Медь
В то время медь в первозданном виде находили даже чаще, чем благородное золото и серебро. Вот почему после каменного века в мировой истории наступил медный век. Древнейшие остатки медеплавильных производств, относящиеся к VI тысячелетию до нашей эры, были найдены археологами в Месопотамии и на территории современной Турции. Впоследствии драгоценный металл начали добывать также в Египте и на Балканском полуострове (V тысячелетие до нашей эры). На Кипре тысячу лет спустя научились плавить медь. Сам остров, по некоторым версиям, также получил свое название от латинского названия меди — Cuprum.
Этот металл переходит в жидкое состояние при температуре 1085 ° C, которая могла быть достигнута даже в примитивных печах того времени, поэтому производство изделий из чистой меди в местах ее добычи быстро увеличивалось. Современные экспериментальные исследования показали, что медные орудия, несмотря на их относительную мягкость, при обработке дерева и кости дают большое преимущество во времени по сравнению с каменными.
Хотя наиболее доступные жилы чистой меди повсюду довольно быстро истощались, первобытные металлурги уже научились плавить ее из минерала, что в природе встречается гораздо чаще, чем самородки меди. Однако непрекращающийся технический прогресс вскоре заставил медную продукцию уйти с рынка.
Мышьяковая бронза
Существует множество видов бронз: свинец, сурьма, мышьяк, никель, висмут, бериллий и т.д. Самая известная — оловянная бронза, долгое время считавшаяся первым медным сплавом, который люди научились делать. Однако теперь достоверно установлено, что ранняя бронза была мышьяком.
Мышьяковые руды (обычно сульфиды) часто встречаются в медных месторождениях. Они имеют яркий цвет и были известны человеку еще в каменном веке. Реалгар (от арабского «рахьял-чхар» — пороховой минерал) из-за своего ярко-красного цвета считался магическим камнем, а арипигент (от латинского «aurum» — золото и «пигмент» — цвет) ассоциировался с солнцем. Сплав с определенным содержанием мышьяка, естественно, был получен уже при производстве меди. Вероятно, положительное влияние присутствия в шихте минералов мышьяка на качество металла вскоре заметили древние металлурги. Возможно, их добавление в офис носило ритуальный характер, но в некоторых регионах производство мышьяковистой бронзы началось еще в пятом тысячелетии до нашей эры.
Гипотеза о том, что древние металлурги использовали реальгар и арипимент, была подтверждена многочисленными экспериментальными слияниями. Бригадир не мог не заметить, что добавление (добавка) этих минералов в шихту приводит к получению сплава более высокого качества. Варьируя пропорции используемых минералов, он получал сплавы разных цветов и с хорошими механическими свойствами. Наличие мышьяка в бронзе в количестве до 6% от массы значительно (более чем в 2 раза) увеличивает ее прочность и твердость, улучшает пластичность на холоде, позволяет получать более плотные отливки, а также увеличивает текучесть сплава. Таким образом, использование мышьяковистой бронзы облегчило производство плотных отливок в литейных формах.
Цвет сплава имел немаловажное значение в древности. При добавлении к меди 1-3% массы мышьяка дает металл красного цвета, 4-12% — золотистого, более 12% — бело-серебряного тона. Следовательно, из мышьяковистой бронзы можно было производить предметы, похожие на золото и серебро. Особенно этот прием применялся при производстве ювелирных изделий: археологи обнаружили плавленые бусы, подвески, кольца, содержащие до 30% мышьяка. Древнее бронзовое оружие никогда не содержит более 6% мышьяка.
Металлургия мышьяковистой бронзы в III тысячелетии до н.э.
В третьем тысячелетии до нашей эры бронзу NS производили практически повсеместно в металлургических центрах Евразии и Северной Африки. Поражает схожесть технологии производства бронзы, способов выплавки орудий и оружия, а также появление металлических изделий на этой огромной территории в условиях существования в ее границах резко разных земледельческих и племенных культур. Из-за неравномерного распределения металлических руд в разных географических регионах существуют люди — производители и народы — потребители металлов в зависимости от их предложения. Поэтому важнейшим следствием становления металлургии было становление международного разделения труда в доисторическую эпоху. Но раньше его появление относили к эпохе великих империй древнего мира — Римской и Китайской.
Международное разделение труда в Европе в производстве металла было настолько развито, что в раннем бронзовом веке около половины всего расплавленного металла южных крестьян, как показали расчеты, экспортировались на север степными скотоводами. В то же время выплавка и металлообработка тяжелых орудий и оружия на севере велась более совершенными методами. По этой причине именно степным кочевникам мир обязан изобретением колесной повозки, для изготовления которой потребовались высококачественные металлические инструменты. О широком распространении древнейшего колесного транспорта в степной зоне теперь известно по многим десяткам дворянских курганов.
В начале третьего тысячелетия до нашей эры на территориях, некогда заселенных неолитическими культурами, вскоре вошел в обиход бронзовый и колесный транспорт и развилось коневодство.
Человечество вступило в эпоху бронзы и век древнего мира.
Бронза
Около 3000 г до н.э медный век сменился бронзовым веком. Таким образом, металлурги на Ближнем Востоке заметили, что когда к меди были добавлены некоторые металлы, полученная смесь плавилась при температуре почти на 100 градусов ниже, чем чистая медь, что позволило значительно сэкономить топливо. Полученная таким образом бронза, несмотря на ее относительную плавкость, оказалась тверже и прочнее чистой меди, поэтому инструменты из этого сплава быстро вытеснили своих предшественников.
Классическая бронза считается сочетанием меди и олова, однако археологи определили, что первая была вовсе не оловом, а мышьяковистой бронзой, что связано с более простой технологией изготовления и ее дешевизной. Первые предметы, изготовленные из этого металла, относящиеся к V тысячелетию до нашей эры, были найдены на иранском нагорье и недалеко от деревни Плочник в Сербии. На территории России древнейшие изделия из мышьяковистой бронзы были обнаружены археологами на Кубани, где зародилась майкопская культура, относящаяся ко второй половине IV тысячелетия до нашей эры.
Впоследствии мышьяк в этом производстве заменили оловом, так как мышьяковистая бронза оказалась очень ядовитой в повседневной жизни. Кроме того, полученные из него продукты нельзя было переплавить, а металл нельзя было использовать повторно, так как мышьяк просто испарялся при нагревании. По этой причине, несмотря на то, что производство бронзового олова было более дорогим, оно было в 3-м тысячелетии до нашей эры, в конечном итоге оно распространило свой токсичный аналог по всему Ближнему Востоку, Центральной и Восточной Европе. В целом открытие и использование бронзы сыграло огромную роль в мировом технологическом прогрессе.
Железо
Но даже бронзовый век оказался не вечным: его сменил железный век. Хотя железо является вторым по распространенности металлом в земной коре после алюминия, его начали использовать довольно поздно. Во-первых, это произошло потому, что в нативном виде он практически не встречается, так как обладает высокой химической активностью.
Даже при комнатной температуре чистое железо немедленно вступает в реакцию с атмосферным кислородом и водяным паром с образованием оксида, известного нам как ржавчина. А в виде мелкой пыли и в атмосфере кислорода этот металл вполне способен к самовозгоранию. В природе железо встречается только в виде минералов, наиболее распространенными из которых являются магнетит и магнитная железная руда.
Другое объяснение, почему железо не появилось на раннем этапе практической металлургии: оно плавится при более высокой температуре, чем медь (1538 ° C). Мастера античности долгое время не могли добиться этого с помощью бывших печей для плавки меди, и поэтому железный век в истории человечества начался с использования не земных минералов, а инопланетных материалов, которые буквально упали с неба в виде метеоритов. Он был из метеоритного металла, который химически представляет собой смесь железа и никеля, который использовался для изготовления украшений египетских гробниц (около 3800 г до н.э.) и кинжала из шумерского города Ур (около 3100 г до н.э.). В истории человечества это самые старые изделия из железа.
Только во II тысячелетии до нашей эры в выплавке железа из руды преобладали хетты, проживавшие в то время на территории современной Анатолии (Турция). Но халибы, жившие через несколько столетий после хеттов на черноморском побережье Малой Азии, где широко распространены черные пески, оказались гораздо более искусными металлургами, чем в древности. Из этого сырья мастера Халиба извлекали железо с помощью процесса выдувания, когда металл не нагревался до температуры плавления, а выходил из печи в виде так называемой крошки — пастообразной массы, из которой шлак и примеси были сняты ковкой тяжелым молотком.
Легенда об аргонавтах рассказывает, как царь Колхиды Иэт дал Ясону железный плуг, чтобы он вспахивал поле Ареса, и здесь халибы описываются следующим образом: «Они не пашут землю, они не сажают фруктовые деревья, они не пасут свои стада на богатых лугах; они добывают руду и железо на пустошах и торгуют для них едой. День для них не начинается без тяжелой работы, они проводят в темноте ночи и в густом дыму, работая весь день».
Только в период расцвета Римской империи мастера научились строить более эффективные металлургические печи, в которых воздух подавался с помощью сильфонов, благодаря чему достигалась температура около 1400 ° C.Это было больше крицы, чем было получено из руда, но жидкое железо, плавящееся при 1100-1200 ° С. Это сплав железа с углеродом, и в твердом состоянии он очень хрупкий, даже не поддается ковке. А чтобы сталь из чугуна получилась эластичной, ее переплавляли с увеличением проходящего через нее воздуха, чтобы из смеси удалили лишний углерод. На современных металлургических заводах чугун получают в огромных доменных печах, затем через него в конвертеры закачивают поток чистого кислорода. Но в принципе такой двухэтапный процесс получения стали из руды никак не изменился со времен Римской империи.
Золото и серебро
Эти металлы издавна называют благородными металлами, так как в обычных условиях они не взаимодействуют с воздухом, водой и даже с большинством кислот и щелочей. Поэтому люди первобытных времен, хотя и редко, встречали золото и серебро как в виде самородков, так и в виде прожилок и даже мощных прожилок в породах. Неудивительно, что древние мастера быстро научились делать из этих металлов различные вещи, в первую очередь предметы роскоши.
Археологи установили, что человечество знало золото еще в эпоху неолита. А самые первые золотые украшения, относящиеся к 3-му тысячелетию до нашей эры, были найдены в гробницах некоторых египетских и шумерских цариц. Первые сведения об использовании серебра в Египте, Персии и Китае относятся примерно к тому же времени. А на территории Месопотамии семитские племена халдеев, жившие здесь в то время еще в 2500 году до нашей эры, добывали благородный металл из свинцово-серебряных руд. Впоследствии значительным источником рекуперированного серебра (не в виде самородков) стала территория Анатолии (современная Турция), где проявилось ювелирное мастерство. Золотые и серебряные украшения и некоторые предметы домашнего обихода, сделанные местными мастерами, распространились не только по всему Ближнему Востоку, но и попали на Крит и в Грецию.
В России первое серебро было выплавлено только в 1687 году из полезных ископаемых Аргунского месторождения (Нерчинский горный район). На базе местных месторождений в 1701 году в Забайкалье был построен первый серебряный литейный завод. Что касается золота, то оно не добывалось в России до XVIII века, а только ввозилось из-за границы в обмен на другие товары.
Первое русское золото было найдено только в 1732 году в Архангельской губернии, где была обнаружена золотая жила. А в 1745 году рабочий Ерофей Марков подал заявление в канцелярию главного совета заводов Екатеринбурга, в котором сообщил об открытии золота на Урале и начале его добычи. В настоящее время основное производство этого металла в России осуществляется в регионах Дальнего Востока.
Пиррова победа — значение фразеологизма
Прошло двести лет со времени Бородинского сражения, но споры продолжаются: чья это была победа — русская или французская армия — окончена ли эта битва? Чье это поражение: Наполеон или Кутузов? Между тем две тысячи лет назад древние греки и римляне называли такие сражения.
Бронзовые барабаны культуры Донгшон
Донг Сон — наиболее развитая цивилизация, созданная народами влажных тропиков. Его самое важное наследие, оставленное миру, — это выращивание орошаемого риса и изобретение бронзовой металлургии. И отличительной чертой, которая прославила его на протяжении веков, были гонги, звучащие во всем мире…
Термические технологии Неолита
Важнейшей отличительной чертой продуктивного неолитического хозяйства является создание продовольственного резерва. Когда решается проблема изготовления посуды для ее хранения, изобретаются керамические изделия, постепенно развиваются тепловые технологии. Первыми керамическими изделиями были корзины из прутьев, обмазанные глиной и обожженные на костре. Затем были созданы специальные печи для обжарки — кузницы.
Неолитическая печь, подходящая для естественного выдувания
Современные реконструкции воспроизводят неолитический метод обжига керамики следующим образом. Рог был построен на крутом берегу реки, в стенах оврагов или холмов, и состоял из двух ветвей. Горизонтальный рукав служил очагом, а вертикальный заполнялся горшками. Когда кузницу наполняли предварительно высушенными горшками, верх покрывали остатками горшка и делали слабый огонь из необработанного дерева. Этот огонь поддерживался до тех пор, пока не прекратилось отделение паров, после чего огонь усилился до красного цвета. Горшки выдерживали в этом огне не менее 6 часов, затем верх кузницы засыпали песком, очаг засыпали глиной, и в таком состоянии агрегат оставляли на несколько дней. Впоследствии в очаге проделали отверстие, которое постепенно увеличивалось. В конце концов верх кузницы открыли и вытащили готовые горшки. Такие древние гончарные печи были найдены в Месопотамии, Северной Африке и Восточной Европе. Температура нагрева содержащихся в них продуктов достигала 1100 ° C.
Для освоения металлургической технологии извлечения металла из руды, требующей надежных высоких температур, потребовалась искусственная доменная печь. Впервые печи этого типа были созданы для производства керамики. Таким образом, человек познакомился с минеральным металлом, когда готовил глиняные горшки. Это был процесс восстановления металлов из веществ, нанесенных на керамические стены для их окраски. Известно, что карбонаты меди — малахит и лазурит, сульфид ртути — киноварь, желтый, красный и охристо-коричневый цвет железа — яркие минеральные краски, а нанесение красочных узоров на керамику — один из древнейших видов искусства.
Процесс постепенного освоения цивилизацией новых металлов и материалов
Первым минеральным металлом, в котором преобладали люди, была медь. Произошло это, по всей видимости, около 10 тысяч лет назад. Броши, шила, сверла, бусы, кольца и подвески, найденные в поселениях Чайону-Тепеси и Чатал-Хуюке, расположенных на плато Конья в Турции, в настоящее время считаются древнейшими изделиями, изготовленными из медной руды. Эти находки относятся к VIII-VII тысячелетиям до н.э.
Начало эры металлов
Настоящая эра металлов началась в Евразии в 5-м тысячелетии до н.э. Для него характерны раритеты, найденные на севере Балканского полуострова и в Карпатском регионе. В археологии эти территории принято называть важнейшей балканско-карпатской металлургической провинцией медно-каменного века.
В начале 70-х годов прошлого века здесь были обнаружены невероятно богатые и выразительные памятники: «золотой» некрополь Варны и огромный рудник Айбунар, где, по подсчетам, было добыто не менее 30 тысяч тонн медной руды. В захоронениях Варны было найдено более 3000 различных золотых предметов и около 100 медных предметов. Особое внимание привлекают золотые украшения и предметы, украшенные сложным орнаментом, но не меньший интерес для специалистов вызывают медные орудия труда, инструменты и оружие.
Золото и медь Балкано-Карпатской металлургической провинции поставили перед исследователями древних металлов неожиданную проблему: на что были направлены общие усилия этого металлургического производства? Литье и ковка металлических инструментов для повышения производительности, как описано в самых известных учебниках, или что-то еще? Расчеты археологов показали, что с самых первых шагов горно-металлургического производства подавляющая часть его энергии была направлена на создание тех продуктов, которые обслуживали символические сферы общественной жизни: украшения, атрибуты власти и ритуальные предметы. Огромная часть металла служила своеобразным доказательством социальной значимости умерших. Таким образом, в течение нескольких тысячелетий металлы выполняли в первую очередь социальную функцию, а не производственную.
В V тысячелетии до н.э на большей части территории Евразии активно разрабатывались окисленные медные руды, жилы которых выходили на поверхность. Рудники представляли собой узкие щели, образовавшиеся в результате раскопок жил, содержащих минералы. Если бы шахтер наткнулся на мощную минеральную линзу, брешь превратилась в полость на руднике. Самые старые медные рудники находятся в Месопотамии, Испании и на Балканском полуострове. В эпоху античности остров Кипр стал одним из крупнейших месторождений меди, от его позднего латинского названия «купрум» произошло современное название меди как химического элемента. Русское название металла происходит от древнеславянского слова «смида», что означало металл в целом. Отметим, что термин «смида» восходит к тем древним временам, когда предки славян и германцев были еще единым индоарийским народом. Позднее в германских языках термин «смида» стал использоваться для обозначения человека, работавшего с металлом, и закрепился в форме «кузнец» (английский) или «шмидт» (немецкий) — «кузнец».
Освоение подземных месторождений полезных ископаемых было начато в IV тысячелетии до н.э. Глубина шахт достигала 30 м и более. Камень раздавили огнем, водой и деревянными клиньями. Возле места разработки разводили костер, скалу нагревали, а затем быстро охлаждали, обливая большим количеством воды. В образовавшиеся трещины вбивались деревянные клинья, которые также поливались водой. Раздувшись, клинья раскололи скалу. Фрагменты минеральной породы повторно нагревали в пламени огня, резко охлаждали и дробили молотками и кирками прямо в шахтах. Измельченная руда извлекалась из шахт в кожаных мешках или плетеных корзинах. Затем его растолкали в больших каменных ступах размером с горошину. Древние металлурги использовали уголь, дрова и кости в качестве топлива для плавления металла.
Самый старый метод обработки медной руды — тигельная плавка: руда смешивалась с топливом и помещалась в тигли из глины, смешанной с костной золой. Размеры тиглей были небольшими, их высота составляла 12-15 см, в крышке были предусмотрены отверстия для выхода газов. В описанных выше керамических очагах эпохи неолита была достигнута температура (до 1100 ° С), достаточная для получения меди, содержащей до 2% от массы природных примесей мышьяка, никеля, сурьмы. Впоследствии были установлены шахтные печи для плавки меди. В этом случае глиняный тигель с рудой и углем помещался в неглубокую яму, поверх которой насыпался слой угля. Особое значение имел выбор места плавки, которое должно было обеспечивать интенсивный поток воздуха внутри агрегата для разжигания огня и достижения необходимой температуры.
Количество меди, производимой в тиглях, было небольшим и обычно составляло несколько десятков граммов, поэтому постепенно переходили на добычу меди в скважинах непосредственно из руды. Для этого смешанную с углем медную руду помещали в ямы глубиной до 30 см, дно которых выложили камнями. Поверх слоя заряда насыпали еще уголь, а поверх ветвей деревьев положили небольшое количество земли, чтобы не препятствовать потоку воздуха в кучу. Они пытались определить точку плавления на склонах холмов, чтобы использовать естественное движение воздуха. Это был первый «промышленный металлургический агрегат.
По окончании плавки несгоревшее топливо удаляли, а полученный металл измельчали на кусочки, пригодные для использования. Это произошло сразу после того, как металл затвердел, так как медь на этом этапе особенно хрупка и легко ломается молотком. Для придания сырой меди товарного вида ее подвергали холодной ковке. Очень рано было обнаружено, что медь — мягкий и ковкий металл, легко уплотняемый и освобождающийся от крупных включений при простой обработке.
Обладая множеством преимуществ, медь, даже легированная естественным путем, имела очень существенный недостаток — медная посуда быстро тускнела. Износостойкость и другие свойства меди были не настолько высокими, чтобы позволить медным орудиям и инструментам полностью заменить каменные. Поэтому в период медно-каменного века (IV тысячелетие до нашей эры) камень успешно конкурировал с медью, что нашло отражение в названии эпохи. Решающий шаг в переходе от камня к металлу был сделан после изобретения бронзы.