера, расположенного на границе нынешних США и Канады. Здесь располагались ее богатейшие запасы.

Обычно в промышленных объемах самородная медь встречается очень редко. И в этом отношении медные руды района Верхнего озера уникальны. Рудоносная полоса протянулась тут по берегу одного из крупнейших озер мира приблизительно на полтысячи километров. И если самородки золота, вес которых превышает 10 килограмм, можно перечислить по пальцам, то по отношению к меди природа Северной Америки оказалась неизмеримо богаче и щедрее. Самородки этого металла, найденные возле Верхнего озера, на полуострове Кыосиноу, достигали веса 500 тонн!..

Рис. 17. На берегу Верхнего озера

В районе Верхнего озера в Северной Америке самородная медь была известна и добывалась очень давно – еще задолго до появления тут европейцев. К их приходу большая часть горных выработок уже поросла лесом. По данным М.Неймайра, старые открытые выработки и мелкие шахты тянулись в пределах меденосной полосы приблизительно на двести километров. Возле них были найдены каменные молотки, древесный уголь, медные орудия труда.

Современная промышленная добыча меди велась тут с 1845 по 1968 год. За это время было получено около 5,5 миллиона тонн меди. C 1968 года рудники законсервированы. Остаток же запасов оценивается примерно в 500 тысяч тонн меди.

По некоторым оценкам, к моменту начала промышленной добычи в этом регионе уже была выбрана почти половина начальных запасов меди, а добыча ее велась на протяжении многих тысячелетий. Когда она началась – вопрос до сих пор дискуссионный. Ныне историки оценивают начало добычи здесь самородной меди примерно VI-V тысячелетием до нашей эры. Вместе с тем есть совершенно иная точка зрения, согласно которой разработка данного месторождения началась на много тысячелетий раньше. Есть даже сторонники версии, что местные рудники эксплуатировались еще легендарными атлантами.

Но к версии более ранних датировок мы вернемся позднее. А пока лишь отметим, что уникальными оказываются не только месторождения района Верхнего озера, но и сам североамериканский пример общества, жившем в медном веке. Больше нигде в мире нет столь четких свидетельств того, что человечество проходило в своем развитии медный век. Во всех других регионах находки изделий из самородной меди настолько малочисленны, что строго и доказательно выделить с их помощью отдельный период под названием «медный век» просто нельзя. Вдобавок, из-за своего почтенного возраста эти изделия находятся порой зачастую в таком плачевном состоянии, что невозможно даже вообще провести корректный анализ их химического состава, не то чтобы определить, какая именно медь использовалась при их изготовлении – самородная или выплавленная из руды. Да и датировки подобных артефактов нередко вызывают сильные сомнения. Так что Северная Америка остается единственным реальным подтверждением медного века как такового.

База данных

Для того, чтобы разобраться в истории древней металлургии и ее особенностях, нужно на что-то опираться. Но что имеется в нашем распоряжении?..

Прежде всего – это древние изделия из металла. До весьма недавнего времени как раз изделия из металла служили историкам основной эмпирической базой для рассуждений о ранних этапах металлургии. Именно для рассуждений, поскольку преимущественно все сводилось к теоретическим размышлениям о том, из чего и как было создано то или иное изделие. Причем в своих выводах историки опирались чаще всего лишь на внешние особенности конкретного артефакта и простые логические соображения, которые выстраивались на базе имеющихся данных о доступности тех или иных источников металла и о его общих физико-химических характеристиках (температура плавления, твердость, ковкость, возможность взаимодействия с другими элементами и прочее).

Естественно, что выводы, полученные в результате таких теоретических рассуждений, всегда вызывали законные сомнения в их достоверности (заметим в скобках, что в дальнейшем обоснованность этих сомнений во многом получила подтверждение). Ведь теория – это только теория…

Ситуация несколько улучшилась в ХХ веке, когда появилась возможность такого исследования химического состава металлических артефактов, которое не сопровождалось повреждением или даже полным уничтожением самих артефактов. Это дало возможность для получения новой информации и позволило продвинуться вперед в понимании ранних этапов металлургии.

Однако на первых этапах исследования состава изделий не имели необходимой точности. Вдобавок, металлические артефакты обладают целым рядом особенностей, которые существенно затрудняют получение корректных данных об их создании.

Во-первых, сами изделия – даже при известном химическом составе – чаще всего крайне мало могут сказать о том, из чего именно они были получены, и еще меньше о том, какие металлургические технологии применялись при их изготовлении. В частности, когда металл выплавлялся не из одной конкретной руды, а из смеси различных руд, что в древности практиковалось довольно часто.

Во-вторых, подавляющая часть металлов активно взаимодействуют с внешней средой. Пожалуй, тут лишь золото находится в «привилегированном» положении, крайне неохотно вступая в химические реакции с другими веществами. Все остальные металлы довольно активны с химической точки зрения, что приводит к коррозии изделий и заметному изменению их состава (при достаточном количестве времени).

Рис. 18. Золото лучше всего противостоит коррозии (частный музей в Лиме, Перу)

А в-третьих, поняв, что металлы можно плавить, человеку легко было сделать следующий шаг и додуматься до вторичного их использования, пуская отработавшие свой век изделия на переплавку. Естественно, что подобное вторичное использование металлов получило широкое распространение с древнейших времен. По изделиям же, прошедшим переплавку, практически невозможно определить, как именно, когда, где, из каких руд и с помощью какой технологии получен исходный металл, ведь в ходе переплавки его химический состав может очень серьезно измениться.

В частности, это сводит на нет попытки сколь-нибудь строгой датировки металлических изделий. Непосредственно металл не датируется – прямых методов определения времени его выплавки нет. Теоретически, можно было бы использовать для датировки радиоактивный углерод, который неизбежно в каком-то количестве должен был попадать в металл в процессе плавки – ведь древняя металлургия базировалась на использовании древесного угля, содержащего необходимый для этой методики изотоп углерода. Однако вторичная плавка в этом случае путает все карты, поскольку в ходе нее в металл также попадает какое-то новое количество радиоуглерода, что существенно искажает результаты исследований по данной методике.

Некоторое время назад были популярны попытки определять время создания металлических изделий по внешнему стилистическому сходству их формы и деталей орнамента (по аналогии с тем, как сейчас археологи классифицируют древние культуры по находимой керамике). Но этот способ с самого начала вызывал серьезные сомнения в его обоснованности, поскольку практически не учитывал фактор обмена и торговли между различными территориями, а также культурного влияния соседних народов друг на друга. После же получения на основе данного способа «датировки» целого ряда явно абсурдных выводов, он себя практически дискредитировал, и сейчас к нему мало кто прибегает.

Поэтому ныне металлические изделия если и датируются, то лишь по косвенным признакам. Чаще всего – на основе датировок, найденных с ними по соседству артефактов из других материалов. Но и такой метод вызывает законные сомнения в его корректности и точности. Ведь металлический предмет мог быть реально изготовлен не только в другом месте, но и задолго до того, как оказался рядом с другими артефактами. Он мог длительное время, скажем, передаваться из поколения в поколение или переходить из рук в руки в качестве военного трофея, тем более что металлы в древности очень ценились – в том числе из-за сложности процедуры их получения.

Да и вообще датировка артефактов по принципу «соседства» сродни тому, что археологи далекого будущего дату на вывеске в современной антикварной лавке автоматически распространили бы и на все предметы, обнаруженные ими в этой лавке…

Рис. 19. В антикварной оружейной лавке

Другая категория объектов, которые могут дать нам информацию о развитии металлургии, – древние шахты. Само их наличие уже указывает на использование металлов местным населением. А по составу добываемых руд можно сделать некоторые выводы и об использованных в то время металлургических технологиях. Однако и этот источник информации имеет целый ряд существенных недостатков.

Во-первых, заброшенные шахты быстро разрушаются и оказываются засыпанными в результате воздействия обычных эрозионных процессов. Вследствие этого обнаружить древние шахты не так-то просто.

Во-вторых, на ранних этапах металлургии люди имели возможность «снимать сливки», то есть использовать самые легко доступные и богатые залежи руд, оставляя после себя то, что для них не представляло особой ценности, а ныне – при более развитых технологиях – является «лакомым куском» для горнорудной и металлургической промышленности. Поэтому многие древние шахты просто прекратили свое существование из-за добычи руд на этом же месте в недавнем прошлом или даже в наши дни.

В-третьих, редко когда какое-то месторождение разрабатывалось лишь в течение короткого периода. Гораздо чаще археологам приходится сталкиваться с тем, что какой-то конкретный рудник эксплуатировался достаточно долго, а иногда и с большими перерывами между отдельными периодами его разработки. Поэтому определить, когда именно здесь начали добывать руду, бывает крайне не просто даже при обнаружении в шахтах брошенных инструментов или каких-то других предметов.

И в-четвертых, состав добываемых руд дает лишь ограниченную и косвенную информацию о древней металлургии. Строго говоря, он может только очертить круг минимальных требований к уровню использовавшихся металлургических технологий, да и то весьма приблизительно.

Рис. 20. Древний золотой рудник на территории Грузии

Весьма немало информации непосредственно о технологиях получения металлов могут дать остатки древних металлургических печей. Но для археологов подобные находки, увы, не столь уж частое явление. Проблема в том, что на заре металлургии печи чаще всего сооружались из весьма недолговечных материалов и до нашего времени просто не сохранились. Достаточно сказать, что в Старом Свете до сих пор не найдено ни одной древней печи, сохранившейся в более-менее целостном состоянии. Обнаруживаются, как правило, только остатки оснований и нижних частей конструкций, и исследователям приходится лишь мысленно «достраивать» верхние части металлургических печей на основе собственных предположений и обычной логики.

Впрочем, даже при обнаружении каких-то остатков конструкций далеко не всегда удается отличить металлургическую печь от обычной. До недавнего времени, например, предполагалось, что металлургическое назначение печи можно выявить по глубине прокаливания грунта. Это предположение базировалось на той идее, что для выплавки металлов требовалась высокая температура в печи – существенно выше, чем, например, для обычного приготовления пищи. Однако проведенные исследователями древней металлургии Урала эксперименты по выплавке металла из руд показали, что в реальности по глубине прокаливания грунта между металлургической и обычной печью практически нет никакой разницы.

«Одним из наиболее интересных результатов экспериментальных работ являются полученные данные по археологизации металлургических объектов. Исследованные металлургические комплексы таких поселений, как Синташта и Аркаим, не содержали значительных скоплений шлака, мусора, а поды печей не были прокалены более чем на 3 сантиметра. Это противоречило имевшим у нас место представлениям о неизбежности мощных прокалов и развалов прокаленных блоков. В реальности металлургическое производство оказалось сравнительно чистым. Значительные шлаковые скопления могут образоваться лишь там, где были специализированные площадки и мусор долго не убирался. Прокалы же, несмотря на высокие температуры, остаются очень незначительные. Причем цвет их варьируется от черного до красного, в зависимости от состава прокаливаемого грунта. Черные же прокалы при археологических раскопках часто идентифицируются как углистый слой. Стенки печей обычно получают серо-коричневую окраску и при разрушении неотличимы от остального культурного слоя. Поэтому металлургической печью может оказаться любое незначительное слегка прокаленное углубление. Единственным способом его идентификации, как показали предпринятые нами промывки грунта, заполняющего теплотехнические сооружения, является обнаружение таким способом мелких сопутствующих остатков: капель меди, незаметных кусочков руды и шлака, мелкодробленых кальцинированных костей. При их наличии можно с уверенностью относить исследуемое сооружение к разряду металлургических» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

Говоря другими словами, надежно выявлять печи, которые использовались именно для выплавки металла, можно лишь по сохранившимся остаткам и отходам металлургического производства, которые и сами-то порой обнаружить не так-то просто. По этим причинам многие древние металлургические печи заведомо оказались вне внимания археологов, принявших их за обычные печи для приготовления пищи или обжига гончарных изделий…

Рис. 21. На раскопках поселения древних металлургов

Именно остатки и отходы металлургического производства дают максимальное количество исходной объективной информации для восстановления истории металлургии. Это не только готовые изделия и слитки, оставшиеся на местах древних поселений металлургов, но и обломки керамических тиглей (сосудов, в которых осуществлялась выплавка металла), остатки различных руд, инструменты для размельчения руды и обработки металла, а также шлаки, образовавшиеся в процессе выплавки металла и выброшенные мастерами за ненадобностью.

Для анализа состава руд, выплавленных из них металлов и образовавшихся при плавке шлаков ныне используются самые разные методы, названиями и описаниями которых загружать здесь читателя я не буду. Это практически все методы и технологии, которые составляют арсенал современных минералогов, геологов и других специалистов, в той или иной мере соприкасающихся с металлургическим производством. Приведу лишь одну очень важную, на мой взгляд, мысль, высказанную одним из исследователей истории металлургии, имеющим громадный опыт в этой области.

«…в настоящее время не существует какого-либо одного метода, который бы безусловно решал поставленные проблемы, и применение всех возможных методик неизбежно, если мы, конечно, стремимся к корректному результату» (С.Григорьев, «Проблема рудной базы, использования флюсов и организации производства в древней металлургии Южного Урала»).

Эксперимент проверяет теорию

Достаточно очевидно, что историки и археологи не могли самостоятельно задействовать весь арсенал аналитических методов, который необходим для исследования артефактов, связанных с металлургическим производством. Не та у них подготовка. И им неизбежно пришлось привлекать соответствующих специалистов, которые уже по самому роду своей деятельности не были «чистыми» гуманитариями (как археологи и историки), а являлись представителями естественных наук – технарями. А технари – своеобразные люди. Среди них всегда найдутся те, кому мало только что-то изучать и исследовать – им надо еще и попробовать!.. То, что называется – пощупать своими руками!..

Действительно, сбор аналитических данных и выстраивание на их основе каких-либо теорий – дело, конечно, важное и нужное. Но теория – это только теория, и она нуждается в проверке. А проверкой для теории может служить лишь практика. В том числе – эксперимент. И совершенно логичным результатом вовлеченности технарей в задачу по восстановлению истории освоения человеком металлов стало появление такого направления как экспериментальная металлургия.

«Вероятно, самый ранний эксперимент в изучении древней металлургии распорядился провести около ста лет назад граф Вурмбранд. Его рабочие-металлурги в простейшем горне диаметром полтора метра использовали древесный уголь, обожженную руду и в процессе плавки улучшали условия горения слабым нагнетанием воздуха. Через двадцать шесть часов они получили приблизительно двадцатипроцентный выход железа, из которого выковали различные предметы» (Р.Малинова, Я.Малина, «Прыжок в прошлое: Эксперимент раскрывает тайны древних эпох»).

Рис. 22. Действующая модель древней металлургической печи

В первой половине ХХ века проводились эксперименты, которые в основном были связаны с выплавкой железа, что соотносится историками с уже довольно поздними стадиями освоения металлов человеком. И для этого имелись вполне естественные причины. Во-первых, база археологических находок по ранним эпохам в тот период была существенно более узкой, нежели в настоящее время, и исходного фактологического материала было крайне мало. Во-вторых, имелись труды античных авторов, в которых сохранились описания некоторых деталей древних металлургических технологий, а античность – время активного перехода человечества в век железа. И в-третьих, технология выплавки железа долгое время практически не изменялась. Достаточно сказать, что еще буквально несколько сотен лет назад в Европе для выплавки железа использовали обычные сыродутные печи, мало чем отличавшиеся от древних своих аналогов. Поэтому у экспериментаторов была уверенность в том, что относительно недавние описания металлургического процесса, которые имелись у авторов периода уже средневековья, давали им вполне адекватные данные и о более древних временах.

Впрочем, некоторые одиночные эксперименты касались все-таки более ранних этапов металлургии и были связаны с получением из руды меди и бронзы.

«В 1910 году историк металлургии Гоулэнд загрузил в плавильную печь пирог, состоящий из древесного угля, малахита, оловянной руды (касситерита) и известковых добавок. Получив таким образом бронзу, Гоулэнд счел, что его эксперимент достоверно воспроизводит процесс открытия бронзы в древности. Само же открытие он приписал случайной удаче» (С. Иванова, «Металл: рождение для цивилизации»).

Еще в начале ХХ века австрийский исследователь М.Мух проверил возможность получения меди в костре из медных сернистых руд – главным образом халькопирита. А в 1938 году английский ученый Коглен провел серию экспериментов по выплавке меди из малахита. Эксперименты этих двух исследователей дали весьма важные результаты, и мы чуть позже к ним вернемся…

Рис. 23. Эксперимент по древней металлургии Урала

Всплеск экспериментальных исследований по выплавке меди и бронзы – то есть по более ранним этапам древней металлургии – пришелся на конец ХХ века. Этому благоприятствовало сразу несколько обстоятельств. Прежде всего – существенно пополнился круг археологических находок по ранней металлургии. Во-вторых, расширялись геологические изыскания, что позволило использовать их результаты по рудной базе конкретных территорий для изучения древних очагов металлургии. И в-третьих, в это же время активно развивались и совершенствовались как непосредственно аналитические методы исследований, так и используемая в них аппаратура. Параллельно расширялся и сам ассортимент аналитических методов, которые исследователи применяли для изучения древних артефактов. Все это вместе существенно пополняло ту базу корректных «исходных данных», которые были необходимы экспериментаторам.

В нашей стране, по вполне понятным и естественным причинам, значительное развитие экспериментальная металлургия получила на Урале и в его окрестностях, ведь именно здесь было обнаружено большое число древних поселений с признаками металлургической деятельности их обитателей (см. далее).

Первоначально экспериментальные исследования выполняли лишь вспомогательную роль – они использовались для проверки тех теорий и гипотез, которые выдвигались историками и археологами по результатам аналитических исследований древних артефактов. И на этом пути экспериментальные исследования достигли весьма немалых успехов – был развенчан целый ряд мифов, которые ранее господствовали в представлениях историков и археологов, и на анализе которых мы остановимся чуть позднее.

Однако этим дело не ограничилось, и ныне можно констатировать, что экспериментальная металлургия стала особым (и в определенной степени самостоятельным) направлением в науке со своими специфическими особенностями, задачами и методами.

«…если на первых этапах наших работ в области эксперимента это занятие выглядело скорее игрой, то впоследствии мы сориентировались на целенаправленное получение информации. Причем для этого вовсе не обязательно получать в ходе эксперимента медь или изготавливать сосуды. Зачастую неудачные опыты дают в информационном плане значительно больше. Гораздо эффективнее отрабатывать отдельные узлы проблемы, иногда целенаправленно идя на бракованную плавку» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

И в этом нет ничего удивительного, ведь в эксперименте отрицательный результат – тоже результат…

Рис. 24. Отрицательный результат – тоже результат

Следует лишь учитывать, что экспериментальная металлургия не дает точного и ясного ответа, какие именно технологии и приемы использовали древние мастера. Скорее наоборот – она способна определить, какие приемы и методы они не использовали или не могли использовать. Таким образом экспериментальная металлургия лишь сужает перечень вероятных, а не строго определенных технологий.

Историки и археологи не любят работать в условиях вероятностей, когда вместо однозначного ответа имеется целый ряд возможных решений, но для технарей это как раз наиболее привычное и даже естественное состояние…

Выплавка металла из руды

Прежде, чем перейти к рассмотрению результатов экспериментальной металлургии, некоторые из которых оказались весьма неожиданными даже для самих экспериментаторов, необходимо немного остановиться на базовых основах физико-химического процесса выплавки металлов, дабы дальнейшее было понятно и тем читателям, которые далеки от данной отрасли. Для этого мы рассмотрим процесс выплавки меди и/или бронзы на примере простейшего горна (т.е. металлургической печи) для тигельной плавки.

Рис. 25. Простейший горн для тигельной плавки

Как показывают археологические данные, древние металлурги строили свои печи (горны) буквально из подручного материала – обычной глины (иногда укрепляемой с помощью каркаса из веток деревьев или кустарников) или смеси камня с глиной. Этого им было вполне достаточно для решения первой важной задачи – обеспечить зону, в которой можно было сохранять необходимую для выплавки металла температуру без излишних тепловых потерь. В такую печь помещалось топливо – древесный уголь, который получали посредством обжига обычной древесины.

Непосредственно плавка металла осуществлялась в тигле – обычном керамическом сосуде, который помещался на горящие угли или прямо в их массу. В тигель предварительно загружалась шихта – специально подготовленная смесь, которая включала в себя кусочки размолотой руды или смеси разных руд, тот же древесный уголь и так называемые флюсы (добавки). Древесный уголь был необходим для обеспечения восстановительного режима протекающих в тигле химических реакций, а флюсы – органические и/или неорганические добавки – для снижения температуры плавления, для повышения текучести выплавляемого металла, а также для связывания лишних примесей, которые неизбежно присутствуют в руде. Примеси, соединяясь с веществом флюсов в процессе плавки, образуют шлак, плотность которого меньше плотности выплавляемого металла, в результате чего шлак всплывает вверх, и его легко отделить от полученного металла по окончании процесса. На первых этапах шлак удалялся простым механическим способом (ударами молотка) после остывания и раскалывания тигля, а позднее было освоено и удаление еще расплавленного шлака, что позволило сохранять тигель в целостном виде и использовать его неоднократно.

Пока все выглядит довольно просто…

Рис. 26. Слив шлака

Рассмотрим теперь химию процесса.

При горении древесного угля в условиях дефицита кислорода О₂углерод С (составляющий основной химический элемент в составе древесного угля) окисляется не до конца и образует окись углерода СО, что обеспечивает вышеупомянутую восстановительную атмосферу процесса, поскольку окись углерода является активным восстановителем. Это ее свойство и используется для восстановления металла из его соединений в руде.

2С + О₂ → 2СО

В природе существует много разновидностей руды, которая содержит медь. Считается, что первыми наши предки освоили выплавку меди из оксидных руд – например, куприта (Cu₂O), а также карбонатных руд (CuCO₃) – например, малахита. Соответствующие химические реакции в этих процессах выглядит следующим образом:

Cu₂O + CO → 2Cu + CO₂

CuCO₃ + CO → Cu + 2CO₂

Рис. 27. Малахитовая руда

Лишние примеси, среди которых было немало оксида кремния SiO₂ (то есть обычного песка), представлявшего собой весьма тугоплавкое соединение, удалялись посредством добавки гематита, содержащего оксид железа Fe₂O₃. В ходе химических реакций, протекавших в шихте, образовывался фаялит (FeO∙SiO₂) – соединение оксидов железа и кремния – уже легкоплавкое вещество, которое переходило в шлак. Химические реакции этого процесса, проходившего в две стадии, выглядят следующим образом:

Fe₂O₃ + CO → 2FeO + CO₂

FeO + SiO₂ → FeO∙SiO₂

Чуть позже, как считается, была освоена выплавка меди и из сернистых руд, то есть руд, в которых имелись соединения меди с серой. Типичный пример такой руды – халькопирит (CuFeS₂).

Как полагали историки, сернистые руды подвергались предварительному обжигу, в процессе чего сернистые соединения меди превращались в ее оксиды, которые далее подвергались обычной плавке с восстановлением металлической меди по представленной выше схеме химического процесса.

Картинка получается уже чуть посложнее, но пока все еще выглядит вполне реализуемой.

Рис. 28. Халькопирит

Однако посмотрим теперь в целом, что должен был сделать древний металлург, чтобы провести успешную плавку и добыть слиток вожделенного для него металла.

Во-первых, ему нужно было обеспечить необходимый для выплавки металла температурный режим в печи. Если температура будет низкой – руда просто не расплавится, а химические реакции не запустятся.

Но с температурой нельзя было и переборщить, поскольку для повышения температуры нужен более интенсивный процесс горения, а это неизбежно сопровождается усилением процесса окисления углерода, который не останавливается на стадии окисла СО, а реагирует до образования бесполезного для плавки оксида СО₂. Восстанавливать металл становится нечем, и его оксиды так и остаются оксидами. Так что древний металлург должен был обеспечить и второе условие – восстановительный режим в тигле. А для этого ему там нужна была восстановительная атмосфера с надлежащим количеством оксида углерода СО.

Отсюда автоматически возникало третье требование – нужно было правильно выбрать топливо, которое давало возможность добиться и нужных температур, и восстановительных условий. В качестве такого топлива древние металлурги использовали древесный уголь. Древесный же уголь не существует в природе сам по себе – его еще надо было приготовить. В процессе такого приготовления обычную древесину обжигали в огне, не давая ей, говоря простым языком, сгореть до конца. Для этого обжиг древесины проходил в ямах или кучах, дополнительно накрытых чем-либо сверху, что обеспечивало дефицит воздуха, поступающего в зону горения. Вроде бы просто, но еще не так уж и давно профессия углежогов считалась одной из самых трудных и опасных…

Рис. 29. Кучное углежжение

В-четвертых, конечно же, древний металлург должен был знать руды – из какой руды какой именно металл он может получить. Химического анализа в его распоряжении не было. Не было и армии геологов и минералогов. Все приходилось определять самому – буквально на вкус, запах и цвет. А по цвету, между прочим, рудные минералы чаще всего отнюдь не совпадают с тем металлом, который они содержат.

Примечательно, что реальные находки показывают, что древние металлурги прекрасно ориентировались в минералах. Так, например в 1961 году неподалеку от Архыза (Западный Кавказ) на горе Пастуховой геологи обнаружили старые шахты. В.Кузнецов, исследовавший горные выработки, отмечал:

«…древние горняки и рудознатцы действовали с большим знанием дела: они шли по жиле и выбирали все линзы и скопления медной руды, не останавливаясь на малозначительных вкраплениях. Осведомленность по тем временам поразительная, ведь никаких специальных научных знаний по геологии и горному делу не существовало. Уже в седой древности люди умели искусно вести своего рода геологическую разведку и с этой целью исследовали труднодоступные горные хребты».

В-пятых, перед плавкой древний металлург должен был подготовить шихту – смесь, из которой он собирался получить нужный ему металл. А это влечет за собой еще целый ряд требований.

Прежде всего – руду надо было не только уметь определять по внешним признакам. Ее надо было еще добыть (ведь не расплавлять же весь горный массив), доставить к месту плавки, механически отделить от явных примесей и размельчить до кусочков такого размера, который, с одной стороны, должен быть не очень большой (чтобы куски полностью расплавились), а с другой – и не слишком маленький (чтобы обеспечить более равномерный прогрев всей шихты газами, циркулирующими в тигле). Но главное – смешать эти кусочки в нужных пропорциях с правильными флюсами.

А для этого он должен выполнить седьмое условие – древний металлург должен бал хорошо ориентироваться в свойствах различных флюсов. Ведь какие-то флюсы уменьшают температуру плавления, а какие-то наоборот – повышают ее. Какие-то облегчают отделение шлаков, какие-то затрудняют. Какие-то улучшают требуемые свойства выплавляемого металла (например, ковкость), а какие-то ухудшают. И т.д. и т.п.

Восьмое условие вытекает из требования обеспечения необходимого температурного режима. Это – обеспечение поступления в печь воздуха в необходимом режиме либо за счет естественной тяги, либо с помощью искусственного поддува.

Девятое требование – создание условий для удаления из печи продуктов горения. Слишком быстрый их вывод сопровождается потерей тепла и увеличением расхода топлива. Слишком медленный – чреват риском замедления процесса горения или вообще затухания.

Далее. Древний металлург должен был грамотно определять, в какой момент необходимо закончить плавку. И это гораздо сложнее, нежели проверить, например, степень готовности пищи. Выемка тигля из печи сопровождается резким падением температуры внутри него и нарушением режима плавки. Так что древнему металлургу нельзя было вынимать тигель из печи, как горшок с кашей, чтобы проверить степень готовности «продукта». Действовать приходилось практически «вслепую».

И наконец, когда уже, казалось бы, все закончено, требовалось еще выдержать необходимый режим охлаждения выплавленного металла. Дело в том, что от скорости остывания может очень сильно зависеть внутренняя структура отвердевшего металла. Если медленно остужать всю печь, а затем извлекать из тигля холодный слиток – получишь одни свойства металла. Если очень быстро вылить из тигля расплавленный металл в холодную форму – другие свойства.

Рис. 30. Факторы, влияющие на успешность выплавки металла из руды

Таким образом, получается более десятка самых разнообразных требований, которые должен был выполнять древний металлург для получения нужного ему результата. И в целом процесс успешной выплавки металла представляется уже не таким простым, как в начале…

Эксперимент начинает расшатывать теорию

Итак, одно из основных положений в истории освоения металлов, как это формулируется в учебниках, заключается в том, что в костер древнего человека попали куски самородной меди, которые при этом расплавились, а затем при остывании вновь отвердели. Столь странное свойство «камня» будто бы и было подмечено человеком, который в дальнейшем решил использовать его.

Но обратим теперь внимание на самый первый из выше перечисленных факторов, которые влияют на успешность выплавки металлов из руд, а именно – на температурный режим. И возьмем из книги «Металлургия железа в истории цивилизации» (авторы – П.Черноусов, В.Мапельман, О.Голубев; издание МИСиС, 2005 г.) график, который иллюстрирует доступные нашим предкам температуры в разные периоды истории, – см. Рис. 31.

На этом графике я специально отметил точку, которая соответствует температуре плавления меди – 1083,4^оС. Как легко видеть, эта точка оказывается весьма далеко от той части температурной кривой, которая находится в левой области графика и соответствует температурам, достигаемым в обычном костре (который на приведенной иллюстрации обозначен словами «гончарный очаг»).

Рис. 31. Температурный уровень термообработки изделий и извлечения металлов из руд (Черноусов и др.)

Тогда – как в обычном костре, где реализуются температуры существенно ниже точки плавления меди, человеку удалось бы случайно ее все-таки расплавить?.. Это просто противоречит самим основам физики!..

И каким бы образом при этом человек мог столкнуться с расплавленным металлом, имя в своем распоряжении только костер и самородки меди?..

Иногда можно встретить утверждение, что сначала человек научился плавить золото, а потом уже медь. Однако подобное утверждение в данном случае совершенно не спасает ситуацию, поскольку температура плавления золота всего на два десятка градусов ниже, чем у меди, и составляет 1064,4^оС, что также оказывается вне возможностей обычного костра.

В свете такого противоречия специалисты в области истории металлургии сейчас уже не говорят о случайном расплавлении самородных металлов. Вместо этого они ведут речь о выплавке меди непосредственно из руды, для чего требуются действительно существенно более низкие температуры – порядка 700-800^оС, вполне достижимые в костре при определенных условиях.

«Хотя мы и говорим, что в костре можно выплавить медь, это не значит, что ее удается получить в расплавленном виде. Путаница в этих терминах, к сожалению, весьма обычна даже в археологических работах. Часто археологи пишут «плавленая» медь, когда в действительности имеется в виду медь, выплавленная из руды. Плавление означает перевод металла в жидкое состояние, в то время как выплавление является совершенно отличным процессом, с помощью которого из руды получают чистый металл через ее нагревание и соответствующие химические превращения. До открытия специальных горнов, высокая температура в которых достигалась искусственным дутьем с использованием мехов, получить медь в расплавленном виде было невозможно» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

Рис. 32. В обычном костре расплавить медь невозможно

Но как мы видели ранее, одной только температуры для выплавки металла из руды вовсе не достаточно. Что и продемонстрировали еще самые первые эксперименты, в которых пытались получить медь из различных руд. И весьма показательны здесь упомянутые ранее опыты Коглена.

«Сложенный конусом уголь, в середину которого были помещены двумя рядами мелкие куски малахита, был подожжен в ветреный мартовский день и горел несколько часов. Замеры температуры показали, что она достигла необходимого для восстановления уровня – 700-800°С. Но руда только обожглась, и чистой меди не получилось. Этому препятствовал обильный приток воздуха» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

Из-за того, что в костре невозможно было выполнить второе условие – обеспечить восстановительную атмосферу, Коглен вместо ожидаемой металлической меди получил лишь ее оксид. Аналогичный отрицательный результат был достигнут и в следующей попытке, когда вместо малахита использовали куприт. Причина неуспеха заключалась в избытке воздуха в зоне реакций.

Н.Рындина утверждает, что большего успеха удалось добиться советским ученым В.Пазухину и Ф.Тавадзе, много лет посвятившим исследованию древнейшей металлургии.

«Они доказали, что восстановительная среда, несомненно, возможна в обычной куче древесного угля, если его накопилось в костре много и если он достаточно уплотнен уложенными поверх поленьями и защищен тем самым от сквозного продувания ветром. В таком костре без всяких особых приспособлений им удалось выплавить чистую медь: малахит и хризоколла «отпотевали» под толстым слоем прогоревшего угля чистым металлом» (Н.Рындина, «Человек у истоков металлургических знаний»).

На основании этого и других опытов Рындина считает, что на ранних этапах – не только в костре, но и в тигле – древние металлурги получали медь в виде губчатой массы, спекшейся из отдельных размягченных, но не расплавленных зерен металла.

Однако, на мой взгляд, Рындина серьезно преувеличивает успех Пазухина и Тавадзе. «Отпотевание» металлом руды вовсе не означает добычу металла. Каковой не является и получение губчатой массы спекшихся зерен меди.

Что бы делал древний человек с этой массой спекшихся зерен?.. Максимум, что ему было доступно в таких условиях – попробовать механически отделить эти зерна от шлака и попытаться обрабатывать их горячей ковкой. Но при этом как отделить саму медь от шлаковых примесей?.. Качество ее, несомненно получалось бы просто никудышным.

Подобные находки в виде губчатой массы на местах древних металлургических производств (например, на севере Перу, где уже вполне успешно использовалась тигельная плавка), указывают скорее не на ожидаемый работавшими тут металлургами результат плавки, а на обычный брак, который они допустили, не доведя температуру в печи до необходимой величины. А поскольку извлечь медь из такой массы было очень непросто, они этот брак просто выбросили…

Скептически относятся к возможности выплавки металла из руды в обычном костре также и сами экспериментаторы. Например, Григорьев и Русанов, проводившие опыты уже в конце ХХ века – в том числе и с тем же малахитом.

«Попытки выплавить медь из руды в костре успеха не имели. Во-первых, в костре недостаточная температура, и поддув с помощью меха решительно ситуации не меняет. Во-вторых, при костровой плавке невозможно добиться необходимой атмосферы» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

Не приводит к успеху и замена руды.

«В начале 20 века австрийский исследователь М.Мух проверил возможность получения меди в костре из медных сернистых руд (главным образом халькопирита). Он складывал куски руды в кучи и разводил огонь. При горении сульфидов температура повышалась, и медь начинала восстанавливаться. Однако Мух установил, что медь таким образом можно получить лишь в ничтожных количествах (в виде тонких волосинок или мха)» (С.Иванова, «Металл: рождение для цивилизации»).

Положительный результат достигается лишь в том случае, если используется тигель – хотя бы в виде обычного горшка, что продемонстрировали опыты уже упоминавшегося Коглена.

«При повторных опытах ту же смесь руды и угля Коглен заложил в горшок, прикрыл крышкой, горшок засыпал древесным углем и поджег. На этот раз он получил медь. В первом опыте причиной неудачи был избыток кислорода и отсутствие окиси углерода, необходимой для восстановления меди из окислов. Заметим: Коглен исходил из того, что в воспроизводимую им эпоху уже была керамика. Таким образом, медеплавильное производство возникает при переходе от костра к горну» (С.Иванова, «Металл: рождение для цивилизации»).

Рис. 33. Без горшка с крышкой не обойтись

И вот тут возникает очень серьезный вопрос: а зачем древний человек мог решить положить камни в горшок, накрыть его крышкой и поставить на угли или засунуть в печь?.. Что могло бы подвигнуть его на это?..

Представляется вполне естественным, что с самых древних времен человек экспериментировал в области приготовления пищи. Но зачем ему могло понадобиться засовывать в кулинарный горшок вместо съедобных продуктов какие-то камни?.. Это выходит за рамки всякой логики!..

Развенчание мифов

Однако этим неожиданные открытия в ходе экспериментов не закончились. Оказалось, что даже при тигельной плавке в печи не так-то просто обеспечить необходимые восстановительные условия.

«Мы столкнулись с достаточно сложно разрешимой дилеммой: малая подача воздуха не позволяет получить высоких температур, а большая приводит к купритизации руды. В результате большинства наших опытов мы получили куприт, в котором были заключены корольки меди различных размеров. При этом образование куприта происходит непосредственно на стадии плавки руды, а не из выплавленной меди. Проверка была осуществлена следующим образом: в печь вместе с рудой были помещены медные опилки. В результате руда в значительной степени перешла в куприт, а медь осталась в неизменном виде... Проблема купритизации оказалась в наших экспериментах наиболее серьезной, так как бороться с образующимся купритом чрезвычайно сложно… Подобные проблемы стояли и перед древними металлургами. В частности, полученные нами купритизированные шлаки очень близки шлакам центральноказахстанского поселения Атасу, а также некоторым образцам иных памятников» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

Говоря другим словами, чуть что-то сделаешь не так – и вместо металлической меди получаешь ее оксид. Процесс, как выяснилось, оказался очень капризным…

Экспериментаторы пытались решить проблемы самым разным образом. В том числе и регулированием потока воздуха, подводимого в зону плавки.

«Видимо, потребуется корректировка расположения сопел относительно шихты и повышение качества угля…

Другим способом борьбы с купритом является сильное уменьшение дутья или полное его прекращение к концу плавки и попытка создать восстановительную атмосферу. Некоторые из подобных опытов завершились успехом. Именно так было получено два небольших слитка меди» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

Однако одной только регулировкой дутья дело явно не ограничивается.

«Следует, однако, учитывать при подборе оптимальной атмосферы и характер загружаемой руды. Имея дело с окисленной рудой, мы вынуждены решать проблему изъятия из нее кислорода. Проще всего это сделать, поместив в печь тигель, в котором мелкодробленая руда смешивается с углем. Подобные опыты нами тоже проводились. Частицы руды неплохо восстанавливались, но уголь мешал им соединяться в слиток. Выбрать их впоследствии из шихты было довольно сложно. Лучшие результаты получились при использовании окисленных руд вместе со вторичными сульфидами или просто вторичных сульфидов. Шихта в этом случае помещается в печь. Выгорание серы приводит к повышению температуры, и она забирает лишний кислород. Используя подобный состав шихты, нам и удалось получить слитки. Видимо, в этих направлениях и будет решаться в дальнейших работах проблема купритизации руды» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

Рис. 34. Медные слитки, найденные в Великом Новгороде

Результат, полученный Григорьевым и Русановым в опытах с использованием сернистых руд (вторичных сульфидов), определенно пересекается с выводами американских экспериментаторов. Вот, что пишет по этому поводу Антонелла Алунни, изучавшая образцы древнего металлургического производства на севере Чили:

«До недавнего времени многие ученые утверждали, что доисторические народы были неспособны использовать сульфидные руды для извлечения из них металлов. Клер Паттерсон, геолог, утверждал, что жители Анд вообще никогда не выплавляли медь из сульфидных руд или медных сульфарсенидов [сернистые руды, содержащие мышьяк, – АС]. Историки металлургии, геологи и археологи Старого Света полагали, что в Западной Азии и в Европе единственным вариантом для древних металлургов извлечь металл из сульфидных руд был двухэтапный процесс: 1) обжиг руды для удаления серы в виде SO₂, 2) непосредственно плавка окисленной руды с использованием топлива, производящего CO.

Недавние эксперименты продемонстрировали, что простым способом выделения металлов из сульфидных руд является совместная плавка с оксидной рудой. В этом процессе, сера выступает в роли восстановителя, как показано в следующем уравнении:

8CuCO₃ + Cu₃AsS₄ → Cu, As + 4SO₂ + 8CO₂

Сера окисляется и выводится в виде газа SO₂.

Совместная плавка – одностадийный прямой режим плавки. Вполне вероятно, что она использовалась в Андах и в других местах, так как при добыче продуктов выветривания первичных сульфидных руд, то есть оксидов, примеси окисленных руд неизменно и часто встречаются. Эти два типа минералов загружались в печь вместе. Металлурги, привыкшие к прямой плавке руды, подошли бы к совместной плавке таким же образом, как они традиционно плавили оксидную руду» (А.Алунни, «Исследование остатков медеплавильного производства в Сан-Бартоло, Чили»).

Заметим, что данный вывод подкрепляется результатами аналитических исследований отходов древнего металлургического производства, обнаруженных в Сан-Бартоло на севере Чили…

И к тому же выводу пришли российские исследователи:

«В ходе экспериментальных работ некоторые гипотетически выявленные вероятности отсеиваются. Особенно это касается идей, базирующихся на традиционных «мифах». Вот только один пример. В свое время, кочуя из статьи в статью, в археологии утвердилась идея многоступенчатой плавки медных руд. В той или иной степени ей уделяли внимание многие авторы. Взята же она была из письма И.Т.Савенкова, которое опубликовал Д.Н.Лев. Савенков же записал ее со слов горного техника Г.Г.Тихонова. Первые же наши эксперименты убедили нас в том, что предположение о многоступенчатой плавке в древности не подтверждается практикой» (С.Григорьев, И.Русанов, «Экспериментальная реконструкция древнего металлургического производства»).

Рис. 35. Экспонат в Карагандинском историко-краеведческом музее

Обрушение стереотипов

А теперь обратим внимание на одну маленькую, но весьма важную деталь. В приведенной выше цитате Алунни речь идет о сернистых рудах, содержащих мышьяк. Мышьяк достаточно часто встречается в медных рудах в качестве примеси. Вообще практически невозможно встретить абсолютно «чистую» руду. Примеси в ней – обычное дело. Но мышьяк – примесь особенная.

Дело в том, что в уравнении химической реакции из этой же цитаты запись в виде (Cu, As) означает уже не просто медь, а мышьяковистую бронзу!..

Когда историки и археологи говорят о наступлении бронзового века по той схеме освоения металлов человеком, которая фигурирует в учебниках, они подразумевают оловянную бронзу – сплав меди и олова. Причем процесс получения оловянной бронзы представляется в виде нескольких этапов – сначала получение отдельно меди и олова, а затем сплавление этих двух металлов. Именно таков стереотип, засевший в наших головах с детства.

Выводы же Григорьева и Русанова, а также американских исследователей, указывают на то, что нескольких этапов здесь вовсе не требуется. Гораздо проще получать, в частности, ту же оловянную бронзу сразу при одновременной плавке смеси медной и оловянной руды. Хотя бы так, как это проделал в уже упоминавшемся ранее опыте 1910 года Гоулэнд, смешавший для плавки малахит (медную руду) с касситеритом (оловянной рудой). Так что наше традиционное представление о том, что получение оловянной бронзы было связано именно со сплавлением чистых металлов – устаревший миф, не имеющий никакого отношения к реальности.

Рис. 36. Бронзовая статуэтка «Амур с лютней»

Мышьяковистая же бронза разрушает другой стереотип – миф о связи бронзового века именно с оловянной бронзой. Миф, порожденный тем, что историки и археологи на определенном этапе просто запутались в терминологии.

По самому определению этого термина, бронза – сплав меди с другими металлами. Не обязательно только с оловом. А и с мышьяком в том числе.

Присутствие даже небольших количеств мышьяка в шихте заметно облегчает процесс выплавки металла из медной руды. А наличие мышьяка в итоговом сплаве заметно меняет его свойства. В частности, по механическим свойствам мышьяковистая бронза вообще практически не отличается от бронзы оловянной. У нее есть лишь два недостатка. Во-первых, производство мышьяковистой бронзы связано с испарениями мышьяка, очень вредного для здоровья человека. А во-вторых, при переплавке мышьяковистой бронзы мышьяк, обладая высокой подвижностью при высоких температурах, просто улетучивается, что сопровождается потерей качества бронзы.

Оловянная бронза лишена этих двух недостатков. Вполне возможно, именно поэтому она довольно быстро вытеснила в древнем мире бронзу мышьяковистую. Но вытесняла-то оловянная бронза именно бронзу (пусть и мышьяковистую), а вовсе не медь, как это нам рисуют учебники!..

Это «небольшое» уточнение терминологии имеет несколько очень важных последствий.

Прежде всего, значительно удревняется время освоения человеком бронзы, ведь мышьяковистая бронза в основных известным нам культурах Древнего мира (Средиземноморье, Ближний Восток, север Африки) появляется на тысячелетия (!) раньше бронзы оловянной. А следовательно и значительно смещается назад во времени переход человека в бронзовый век. При этом автоматически устраняется масса противоречий, накопившихся между теорией и реальными фактами. Например, совсем недавно в учебниках можно было встретить утверждение, что бронза в Египте появилась лишь чуть ли не в конце Среднего Царства, в то время как на полках местных музеев можно было увидеть бронзовые предметы, датируемые Древним Царством…

Рис. 37. Бронзовый сосуд, датируемый Древним Царством (VI династия, Абусир, Египет)

Но что более важно – возникает «крамольный», но весьма закономерный вопрос: а был ли вообще на самом деле так называемый «медный век»?!.

В самом деле, если посмотреть критическим взглядом на древние изделия, как считается, «из меди», то при более внимательном анализе оказывается, что зачастую историки и археологи лишь банально запутались в терминологии, и на самом деле эти артефакты сделаны вовсе не из меди, а из мышьяковистой бронзы (просто с низким содержанием мышьяка). А количество действительно медных изделий в реальности очень невелико. Более того, нередко из-за сильной изношенности артефактов их химический состав вообще невозможно определить. Следовательно, невозможно и уверенно утверждать, что они сделаны именно из меди.

Исключение здесь составляет уже рассмотренная ранее Северная Америка, где благодаря месторождениям района Великих озер получили широкое распространение изделия из самородной меди. Во всем же остальном мире количество действительно медных изделий ничтожно мало по сравнению с изделиями из мышьяковистой бронзы. Вдобавок, такие медные изделия чаще всего носят характер украшений и ритуальных предметов. Инструменты же из «чистой» меди можно буквально пересчитать по пальцам.

Можем ли мы в таких условиях вводить для всего человечества некий «медный век», если подтверждения для него находятся только в одном, пусть и немалом по площади, но все-таки весьма изолированном регионе на отдельном континенте, обладающем уникальными рудными условиями?..

Строго говоря, мы не имеем никакого права распространять это единственное исключение на весь мир без дополнительных археологических подтверждений. А таких подтверждений, как выясняется, совершенно не обнаруживается. Так что если сейчас кто-то из историков металлургии и продолжает придерживаться мнения, что до освоения выплавки бронзы человек прошел через некий период господства медных изделий, то делает он это, опираясь исключительно лишь на субъективную привычку подгонять все под традиционную схему эволюции металлургических знаний, а вовсе не на объективные данные.

Рис. 38. Бронзовые инструменты скульптора Древнего Царства (Сакара, Египет)

И между прочим, прямому переходу человека из каменного века в век бронзовый (минуя стадию придуманного историками «медного века») имеется простое логическое обоснование. Ведь, как уже говорилось ранее, по температурному фактору, гораздо проще было получать металл из руды, а не путем расплавления самородков этого металла, а руды крайне редко бывают абсолютно «чистыми» и чаще содержат примеси, среди которых есть и мышьяк. И по какой бы причине человек не решил вдруг засунуть руду в горшок и поставить этот горшок на горящие угли (в костер или печь), он гораздо скорее должен был получить сразу мышьяковистую бронзу, а не чистую медь. Тут даже по чисто статистическим соображениям, вероятность получения сразу бронзы существенно выше вероятности получения таким образом чистой меди.

В итоге вывод – «медного века» не было вообще!.. Он оказывается еще одним застарелым мифом, который ныне рушится под давлением археологических данных и результатов экспериментальной металлургии.

Как человек смог получить бронзу?..

Вспомним теперь про другие факторы, влияющие на успех выплавки металла из руды.

Как указывалось ранее, одним из важнейших условий для получения металлов было знание древними металлургами свойств минералов и руд. И это на самом деле не так-то просто, поскольку количество разных минералов огромно. Достаточно будет сказать, что даже сейчас геологи ежегодно открывают и регистрируют десятки (!) новых минералов. А ведь все эти минералы отличаются друг от друга по внешнему виду, цвету, структуре и т.д. и т.п. Как древний человек мог ориентироваться в таком многообразии и выбрать именно нужные минералы и руды?..

Рис. 39. Небольшая частная коллекция минералов

У историков есть известный ответ на этот вопрос. Дескать, знание минералов накапливалось из поколения в поколение длительное время. А выбор руд для выплавки металлов осуществлялся в ходе экспериментирования наших предков с различными минералами.

Но тогда, если следовать обычной логике, такое экспериментирование должно было носить достаточно случайный характер. Соответственно, оно должно было также быть весьма протяженным во времени.

Оставим в стороне вопрос о том, что могло бы заставить человека столь длительное время засовывать горшки с рудой в печь с неизвестным для него заранее результатом. Обратим внимание лишь на то, что количество руд, из которых древний человек мог получить расплавленный металл, не так уж и велико. И оно буквально ничтожно по сравнению с общим количеством минералов, встречающихся на нашей планете.

Тогда – по той же обычной логике – древний человек должен был пройти через массу неудачных экспериментов. Он должен был нагреть один минерал, выбросить прокаленные камни, которые не дали металла, и взяться за другой минерал – и так много-много раз. Но где свидетельства этих неудачных экспериментов, которые неизбежно должны были остаться?.. Их нет нигде!.. И это несмотря на то, что такое экспериментирование должно было продолжаться весьма долго.

Более того, нигде нет абсолютно никаких следов того, что древний металлург взял какой-то «неправильный» минерал и добавил бы (в качестве эксперимента) к руде, из которой действительно можно было получить металл. Все образцы шлаков, которые были исследованы в ходе изучения мест древней металлургии, ограничиваются строго только тем составом, который соответствует уже правильному выбору исходных минералов. Даже те образцы, которые можно отнести к браку, вполне объяснимы лишь нарушением либо пропорций смешиваемых руд, либо температурного режима плавки. Нигде нет «лишних» минералов!..

Но если таких экспериментов не было, то как человек смог заранее определить, какие именно руды надо было взять?..

Рис. 40. Горы шлака – проблема современной металлургии

Тут мы плавно подошли к другому важному фактору – подбору правильного состава шихты. Мало подобрать правильную руду, мало ее раздробить на мелкие кусочки (для более удачной плавки) – надо еще подобрать флюсы, то есть добавки. В частности, для получения мышьяковистой бронзы нужно к медной руде добавить еще руду, содержащую мышьяк.

Дело в том, что мышьяк хоть часто и присутствует в медных рудах, но его там не так уж и много. В качестве ориентира тут можно использовать значение 0,5% – количество мышьяка в бронзе, которое рассматривается историками металлургии в качестве своеобразного рубежа между естественными и искусственными бронзами. Исследователи пришли к выводу, что до 0,5% мышьяка в выплавленной бронзе можно было получить благодаря его естественным примесям в медной руде. Для получения же содержания мышьяка в количестве 0,5% и более древний металлург должен был специально добавлять в шихту содержащую мышьяк руду – например, арсенопирит (мышьяковый колчедан) FeAsS.

Упомянутые «рубежные» полпроцента весьма показательны, поскольку даже самые древние изделия из мышьяковистой бронзы содержат мышьяка заметно больше. И это указывает на то, что еще на заре металлургии мастера целенаправленно добавляли в шихту мышьяковую руду. А следовательно, уже тогда они знали как свойства этих руд, так и последствия добавления мышьяка в состав смеси, загружаемой в тигель перед плавкой…

Но вот, что любопытно. Ранее упоминался такой недостаток мышьяковистой бронзы, как потеря мышьяка из сплава при его переплавке, что автоматически приводит к потере качества бронзы.

Легко напрашивается простейшее решение данной проблемы – при переплавке добавлять минералы, содержащие мышьяк. В таком случае можно было не только сохранить, но и даже улучшить свойства бронзы – при правильной подборке соотношения переплавляемого металла и мышьяковой руды в шихте.

Однако во всех имеющихся работах по древней металлургии отмечается данный недостаток мышьяковистой бронзы, но нигде не указывается, что древние мастера хоть где-нибудь использовали бы при переплавке указанное простейшее решение проблемы.

«…в древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно, в виду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт, или на переплавку. Но особенностью мышьяка отличительной является возгонка уже при температурах около 600^oС. Именно в таких условиях и проводился смягчающий отжиг бронзовых изделий при их перековке. Таким образом, теряя часть мышьяка, металл изменял свои механические свойства в худшую сторону. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до I тысячелетия до нашей эры, изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из «первородного» металла» (П.Черноусов, В.Мапельман, О.Голубев, «Металлургия железа в истории цивилизации»).

Как же так?.. Если древние металлурги действительно знали свойства мышьяковых руд и последствия их добавления, то почему они не использовали это свое знание при переработке изделий мышьяковистой бронзы?.. Если добавка мышьяковой руды в шихту при первичной выплавке бронзы была результатом многочисленных и длительных экспериментов, то почему такие же эксперименты так и не были проведены при вторичной переплавке бронзы?..

Возникает очень серьезное противоречие, которое указывает на то, что древние металлурги лишь воспроизводили заранее выученные готовые процедуры при выплавке металла из руды. А знания сути и химических последствий этих процедур у них вовсе не было!..

Рис. 41. Арсенопирит

С составом шихты при выплавке бронзы древними мастерами связана еще одна странность. Дело в том, что в качестве полезного флюса (то есть добавки) часто используются вещества, содержащие соединения кальция, которые существенно уменьшают температуру, необходимую для выплавки металла. Вдобавок, эти вещества облегчают вывод в шлаки соединений кремния (например, того же песка – то есть оксида кремния SiO₂). На более поздних этапах в качестве такого вещества использовали доломит CaMg(CO₃)₂ – минерал из класса карбонатов. А на заре металлургии, как показывают археологические находки в местах обитания древних металлургов, вместо доломита использовались… размолотые кости домашних животных!..

Конечно, многим читателям знакома детская сказка про кашу из топора, в которой находчивый солдат хитростью выманивает у жадной хозяйки продукты для приготовления каши, обещая в итоге накормить ее сваренным топором. Но это – в сказке. А в каком таком сумасшедшем эксперименте древнему металлургу вдруг пришло бы в голову смешать в одном котелке камни и кости домашних животных и поставить все это на огонь?!.

Рис. 42. Как в «рудный суп» древнего металлурга попали кости домашних животных?..

И еще один момент. Как указывалось ранее, для успешной плавки металла из руды далеко не последним фактором оказывается правильный выбор топлива, которое способно обеспечить, с одной стороны, необходимую температуру, а с другой – восстановительную атмосферу в зоне плавки.

Спору нет – древесный уголь для решения этой задачи вполне подходит. Он способен поддерживать высокую температуру горения, а в условиях дефицита воздуха (то есть кислорода) обеспечивать в процессе горения создание окиси углерода СО, являющейся хорошим восстановителем. В условиях изобилия лесов получение древесного угля также не представляет какой-то особой проблемы.

Но представим теперь древнего «экспериментатора», который, как нас уверяют историки, пришел к идее выплавки металла, засовывая в огонь все подряд. Тогда почему среди тех камней, которые этот «экспериментатор» попробовал на взаимодействие с огнем, не оказался каменный уголь?.. Точнее – почему каменный уголь не оказался тем топливом, который использовался для выплавки металлов?..

Не обязательно каменный уголь должен был вытеснить уголь древесный, как это произошло в современной металлургии. Но он вполне мог быть использован параллельно с древесным углем. Однако среди известных древних мест металлургии нет ни одного (!), где были бы найдены признаки использования для плавки руды каменного угля – даже там, где поблизости имеются вполне доступные его залежи. Скажем, на территории современной Турции находится один из древнейших металлургических центров; каменный уголь – одно из основных полезных ископаемых, добываемых ныне в этой стране; но нет ни единой находки, которая указала бы на его использование древними металлургами.

Для версии появления металлургии в результате «случайного экспериментирования» это просто немыслимо. Однако это – факт!..

Рис. 43. Добыча каменного угля в открытом разрезе

Как можно видеть, эмпирические данные – как археологические находки, так и их отсутствие – оказываются вовсе не на стороне версии о возникновении металлургии в результате «случайного экспериментирования». И уж совсем маловероятной оказывается эта версия, если учесть, какие факторы оказывают влияние на успешность выплавки металла из руды, и сколько этих факторов.

«Яркий пример – феномен Каргалинских рудников (Южное Приуралье). Во втором тысячелетии до Р.Х. здесь был крупнейший центр добычи медных руд. После исхода (по невыясненным причинам) знатоков горного дела – сменяющие друг друга народы почти три тысячелетия не смогли овладеть металлом. В XVIII веке русские рудознатцы пытались наладить производство – тщетно, затем приглашали немцев, англичан и только за полстолетия интенсивных попыток лучших специалистов удалось выплавить каргалинскую медь. Поэтому – отнюдь «не каждый» и «не всегда» повторит то, чем владели древние» (Г.Гайко, интервью еженедельнику «Неделя-плюс»).

Аркаим без прикрас

Наличие более десятка различных факторов, влияющих на успешность выплавки металла из руды, огромное количество видов минералов и различие местных условий в разных странах – все это (в случае освоения человеком металлургии методом «случайного экспериментирования») должно было, по всей логике, привести в итоге и к большому разбросу различных вариантов решения задачи добычи металлов. Говоря другими словами, технологии и методы выплавки металлов в этом случае должны довольно сильно отличаться друг от друга в разных центрах древней металлургии.

А что мы имеем на самом деле?..

Пройдемся по регионам, в которых выявлены объекты со следами добычи металлов из руд и обработки выплавленных металлов. И начнем с территории нашей страны, а именно – с весьма широко известного поселения под названием Аркаим.

Рис. 44. Аркаим (вид с воздуха)

Аркаим – это укрепленное поселение на Урале, которое расположено на возвышенном мысу в месте слияния рек Большая Караганка и Утяганка в восьми километрах к северу от поселка Амурский Брединского района и двух километрах к юго-востоку от поселка Александровский Кизильского района Челябинской области.

Этот древний памятник относится историками к эпохе средней бронзы рубежа III-II тысячелетия до нашей эры, хотя некоторые исследователи не исключают возможность отодвинуть время его появления на многие сотни лет назад – чуть ли не до рубежа IV-III тысячелетий до нашей эры.

Считается, что Аркаим открывали трижды. Первый раз его обнаружили военные картографы, и он был нанесен на военные карты приблизительно в 1957 году. Затем следует открытие уже гражданскими картографами, которые при проведении аэрофотосъемки заметили странный объект. Однако тогда они решили, что на снимки попал засекреченный военный объект. И только спустя 18 лет, в июне 1987 года, его (уже в третий раз) обнаружил отряд Урало-Казахстанской археологической экспедиции, а точнее – школьники из археологического кружка, принимавшие в ней участие.

Причиной организации экспедиции послужили планы по строительству водохранилища, воды которого должны были затопить данную местность. В то время уже действовало обязательное правило о проведении археологического обследования в подобных местах, поэтому и были проведены раскопки.

Специалисты не придавали значения исследованиям в этом районе. Экспедиция всего из двух профессиональных геологов, студентов археологических вузов и школьников отправлялась на малоперспективную работу – предстояло обследовать неинтересный, с точки зрения возможных находок, обширный степной район. Однако специалисты ошиблись – всего в нескольких километрах от экспедиционного лагеря школьники обнаружили странный рельеф местности, раскопки на котором выявили древнее поселение.

По первоначальному проекту строительства водохранилища Аркаим попадал в зону затопления, но благодаря активной позиции директора Эрмитажа академика Б.Пиотровского, председателя Президиума Уральского отделения АН СССР академика Г.Месяца и ряда специалистов-археологов удалось отстоять этот древний памятник и изменить проект.

В апреле 1992 года территория площадью более трех тысяч гектар с находящимся на ней поселением была выделена Советом Министров РФ под организацию экспериментального природно-ландшафтного и историко-археологического заповедника «Аркаим» – филиала Ильменского государственного заповедника.

Рис. 45. Карта заповедника «Аркаим»

Так уж сложилось, что в числе отстаивавших Аркаим оказались и те, кто не слишком стеснялся в предлагаемых версиях происхождения и назначения этого памятника. Возможно, сказалось и наличие у историков застоявшегося стереотипа, что на огромных просторах Приуралья и Сибири ничего особо значимого не происходило чуть ли не до самого последнего времени, поскольку и люди-то тут якобы почти не жили. Как бы то ни было, Аркаим довольно быстро приобрел ореол чего-то выдающегося и загадочного. А благодаря некоторым не сильно образованным журналистам, получили широкое распространение и самые фантастические версии в отношении Аркаима.

То его возводят в ранг древней обсерватории и сравнивают со знаменитым Стоунхенджем, выискивая в особенностях планировки поселения некую «ориентацию на астрономические события и объекты». То приписывают ему эзотерические свойства, называя «местом силы» и проводя на его руинах коллективные медитации и шаманские ритуалы. То считают некоей «прародиной славян» или даже центром обитания мифических «ариев». То название города связывают с именем одного из главных персонажей зороастрийской мифологии Йимы, вследствие чего Аркаим объявляется ни много ни мало как родиной Заратустры…

Во всех этих версиях уровень развития аркаимской «цивилизации» обычно рисуется сильно завышенным по сравнению с реальными данными и совершенно не согласуется с фактами.

На самом деле Аркаим не представляет собой ничего особо уникального. Это далеко не единственное подобное поселение на данной территории, и даже не первое найденное из них. К моменту третьего и окончательного открытия Аркаима в нескольких десятках километров к югу от него уже давно было известно и исследовалось аналогичное поселение под названием Синташта. А поскольку у археологов принято называть древние культуры по месту самой первой находки, то по существующей ныне классификации Аркаим относится к синташтинской культуре.

Синташта – самый крупный археологический памятник бронзового века в этом регионе. Поселение открыто в 1968 году, а раскопки его начались в 1972 году, и к настоящему времени комплекс считается полностью изученным. Он располагается на правом берегу реки Синташты, которая является притоком реки Тобол. К сожалению, за прошедшее время река изменила русло и размыла значительную часть древнего поселения. И в этом Синташта серьезно проигрывает Аркаиму, гораздо лучше сохранившему свою целостность.

Рис. 46. На раскопках в Синташте

Для историков и археологов ныне и Синташта, и Аркаим – вовсе не эзотерические культовые центры, и даже не обсерватории, а всего лишь крупные древние поселения, жители которых были знакомы с металлургией. И ценны эти объекты прежде всего тем, что они дали богатейший материал для исследования древних технологий по выплавке бронзы, которые применялись в этом регионе несколько тысяч лет назад.

Впрочем, о том, что здесь некогда в древности добывали руду и выплавляли из нее металлы, было известно довольно давно. Сведения об имевшихся тут древних рудниках сохранились в архивах и сочинениях ученых XVII-XVIII веков. Согласно местным легендам, здесь добывал руду «чудной» народ – «чудь». Отсюда и пошли названия «чудские рудники», «чудские копи», которыми обозначали места древней добычи металлоносных руд. Известно также, что «чудские копи» служили своеобразными ориентирами для поиска месторождений русскими рудознатцами XVII-XVIII веков. К сожалению, подавляющее большинство древних рудников было уничтожено при более поздних разработках. Но тем ценнее стало обнаружение Синташты и Аркаима.

Что именно представляли собой эти поселения, лучше рассмотреть на примере Аркаима, так как он сохранился существенно в более целостном виде.

Рис. 47. План Аркаима (по Г.Здановичу)

Аркаим – это комплекс из двойного кольца построек, расположенных вокруг единого центра и обнесенных мощной внешней оборонительной стеной, достигавшей толщины более пяти метров. С помощью геофизических методов и археологических раскопок здесь выявлено 66-67 жилищ, из которых ныне раскопано 29. Во внешнем кольце было 39-40 жилых сооружений, во внутреннем – 27. Жилища имели в плане вытянутую трапециевидную форму площадью 110-180 квадратных метров. Ширина жилых сооружений равна 6-8 метров, длина – до 20 метров.

«Дома пристраивались вплотную друг к другу и имели общие длинные стены. Окон у таких домов быть не могло. Свет лился с потолка из специально сделанных проемов и «фонаря», который возвышался над кровлей над хозяйственным отсеком. Интересно, что при раскопках не было обнаружено ни одного проема в длинных смежных стенах – двери к соседям отсутствовали. Жилища имели только два выхода: один – наземный – в короткой торцовой стене, другой вел по лестнице на кровлю со стороны противоположного торца. Здесь же иногда фиксируются проемы в стенах, через которые можно было попасть из жилища во внутренние помещения оборонительной стены…

По своему функциональному назначению в каждом жилом доме можно было выделить несколько зон. Почти все жилища начинались с небольших двориков, где располагались печь и яма со стоком в ливневую канализацию. Далее, через две-три ступеньки человек попадал в дом и шел по коридору, по обе стороны которого расположены небольшие помещения для отдыха малых семей. В этих помещениях могли располагаться только нары (сохранились обугленные фрагменты столбов с пазами, в которые, вероятно, вставляли жерди настилов), здесь полностью отсутствуют очаги и какие-либо хозяйственные сооружения.

Примерно одну треть дома занимало помещение для общих сборов семьи и хозяйственной деятельности. В общем отсеке располагались: колодец, колодец-холодильник (хозяйственная яма, погреб), металлургические печи, печи общего назначения. В одном из углов этой площадки находился камин, в противоположном – лестница на кровлю (верховой выход)» (Г.Зданович, «Аркаим и «Страна городов»: диалог культур»).

Рис. 48. Схема отдельного помещения в Аркаиме

Специалисты, изучавшие Аркаим и Синташту, отмечают большую роль, которую в жизни обитателей этих поселений играла металлургия. Правда, чаще всего приходится встречать утверждение, что металлургия здесь еще не оформилась в отдельное ремесло и была лишь домашним промыслом, поскольку специализированные мастерские отсутствовали, а остатки металлургического производства были обнаружены в каждом жилище. Но как раз именно наличие металлургических печей в каждом доме, на мой взгляд, указывает на то, что металлургия тут была вполне оформившимся в отдельное ремесло видом деятельности. Только в роли «специализированной мастерской» в данном случае выступали не какие-то отдельные постройки , а сами поселения целиком.

Это были города не просто представителей какой-то культуры, а именно металлургов, у которых основным видом деятельности была выплавка металлов из руд. Слабое же развитие земледелия и скотоводства, которое отмечается археологами для Аркаима и Синташты, как раз вполне соответствует тому, что для местных жителей эти занятия являлись второстепенными. Зато уж в металлургии они определенно достигли вершин мастерства, что также отмечается исследователями этих поселений.

Металлургия Синташты и Аркаима

Наиболее подробно результаты исследования металлургии Синташты и Аркаима представлены в издании Южно-Уральского государственного университета под названием «Древняя история Южного Зауралья» (гл.ред. В.Кокорев), вышедшем в 2000 году, и в Приложении к этому изданию «Металлургическое производство на Южном Урале в эпоху средней бронзы» (автор – С.Григорьев). Представляемое далее в данной главе описание древних металлургических технологий базируется на материалах этого издания.

Рис. 49. Реконструированное жилище металлургов Аркаима

Для выплавки металла из руды мастера Синташты и Аркаима использовали специальные металлургические печи, конструкция которых, с одной стороны, была довольно простой, а с другой – вполне эффективной и даже порой весьма совершенной (в рамках доступных в то время технологий). Это были купольные печи, которые могли быть как всего с одной камерой, так и двухкамерными. Одна часть из них располагалась непосредственно на земле, другая – была чуть заглубленной (на 30-40 сантиметров) в грунт. Чаще всего это были небольшие округлые в плане печи диаметром чуть менее одного метра.

«Более сложной модификацией печей наземного типа являются печи, пристроенные к колодцам. Их было обнаружено двадцать две: 10 – на поселении Аркаим, 2 – на поселении Синташта и 10 – на поселении Устье [еще одно хорошо изученное поселение того же типа – АС]. Основная особенность этих печей сводится к тому, что строились они около колодцев и были соединены с последними небольшим перекрытым каналом шириной около 15 сантиметров» (С.Григорьев).