Возможности металлографии в изучении древних изделий из меди и ее сплавов (эпоха раннего металла) [45]

Металлография — наука о внутреннем строении и особенностях структуры металлов и сплавов, характер которых определяется и металлургическими процессами их получения, и способами их обработки. Строение и микроструктура древнего металла изучается на его подполированных образцах в отраженном свете с помощью специальных металлографических микроскопов, позволяющих получать увеличение от 100 до 2000 раз (оптическая металлография). В некоторых случаях возникает необходимость более детального исследования микроструктуры с помощью больших увеличений. Для этого используется метод электронной микроскопии. Рабочее увеличение при использовании электронного микроскопа находится в диапазоне от 100 до 100000 крат. В дополнение к микроструктуре такой микроскоп позволяет устанавливать химический состав ее составляющих в областях размером от двух до пяти микрон.

Оптическая металлография является необходимым этапом исследования: с ее помощью удается быстро и надежно получать общие сведения о микроструктуре металла и выявлять задачи ее дальнейшего более тонкого изучения. Настоящая работа построена преимущественно на обобщении данных оптической металлографии, накопленных в лабораториях разных стран, в том числе, в лаборатории структурного анализа кафедры археологии Московского университета.

Металлографические исследования, проводимые в лаборатории МГУ, нацелены, прежде всего, на выяснение древних способов производства, выплавки и переработки металла, которые представляют интерес как для истории техники (в частности металлургии, кузнечного, литейного, ювелирного дела), так и для установления общего уровня хозяйственного развития эпохи. Общеизвестно, какую громадную роль сыграло в истории человечества применение металла. От развития металлообработки зависел технический строй всего производства, поскольку с глубокой древности основные орудия труда земледельца, строителя, ремесленника были сделаны из металла.

При сравнении уровня одной археологической культуры с уровнем другой естественно, если в каждой из них есть металл, уделить ему особое внимание. При этом недостаточно знать его химический состав, так как даже при использовании однородного металла методы его обработки в процессе изготовления вещей могут быть различными. Поэтому необходимым дополнением к анализу сырья служат металлографические данные о технологии его формовки. Они являются важным источником для выяснения происхождения вещей. Исходный центр их производства определяется, прежде всего, единством их формы и технологии, поскольку сырьевой металл часто поступал со стороны.

Накопление массовых металлографических наблюдений помогает решению проблем торговых контактов и взаимовлияний между различными культурами и производственными общностями (очагами, центрами и пр.), идущими по линии распространения не только новых типов орудий и украшений, но и новых технических достижений их обработки.

Велика роль металлографии в исследовании проблем организации и структуры древнего металлопроизводства. Уровень его специализации определяется с помощью анализа сложности и трудоемкости освоенных мастерами кузнечных и литейных операций.

Перечисленные преимущества использования металлографии в археологии не исчерпывают всех ее возможностей. В приложении к каждой исторической эпохе и даже к каждой конкретной культуре металлографический анализ решает особые, вполне конкретные задачи.

Ранние этапы в истории металла (энеолит, бронзовый век) выдвигают на первый план вопрос о закономерностях развития металлургических знаний в центрах их независимого возникновения. В литературе существует несколько схем, отражающих их динамику ( Рындина,2004. С. 96, 97). При их создании одни исследователи принимают во внимание только процессы усовершенствования экстрактивной металлургии. Они считают обоснованной лишь последовательность: самородная медь → окисленные руды → сульфидные руды (Р. Форбс, А. Галле, М. Лауз, Г. Вайсгербер). Другие объединяют в своих построениях экстрактивную металлургию с перерабатывающей (Г. Чайлд, Г. Коглен, К. Ренфрю, Т. Вертайм). Накопленные к настоящему времени результаты более 500 микроструктурных анализов древнейшего металла Ближнего Востока и Юго-Восточной Европы в наибольшей мере подтверждают «родословное древо» металлургии, предложенное Г.Г. Когленом (Coghlan,1951. Р. 28–33). Он выделяет четыре фазы в эволюции древнейшего металлопроизводства. Фаза «А» характеризуется кузнечной обработкой самородной меди. Ее куют сначала вхолодную, а затем и вгорячую. Фаза «В» начинается с открытия плавления самородной меди и появления первых изделий отлитых в открытых формах. Фаза «С» связана с открытием выплавки меди из окисленных руд и началом действительной металлургии. Усложняется литейная техника, впервые осваивается литье в разъемные и составные формы. Фаза «D» знаменуется переходом к бронзам — любым искусственным сплавам на медной основе. Их появление сопровождают первые опыты по плавке сульфидных руд.

Факт использования на Ближнем Востоке кованой самородной меди (фаза «А» Г. Коглена) подкреплен в последнее время достаточно основательно с помощью металлографического изучения металла конца VIII–VII тыс. до н. э. из памятников докерамического неолита [46]. Они распространены в обширной зоне от Анатолии и Восточного Средиземноморья на западе до Юго-Западного Ирана на востоке. Благодаря аналитическим работам, проведенным в лабораториях разных стран, установлено получение в процессе кузнечной обработки самородков бусины из Телль Рамада в Сирии, пронизки из Али Кош в Иране, шила из Телль Магзалии на севере Ирака (рис. 1), серии бус из Ашикли Гуюк, а также многочисленных шильев, рыболовных крючков и проволочных украшений (44 находки) из Чайеню Тепези в Анатолии ( France Lanord, Contenson,1973. P. 111–115; Smith, 1968. P. 237; Рындина, Яхонтова,1985. С. 157–161; Jalgin, Pemicka,1999. S. 47–53; Maddin, Muhly, Stech,1999. P. 39–41).

Микроструктура природных самородков крупная, но неравномерная: рядом с огромными зернами находятся мелкие зерна, именуемые полиэдрами (рис. 2, 1,2). В самородках часто наблюдается так называемое полисинтетическое двойникование — многократное повторение узких, длинных, расположенных параллельно кристаллов (Craddock, 1995. Р. 248). Такая структура была обнаружена французскими металловедами при изучении подвески из Телль Рамада (рис. 2, 1,2).

Рис. 1. Медные изделия VII тыс. до н. э., отлитые из самородков. 1 —пронизка из Али Кош; 2— подвеска из Телль Рам ад; 3 —шило из Телль Магзалия.

Строение самородков, как правило, меняется при переходе от одного места к другому за счет частого присутствия в них включений иных минералов: домейкита (Cu ₃As), кальцита, кварца, самородного серебра и др. (. Вернадский, 1955. С. 258). К примеру, мы наблюдали на сканирующем электронном микроскопе вытянутые в направлении ковки вкрапления серебра в структуре шила из Телль Магзалии, датированного VII тыс. до н. э. (рис. 2, 4). Таким образом, роль металлографии при вычленении изделий из кованой самородной меди является решающей.

Совсем иначе обстоит дело с переплавленными самородками: при их расплавлении примеси растворятся в меди и она получит структуру, обычную для металлургического металла ( Wayman, Duke,1999. P. 55, 62, 63). В этом случае отличить самородную медь не удается и с помощью анализа ее химического состава. Уже давно известно, что она может быть и очень чистой, и очень грязной ( Риндина,1985. С. 12). Изложенные методические трудности привели к тому, что фаза «В» Г. Коглена, связанная с литьем самородков, до сих пор четко не обозначена. Ее существование подкрепляется пока лишь косвенными наблюдениями о живучести самородного сырья в некоторых районах Ближнего Востока вплоть до V — середины III тыс. до н. э. ( Piggot,1999. Р. 108, 109; Heskel, Lamberg-Karlovsky,1999. P. 232, 233). Эти пережиточные явления не затушевывают того факта, что период преимущественного хождения изделий из самородков приурочен на Ближнем Востоке к очень раннему времени конца VIII–VII тыс. до н. э.