Металлы в истории человечества

Кажется, что все технические достижения возникли совсем недавно. А древние-древние наши предки долго довольствовались палкой и каменным топором. В школьном учебнике истории древнего мира приведена «лента времени», из которой следует, что в VII тысячелетии до новой эры возникло земледелие, а в IV — появились медные орудия. Промежуточные VI и V тысячелетия до новой эры на этой «ленте времени» остаются пустыми. Новые открытия отодвигают время зарождения человеческой культуры и ее отдельных элементов все глубже и глубже в историю. Более того, сама история теперь предстает перед нами как единый процесс — непрерывная лента, а не кинопленка с отдельными удачными и большинством пустых кадров. Давнее прошлое как бы приближается к нам. Настолько, что в общем тумане тех далеких лет проступают очертания людей, которые очень многое умели. Они, например, были уже хорошо знакомы с металлами. Поэтому время и место возникновения века металла, то есть того самого века, в котором мы живем до сих пор, превращается в проблему как бы сегодняшнюю.

Но сегодня мы можем подойти к этой проблеме, используя громадный объем знаний и методов современной науки. В наш век, когда все замечательные открытия совершаются на стыке наук, и история не составляет исключения.

Экспериментальное воспроизведение древних металлургических процессов в современных лабораториях помогает нам понять, как люди научились плавить металлы и как постепенно они переходили от одного металла к другому. Химия и физика предлагают новые методы анализа (такие, как спектральный и металлографический), с помощью которых мы можем точно установить, какой металл содержится в археологических находках.

Лингвистика указывает названия металлов и изделий из них на разных языках. Сравнив их, мы поймем, где эти термины родились, кем были заимствованы и как потом путешествовали по миру.

Основные герои века металла — медь, бронза, железо. В описании процесса развития древней металлургии эти герои будут появляться на сцене в том порядке, в каком их использовал человек.

Экспериментальная археология

Археология до недавнего времени только описывала дошедшие до нас результаты человеческой деятельности. Именно описывала, этим отличаясь от таких естественных наук, как физика, химия, биология, основанных на эксперименте.

В последние десятилетия эксперимент все шире распространяется и в археологии: ученые начинают моделировать реальные условия труда первобытного человека.

В конце пятидесятых — начале шестидесятых годов прошлого ХХ века историк С. А. Семенов исследовал сравнительную эффективность каменных и медных орудий. Считалось, что медь слишком мягка для обработки дерева. В таком случае трудно было понять, почему металл (а медь была первым таким металлом) вытеснил долго и верно служивший человеку камень.

Группа ученых под руководством С. А. Семенова изготовила из чистой меди топоры, ножи, резцы, долота, тёсла — совсем, как мы видим, не убогий инвентарь первобытного человека. Этими орудиями начали обрабатывать дерево. И оказалось, что медная пила эффективнее каменной в 15—20 раз; медный топор — в 3, а нож — в 6—7 раз. Медное сверло проделывало отверстие в березовом полене в 22 раза быстрее кремневого. Так замечательно просто был снят вопрос, почему медные орудия произвели переворот в древней технике. Кроме того, работами С. А. Семенова был развеян миф о труде первобытного человека, как о чем-то «крайне непроизводительном, отнимающем бездну времени и сил». Было принято считать, что полирование и сверление твердых пород камня — весьма трудоемкий процесс: иногда топор полировался несколько десятков лет. Опыт показал, что наполирование топора неолитического типа из мягкого, но вполне годного для работы камня требуется от 1,5 до 2,5 часов.

После экспериментов Семенова стало ясно, что медь — вполне подходящий материал для замены камня при обработке дерева. Но совсем не ясно было, можно ли медными орудиями обрабатывать медь же. Проверкой этого занялась историк металлургии Н. В. Рындина с сотрудниками. Медный «литок» разогревали до 850°, затем на каменной наковальне, ударяя по медному пруту, проделывали отверстие в слитке — втулку для топора. Известно, что ковка была основным видом обработки меди в древности. В Египте, например, сохранилось много орудий из кованой меди. Почему так распространен был этот метод?

Если ковать самородную медь, ее твердость повышается вдвое, но возрастает и хрупкость. 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.

Вероятно, именно так наши предки изготовляли простейшие орудия из самородной меди. Этими орудиями они могли обрабатывать и дерево, и медь. Но уже, во всяком случае в VI тысячелетии до новой эры, человек умел и плавить медь. Очень интересны попытки воспроизвести древний процесс выплавки меди из медных руд в костре. В 1938 году английский ученый Г. Р. Коглен перемешал куски малахита с древесным углем и поджег. Температуры раскаленного угля (700—800°) должно было хватить для восстановления металла из окислов. Однако исследователь получил лишь окись меди.

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.

В начале XX 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). Лучший результат давало нагревание вторичных сульфидов — медного блеска и синего колчедана. Остатки такой плавки обнаружены в древнем горне на Тиммне (Палестина).

После чистой меди наступает время изобретения и использования медных сплавов. Вопрос об изобретении бронзы до сих пор остается нерешенным.

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.

Были проанализированы десятки найденных образцов, которые древний литейщик вынимал из печи. Ни один из них не содержал более сотой доли процента примеси олова. Такое количество олова не могло быть добавлено специально: совершенно очевидно, что столько его было в исходной руде. Рядом с медными заготовками на складах древнего металлурга были найдены готовые изделия, содержащие олово, мышьяк, сурьму или другие искусственные примеси в больших количествах. Значит, лигатура добавлялась уже после выплавки чистой меди.

Гоулэндовский вывод о случайности изобретения бронзы, вероятно, следует понимать лишь в том смысле, что не было предварительного замысла получить именно бронзу. Для ранних периодов истории металлургии вообще чрезвычайно характерны разнообразные поиски. Залежи медных и оловянных руд (в частности, малахита и касситерита) нередко сопутствуют друг другу. Поэтому в том, что медь и олово попробовали плавить одновременно, ничего удивительного не было. А когда получили сплав, который оказался много тверже меди, да еще с более низкой температурой плавления, то, естественно, такие опыты повторяли и усовершенствовали. Так, примеси стали вносить в уже выплавленную медь, а не плавили их одновременно с медью, как это сделал Гоулэнд. Из его же опытов следовало, что половина легкоплавкого олова в процессе такой плавки просто выгорала.

Идея использования примесей первоначально могла быть вызвана чрезвычайно заманчивой окраской руд, содержащих эти примеси. Сам цвет ярко окрашенных руд заключал в себе магический смысл искусства кузнеца, которое в древности считалось колдовством.

Вероятно, человек вообще впервые обратил внимание на металлы благодаря их внешнему виду: блеску и цвету. Об этом свидетельствует самое раннее использование золота и серебра как украшений (часто священных). И это было гораздо раньше первых технических применений металла.

Освоение человеком металлов и их сплавов можно в каком-то смысле рассматривать как подготовку к производству железа и наступлению «железного века», длящегося до сих пор. Поэтому особый интерес вызывают опыты по моделированию древнейшего метода выплавки железа.

Сыродутный способ получения железа известен из этнографических описаний народов, у которых он сохранялся на протяжении многих веков: у басков в Пиренеях до XVIII века, у многих народов Африки и Южной Азии — до наших дней.

Попытки воспроизведения выплавки железа были начаты давно инженерами-металлургами. Но только сочетание археологических находок с этнографическими данными помогло оживить то, что было абстрактно и мертво.

Исследователь Б. А. Колчин провел серию экспериментов по моделированию сыродутного процесса производства железа с максимальным приближением к условиям древнего производства. Глиняная печь древнерусского типа, хорошо известная по многочисленным описаниям, была построена на территории раскопок в Новгороде. Руда доставлялась из отвалов древних выработок старого Сосновского рудника (Урал). Были учтены все необходимые технологические подробности (предварительная сушка руды, разогрев печи и т. д.). В семнадцати проведенных плавках получили губчатое железо. Многократные попытки превратить железную губку в крицу, то есть в монолитный кусок железа без шлака и пустот (а именно в таком виде железо некогда поступало к кузнецам для дальнейшей обработки), не увенчались успехом. Впоследствии Гиллесу удалось получить такую крицу, однако и он описывает эту операцию как крайне трудоемкую.

Так или иначе, человеку удалось получить железо, и теперь он пытается улучшить его качества. Для этого он пробует добавлять разные примеси, точно так же, как раньше добавлял к меди,— так ведь и были получены в свое время бронзы. Об этом свидетельствуют остатки шлаков, найденные в древних печах.

В 1975 году американские ученые Р. Меддин и Д. Гаскелл опубликовали очень интересные результаты опытов. Они изучали влияние примеси костей животных (апатита) на температуру размягчения железа. Исследователи установили, что примеси, состоящие из 7 процентов апатитов и 93 процентов каолина, дают резкое понижение (до 960°) температуры, при которой железо можно ковать (без такой примеси железо куется при температуре не ниже 1075°). Основанием для постановки этих опытов служили описания недавних находок в Мецаморе (Армения), датируемых концом II — началом I тысячелетия до новой эры.

Армянский археолог А. А. Мартиросян на материале аналогичных раскопок урартской кузнечной мастерской в Аргиштихинили (Армения, начало I тысячелетия до новой эры) установил при помощи спектрального анализа, что в зависимости от количества добавленной костной примеси получалось железо разной степени твердости. Так, подобно тому, как в палеонтологии давно уже возможна по мертвым остаткам реконструкция древнего животного, его образа жизни и поведения, сейчас по конкретным археологическим находкам удается восстанавливать древнейшие производственные процессы.

Путь открытий

Подход к истории как к процессу в его динамике был сформулирован ученым Н. И. Вавиловым: «…проблемы происхождения земледелия, происхождения культурных растений и домашних животных нас интересуют главным образом с динамической стороны… Нас сравнительно очень мало интересует, что в гробницах фараонов первых династий найдены пшеница и ячмень. Более близки нам конструктивные вопросы — вопросы, интересующие инженера». На основании такого подхода Вавилов заново разработал проблему происхождения культурных растений: «В отличие от XIX века исследователь подходит ныне к проблеме происхождения организмов прежде всего как экспериментатор, как инженер… Любопытные исторические и археологические изыскания есть только один из многих вспомогательных способов в познании путей созидания видов и форм… Наша цель — научиться восстанавливать исторический процесс… Другими словами, проблему происхождения культурных организмов мы ставим ныне не только как историческую, но и как динамическую, пытаясь, прежде всего, овладеть ею экспериментально… Мы, очевидно, стоим накануне ревизии наших представлений об истории культуры человечества».

Установленные Вавиловым основные центры происхождения культурных, растений получили мировое признание и развитие во многих новейших работах других наук. Это направление исследований согласуется с общим выводом о диффузии всех основных достижений цивилизации из первоначально строго ограниченного центра. Многие современные исследователи сходятся в том общем подходе к проблеме диффузии культурных достижений, который отчетливо сформулировал Г. Гариссон: «Общепризнано, например, что фундаментальные элементы культуры, на которых были основаны все цивилизации Старого Света, обязаны своим происхождением тем сдвигам, которые были сделаны на Ближнем Востоке около семи тысячелетий назад, а не независимым и спорадическим вспышкам гения в ряде районов Европы, Азии и Северной Африки».

В частности, теперь не подлежит сомнению, что существовал единый центр распространения меди.

Медь исторически засвидетельствована в очень четко очерченной области древнего Ближнего Востока. Так, в докерамическом поселении близ Чайону-Тепези в Малой Азии обнаружены медные проколки и куски малахита, датируемые VIII—VII тысячелетием до новой эры. Рядом расположено огромное и богатое медное месторождение Эргани-Маден.

В южной Малой Азии (Чатал-Гююк) в слое, датируемом 6000—5900 годами до новой эры, раскопаны украшения из кованой необработанной меди. О том, что медь уже умели плавить, свидетельствуют бусы, иглы, кольца, а также остатки печей для обжига руды. В Двуречье (конец VI тысячелетия до новой эры, культура Хасуны) найдены медные бусины, проколки, шильца. В могилах древнейшего поселения Телль-ас-Савван (VI—V тысячелетия до новой эры) в раскопках встретились медные бусы и медный нож.

Под остатками шумерской цивилизации открыта дошумерская — убейдская культура, датируемая серединой V тысячелетия до новой эры. Шумеры, которые к середине IV тысячелетия до новой эры пришли в Месопотамию, очевидно, заимствовали дошумерские слова «симуг» — кузнец, «(б)уруду» — медь. Многие ученые полагают, что в конечном счете наше «руда» (а также украинское «рудый» — красный) происходит именно от этого корня. А древнее название Евфрата — Урутту — «медная река»!

В Иране (провинция Керман) раскопана медеплавильня конца V тысячелетия до новой эры, в которой обнаружены глиняные тигли с накипью медной руды.

В северо-восточном Иране (Сузы) найдены медные предметы такого же типа, как в позднем Убейде: плоское медное зеркало, медный топор. В Палестине (гессульская культура, конец V тысячелетия до новой эры) обнаружено большое количество медных изделий. Исследователи называют это время «палестинским медным веком». В местечке Нахал-Мишмар найден клад металлических изделий, зашитых в соломенный матрац: 240 медных зубил, 10 корон (по два килограмма каждая), 80 скипетров. И примеров таких масса.

Представление о древних границах области распространения медной металлургии к рубежу IV тысячелетия до новой эры существенно расширено в настоящее время благодаря недавнему открытию сербского археолога Б. Йовановича. Он обнаружил медный рудник шеститысячелетней давности недалеко от города Майданпека (северо-восточная Сербия). Это еще одно подтверждение того, что в древней культуре Балкан видят прямое продолжение более ранних цивилизаций Малой Азии.

Даже из этого, очень краткого перечня находок древних изделий из меди видно, что распространение ее шло из одного строго определенного центра, постепенно охватывая прилежащие области Ближнего Востока.

Бронзовый век и его истоки

Следующий наш герой — бронза. Где она была изобретена? Основную трудность в решении этого вопроса составляет проблема олова. Над ней бьется не одно поколение ученых. Но загадка не разгадана и поныне. Откуда, откуда древние брали олово?

Известно, что в центрах изготовления меди, о которых только что говорилось, олова вовсе не было или было очень мало. Большинство ученых считает, что его везли с Британских островов (через промежуточные порты Средиземного моря) и из древней Иберии (Испания). Однако ни в одном из этих районов бронзы не было, и она не могла быть изобретена, так как там еще не было медной металлургии.

Спектральный анализ закавказских бронзовых изделий позволил высказать гипотезу о том, что олово вывозили и из юго-восточной Азии.

В юго-восточной Азии примерно в это же время известен крупный очаг распространения целого ряда культурных достижений (культурные растения, одомашненные животные и т. д.).

Предметы из бронзы уже в IV тысячелетии до новой эры изготовлялись в Таиланде. Промежуточными пунктами на пути из Таиланда к древнему Ближнему Востоку и Закавказью могли служить древние порты Индии и Персидского залива. Сами названия металлических изделий в шумерском языке обнаруживают явное сходство с восточноазиатскими терминами: древнебирманское: кге — медь, малайское кепэ — клинок.

Интересно, что в древнюю Малую Азию (а возможно, и в страны близ Эгейского моря) олово доставлялось с Востока — из Ассирии. Кажется несколько усложненной выдвигаемая многими археологами гипотеза, по которой в бассейне Средиземного моря олово сначала везли с запада (из Иберии и Британии) на восток, а затем обратно. Стоит, однако, оговориться, что очень многие и весьма разнообразные изделия из сплавов меди с мышьяком, цинком, сурьмой, свинцом и т. д. на местном сырье в это же время известны в Малой Азии и Закавказье. Но, очевидно, благодаря превосходству собственно бронзы (то есть сплава меди с оловом) над всеми другими сплавами меди Малая Азия и некоторые близкие области продолжают ввозить олово до II тысячелетия до новой эры.

В начале II тысячелетия до новой эры в Малой Азии уже существует сыродутный способ изготовления железа. Недавние металлографические анализы клинков из Аладжа-Гююка (2100 год до новой эры) показали, что эти клинки сделаны из плавленного, а не метеоритного железа. Дошедшие до нас клинописные таблицы рубежа III—II тысячелетия до новой эры описывают жизнь староассирийских торговых колоний в Малой Азии. Ассирийские купцы, составившие эти таблицы, в основном занимались торговлей металлами. Из Ассирии они везли олово в Малую Азию, а оттуда самые предприимчивые из них пытались вывозить железо, которое в то время стоило в 40 раз дороже серебра и в 8 раз дороже золота. Но торговля железом строго контролировалась местными властями. Высокому уровню материальной культуры древней Малой Азии способствовало необычайно быстрое развитие торгового капитала.

Историк Н. Б. Янковская пришла к выводу, что деятельность первого в истории международного торгового объединения староассирийских купцов в известной мере подготовило возникновение Хеттского государства, ставшего одним из самых мощных среди империй Древнего Востока. А в несколько более поздних протохеттских и хеттских текстах железные предметы уже упоминаются в большом количестве. Из переписки хеттов с правителями соседних стран вплоть до XIII века до нашей эры видно, что редкие дары хеттского железного оружия необычайно высоко ценятся.

По мнению многих ученых, хеттская монополия на железную металлургию явно и надолго задержала наступление «железного века».. После падения Хеттского государства секрет выплавки железа быстро распространяется в областях, сопредельных с хеттской: около XIV—XII века до новой эры — в Армении, с XI века до новой эры — в Колхиде, IX век — Урарту, области Верхнего Евфрата, откуда в огромных количествах железо доставлялось в Ассирию. К 1000 году до новой эры железо проникает в Индию, к XV—XII векам до новой эры — в Китай. А с середины I тысячелетия до новой эры железо уже царит во всей Западной Европе и особенно у римлян (V век до новой эры), где оно получает новое название, указывающее на связь Западной Европы с Востоком: латинское — ferium, ассирийское — parzillu, древнееврейское — Berzel, сванское — вегег.

Железо из дорогостоящего, дефицитного металла превращается в дешевый, доступный для воинов, пахарей, ремесленников материал — наступает «век железа».

Теперь остановимся и оглянемся назад: человек обратил внимание на металлы, использовал их как украшения, а затем начал производить металлические орудия труда. Медные, потом бронзовые и, наконец, железные. А почему в таком порядке? Почему не сразу железо? Ведь металлы человек не изобретал — они уже были. (Недавно рассчитано, например, что на древний Ближний Восток упало около 1 миллиона тонн метеоритного железа.)

Чтобы ответить на эти вопросы, попробуем понять, что связывало между собой все основные этапы века металла: переход от меди к бронзе и от бронзы к железу. Более того, хотелось бы выяснить, отчего в основном зависели эти переходы.

Вернемся опять к экспериментам. При моделировании древних металлургических операций исследователь должен ответить на главный вопрос: какая для этого нужна была температура? Как только мы обратили на это внимание, мы тут же вспомнили: температура плавления железа много выше, чем меди. Если так, то, может быть, от температуры многое зависело в развитии металлургии?

И тогда попытаемся рассмотреть весь процесс развития древней металлургии с точки зрения температурных возможностей каждой эпохи. Назовем эту основную характеристику температурным потенциалом эпохи. Итак…

После похищения огня

История технической цивилизации предваряется изобретением огня. Показательно, что у всех народов мира есть миф о похищении огня с неба. С той давней поры и до наших дней — долгое восхождение с вершинами, за которыми мы не всегда видим единый процесс: переход от костра к очагу, горну, особым плавильным печам, открытия новых видов топлива: от дерева — к древесному углю, позднее — к каменному углю, нефти и, наконец, к использованию электричества и атомной энергии.

Каждый следующий скачок мог произойти не раньше, чем появлялись для этого новые возможности повысить температуру. Представим для наглядности единый процесс развития технической цивилизации с точки зрения температурного потенциала эпохи в виде следующей схематической диаграммы роста температуры по тысячелетиям:

Первый важнейший после изобретения огня температурный скачок — переход от костра к печам (повышение температуры от 700 до 900° и выше). Именно в это время возникают два новых вида производства: медная металлургия и изготовление керамики.

Следующие тысячелетия (IV—II до н. э.) характеризуются началом и распространением производства бронзы. Как видно с периодом «бронзового века» не связан существенный подъем температурного потенциала эпохи. Такая стабильность могла бы, вероятно, иллюстрировать общую закономерность, наблюдаемую в эволюции: отсутствие необходимости преодолеть барьер (в случае бронзы — температурный) не всегда благоприятствует ускорению развития человека и его культуры. (Достаточно напомнить роль оледенения, которое явно способствовало быстрому становлению культуры пещерного человека.)

На рубеже III—II тысячелетий до новой эры происходит следующий температурный скачок (1400° и выше). И возникает новая пара ремесел: производство стекла (с использованием примеси железа как красящего вещества для цветных стекол) и железная металлургия (стекловидная масса образуется в качестве шлака).

Пока железо рассматривалось как побочный продукт другого производства, его просто выбрасывали. И оставалось оно шлаком до тех пор, пока человек не осознал самостоятельной ценности железа. А осознав, сразу стал ценить его необычайно дорого (в восемь раз дороже золота и в сорок раз дороже серебра).

В культурах бронзового века железо как шлак часто встречается в больших количествах, однако не менее полутора – двух тысячелетий должно было пройти до начала его особого изготовления.

Сама диаграмма доказывает, что все древние производства действительно представляли собой единое целое: видно, что для разных ремесел требуются одни и те же температуры. Этим отчасти объясняют те сложности, с которыми нередко сталкивается археолог при попытке установить, к какому виду деятельности относится находка. Так, например, трудно отличить стеклодувную печь от железоплавильной.

Не всегда облегчают дело и химические анализы остатков руды и шлаков.

Если груду топлива расположить вокруг костра в форме горшка, это может существенно повысить температуру. Первое такое расположение топлива было явно случайным. Но от него еще очень далеко до сознательного построения горна как бы в виде одного большого горшка — куполообразного глиняного свода.

Лингвист О. Н. Трубачев использовал модель горна у первобытных народов для объяснения, почему у древних славян (как и во многих других языках) слова «горн» и «горшок» происходят от одного корня. Так нерасчлененный характер ранних ремесел отразился и в языке.

На примере истории металлов видно, как привлечение методов современных естественных наук позволяет уточнить последовательность этапов развития материальной культуры человечества.

От экспериментального воспроизведения ученые переходят к построению общей картины того, как человек овладевал энергией и материальными ресурсами земного шара. Поэтому теперь об исследователе с полным правом можно сказать словами Б. Пастернака, который… назвал историка пророком, предсказывающим назад.

Автор: Светлана Иванова.