Бронзовый век продолжался около 2 тысяч лет и очевидно, что его история неразрывно связана с бронзой и изделиями из неё. Этот сплав был одной из основ существования цивилизаций в то время, и до сих пор пользуется широким спросом у человечества. Вот только та бронза, которая начала своё триумфальное шествие по Евразии более 5 тысяч лет назад, совсем не похожа на ту, к которой мы с вами привыкли. Ведь первоначально самой распространённой была не оловянная, а мышьяковая бронза, речь о которой и пойдёт в этой статье.
С давних пор человечество использует металлы и их сплавы для самых разных целей. И почти каждый из нас обязательно использовал в быту предметы, сделанные из стали, меди, алюминия, латуни. Некоторые из металлов и сплавов стали фундаментом цивилизации для своего времени и дали название целым историческим эпохам, которые известны нам как медный, бронзовый и железный век. Причём медь и железо - это чистые металлы, а вот бронза уже является сплавом меди с другими элементами. Но вот с какими?
Практически любой человек, относительно далёкий от металлургии, при слове «бронза» подумает о том, что это всегда сплав меди с оловом, в качестве основного компонента. Однако это не так. К бронзам также относят медные сплавы с алюминием, свинцом, кремнием, бериллием, и другими элементами, например, мышьяком. Сплав меди с ним известен как мышьяковая, мышьяковистая или «чёрная» бронза. Этот сплав производился и применялся по Ближнему Востоку и Европе, начиная с IV тысячелетия до нашей эры, а самые древние на данный момент изделия из мышьяковой бронзы были обнаружены на Иранском нагорье и датируются V тысячелетием до нашей эры. Именно с этого сплава и начиналась история бронзового века.
Мышьяк и медные руды
Некоторые медные руды, например, медный колчедан, иначе халькопирит, часто имеют естественные примеси мышьяка, поэтому в зарубежной археологии к мышьяковым бронзам относят только те сплавы, в которых его содержание составляет более 1% (0,5% - по мнению некоторых отечественных специалистов). Принято считать, что при наличии в сплаве не менее 1% мышьяка, он вносился туда преднамеренно для улучшения свойств получаемых изделий, а если его содержание не достигает 1%, то речь идёт уже о меди. Для умышленного добавления мышьяка в медную руду при плавке, древние металлурги с высокой долей вероятности могли использовать минералы аурипигмент (As2S3 - сульфид мышьяка) и реальгар (AsS - моносульфид мышьяка). Также они могли применять медные руды, содержащие достаточное количество мышьяка. К таким рудам относят: теннантит (Cu12As4S13), оливенит (Cu2(AsO4)OH), энаргит (Cu3AsS4) и некоторые другие. Причём месторождения некоторых этих руд были истощены ещё в древности, что прямо указывает на то, что они применялись для выплавки меди и бронзы.
Если не вдаваться в тонкости металлургии, то суть выплавки меди из руды заключается в удалении всех примесей для получения чистой меди. Этот процесс не был достаточно сложным, поэтому люди смогли освоить его практически в совершенстве. В какой-то момент они заметили, что присутствие мышьяка в меди положительно сказывается на свойствах изделий из неё. Так началась долгая история мышьяковой бронзы.
Преимущества и недостатки мышьяковой бронзы
Невозможно с полной уверенностью утверждать каким образом человечество открыло для себя мышьяковую бронзу. Скорее всего, первоначально мышьяк оказывался в меди и её сплавах из-за того, что некоторые руды содержали его соединения в качестве примеси. Древние металлурги стали обращать внимание на то, что мышьяковые сплавы позволяют получать более качественные изделия, чем из чистой меди, и стали уже преднамеренно использовать мышьяк в своей работе по целому ряду причин.
Во-первых, добавление мышьяка положительно сказывается на свойствах медной руды во время плавки:
- Снижается температура плавления медной руды на 100-200 градусов, а в то время человеку было достаточно сложно поддерживать высокую температуру в плавильных печах. Поэтому даже незначительное снижение температуры плавления руды экономило время, ресурсы и силы литейщиков.
- Жидкотекучесть сплава увеличивается, что позволяет получать отливки более сложной формы, а также снижает процент брака. Для сравнения: в наше время одной из причин по которой художественное литьё, отличающееся как правило сложной формой готовых изделий, делается из чугуна, как раз является его высокая, по сравнению со сталью, жидкотекучесть. Иными словами, чем жиже расплав, тем проще получить отливку даже самой непростой формы, и тем меньше шанс сделать брак, вызванный тем, что расплавленный металл не смог заполнить все полости литейной формы.
- Мышьяк выступает в роли раскислителя, связывая и удаляя кислород, образуя оксиды, испаряющиеся в процессе плавки. Это очень важная роль мышьяка, так как кислород заметно снижает пластичность готовых изделий. Чем выше пластичность готового изделия из металла - тем ниже его хрупкость, поэтому более пластичные предметы отличаются большей долговечностью.
Во-вторых, орудия труда и оружие из этого сплава отличались более высоким качеством и улучшенными свойствами по сравнению с теми, которые изготавливались из чистой меди. Мышьяковая бронза куда лучше поддаётся закалке по сравнению с медью, поэтому изделия, полученные из такого сплава, куда лучше проявляют себя при рубке и резке. Улучшение свойств по сравнению с чистой медью наблюдается уже при содержании 0,5-2 массовых процентов мышьяка в сплаве. Такая бронза твёрже и прочнее на разрыв на 10-30%. Кроме того, присутствие мышьяка в бронзе улучшает ковкость в холодном состоянии, а готовые изделия отличаются повышенной плотностью.
В-третьих, количество мышьяка в бронзе влияет на её цвет, который может быть бледно-красным, золотистым или бело-серебристым. Поэтому этот сплав широко использовался не только для изготовления оружия и орудий труда, но и для производства самых разнообразных украшений. Такие изделия имели красивый блеск, выглядели достаточно эстетично и были похожи на золотые или серебряные, а содержание мышьяка в них могло варьироваться от 1 до 30%.
Однако мышьяковая бронза имела и недостатки. Одним из самых существенных её минусов была невозможность эффективной переплавки пришедших в негодность изделий. Суть в том, что при плавлении такой бронзы содержащийся в ней мышьяк испаряется или уходит в шлак, что делает сплав очень хрупким. После повторной переплавки такое вторсырьё, скорее всего, использовалось только при изготовлении предметов, к механическим свойствам которых не предъявлялось высоких требований.
Известно, что мышьяк и его соединения не только ядовиты, но и являются канцерогенами. Поэтому другим недостатком мышьяковой бронзы является чрезвычайная вредность её производства. При получении этого сплава часть мышьяка неизбежно улетучивается, и его пары могут попадать в лёгкие металлургов, вызывая в итоге целый букет крайне неприятных заболеваний.
Одним из самых безопасных для здоровья способов получения мышьяковой бронзы могло быть совместное плавление окисленных и сульфидных медных руд, например малахита (Cu2CO3(OH)2) и арсенопирита (FeAsS). Доказано, что в этом случае выделяется относительно мало токсичных паров. Однако на данный момент неизвестно использовали или нет такой метод получения мышьяковой бронзы древние металлурги.
Но, невзирая на эти недостатки, люди продолжали использовать мышьяковую бронзу, и в течение среднего бронзового века (2200-1600 годы до н.э.) этот сплав был более распространённым в Европе и Западной Азии по сравнению с оловянной бронзой. Исключением были регионы, богатые оловом, например Британия и Притяньшанье, а также Этрурия на северо-западе современной Италии, в которой встречались и медь, и свинец.
Металлургические провинции медного и бронзового века
Бронза, в том числе и мышьяковая, обязательно содержит в своём составе медь, которая стала одним из первых металлов, открытых человечеством, а самые ранние изделия из неё относятся к VIII тысячелетию до н.э. Первоначально навыки обработки меди не получили широкого распространения, и только лишь через 3 тысячи лет началось достаточно массовое развитие медной металлургии, которое происходило в Балкано-Карпатской металлургической провинции. Она существовала в V-IV тысячелетиях до нашей эры и простиралась от Балканского полуострова до степей Среднего Поволжья, а её возникновение было связано с быстрым освоением и развитием горно-металлургического производства меди и золота. Как раз в то время человечество и вступило в эпоху широкого использования металла, начался медный век.
Навыки добычи и обработки металла в Балкано-Карпатской провинции развивались достаточно быстро, а за относительно короткий период её существования люди успели добыть и переработать огромные количества медной руды. Одним из самых известных мест её добычи в то время был рудник Айбунар, который расположен около болгарского города Стара-Загора. Древние люди, орудуя кирками из рога и медными кайлами, смогли извлечь 20-30 тысяч тонн горной породы, а предположительная выплавка меди составила 700-1000 тонн. И это только на одном руднике.
Но нет ничего вечного и, спустя некоторое время, в середине IV тысячелетия до н.э. Балкано-Карпатская металлургическая провинция распалась, а на её осколках начала развиваться Циркумпонтийская. Эта археологическая общность существовала в IV-III тысячелетиях до н.э. На раннем этапе развития её ареал включал в себя Северное Причерноморье, Закавказье, Кавказ, Балканы и Среднюю Азию. Одной из самых главных особенностей данной общности являлось высокое развитие металлургических навыков и широкое употребление мышьяковой бронзы, в связи с чем некоторые специалисты предполагают, что какой-то из регионов Циркумпонтийской металлургической провинции стал местом, откуда этот сплав начал своё массовое распространение. Медный век постепенно уходил в прошлое, начиналась эпоха бронзы.
Кроме того, примечателен тот факт, что во всей Циркумпонтийской металлургической провинции наблюдалась общая для всех её частей технология производства топоров. Они изготавливались в открытых двустворчатых литейных формах, сделанных из камня или глины. Другое оружие, например, ножи и кинжалы, и орудия труда также мало отличались друг от друга, в какой бы области этой металлургической провинции они ни были изготовлены. Это касается как их внешнего вида, так и технологии производства. Несмотря на некоторые общие черты в разных регионах, специалисты выделяют несколько культур в рамках Циркумпонтийской металлургической провинции. Это майкопская, куро-аракская, ямная, катакомбная и некоторые другие.
Мышьяковая бронза в разных культурах
Мышьяковая бронза использовалась многими народами и культурами по всему миру. Точное место, где она была впервые получена человеком, на данный момент не установлено, однако самые ранние изготовленные из неё изделия обнаружены на Иранском плато и датируются V тысячелетием до нашей эры. Возможно, этот сплав был получен разными культурами независимо друг от друга или же был впервые изобретён в каком-то одном месте, а потом распространился практически по всему миру, но как бы то ни было, мышьяковая бронза использовалась в Месопотамии, Леванте, Европе, Южном Урале, Сибири и Китае. Была она известна и в Южной Америке, жители которой не имели контактов с Евразией, поэтому можно смело утверждать, что этот сплав самостоятельно был получен южноамериканским населением, хотя и значительно позже.
Майкопская культура
На территории нынешней России мышьяковая бронза активно использовалась представителями майкопской культуры, которая существовала в раннем бронзовом веке (IV-начало III тысячелетия до н.э.) и относилась к Циркумпонтийской металлургической провинции. Известно, что более половины обнаруженных майкопских предметов быта были сделаны именно из этого сплава, в то время как изготовленных из меди - не более 10%. Остальные же были сделаны из тройного медно-никелевого сплава с мышьяком.
Майкопские литейщики и кузнецы вполне осознанно могли получать мышьяковую бронзу с необходимыми для разных задач характеристиками. Так, например, содержание мышьяка в большинстве кинжалов колеблется от 3 до 5%, а современные исследования показывают, что кинжалы, изготовленные из такого сплава будут отличаться как достаточной пластичностью, так и повышенной твёрдостью по сравнению с обычной медью. В майкопских втульчатых топорах содержание мышьяка составляет уже, как правило, от 1 до 2%, что также позволяет достичь нужного баланса между твёрдостью и пластичностью именно для этого типа орудий.
А вот майкопские котлы отличались достаточно низким содержанием мышьяка, количество которого обычно не превышало одного процента. Это выглядит вполне логично, ведь к котлам нет таких жёстких требований по качеству, как к топорам или кинжалам.
Арслантепе
Мышьяковая бронза была известна и на Армянском нагорье. Некогда там находился город Мелид, останки которого надёжно укрыл в своих недрах холм Арслантепе. В ходе раскопок этого холма были обнаружены самые древние на данный момент мечи, они датируются 3300 - 3000 годами до н.э. Эти мечи были изготовлены из мышьяковой бронзы и украшены серебряными вставками и, вероятно, использовались в ритуальных целях либо принадлежали высокопоставленным лицам. Создателями этих мечей являются носители куро-аракской культуры, которые, как майкопцы и ямники, относились к Циркумпонтийской металлургической провинции.
Синташтинская культура
Другими людьми, которые успешно освоили данный сплав были представители синташтинской культуры, существовавшей на рубеже III и II тысячелетий до н.э. на Южном Урале. Синташтинские мастера изготавливали орудия труда из бронзы, содержание мышьяка в которой составляло от 0,5 до 3%, причём точное его количество зависело от функционального назначения предмета. Это говорит о том, что металлурги хорошо понимали как получить сплав с нужными свойствами.
Расплавленный металл заливался в глиняные или каменные формы, что позволяло получать большое количество однотипных предметов, будь то топоры, серпы или наконечники для стрел или копий. Это было уже практически серийное производство оружия и орудий труда, что однозначно давало преимущества культуре, владеющей такими технологиями.
Орудия труда и оружие синташтинцев производились кузнечной ковкой литых изделий: холодной или же при относительно низких температурах - от 400 до 500 градусов Цельсия. Скорее всего, их металлурги были в курсе того, что при чрезмерном нагревании мышьяк отличается высокой летучестью, чем и обусловлено распространение ковки при невысоких температурах - не более трети обнаруженных предметов было изготовлено ковкой при температуре 600-700 градусов Цельсия.
Эль-аргарская культура
Эта культура процветала с 2300 до 1650 годов до н.э., и во второй половине II тысячелетия до нашей эры пришла в окончательный упадок. Её носители проживали в юго-восточной части Пиренейского полуострова и также были хорошо знакомы с мышьяковой бронзой. Эти знания и навыки вполне могли давать им некоторое превосходство над соседними культурами, которые в то время пользовались практически одной лишь только медью. Регион расселения представителей этой культуры был главным иберийским центром по производству мышьяковой бронзы, из которой они изготавливали топоры, мечи, кинжалы и наконечники копий.
Сиканская культура (Ламбайеке)
В то время, когда в VIII веке в Европе арабы и франки убивали друг друга железным оружием при Пуатье, в Южной Америке клонилась к закату культура Мочика, технологический уровень которой был идентичен медному и бронзовому веку Старого Света. Вероятными преемниками Мочика были представители Сиканской культуры (750 -1375 гг н.э.), которые освоили производство мышьяковой бронзы и изделий из неё. Учёными установлено, что около 900 года н.э. на севере современного Перу действовали крупные плавильные установки для получения мышьяковой бронзы, производство которой было достаточно специфичным по сравнению с медным. На протяжении примерно шести столетий носители Сиканской культуры совершенствовали своё металлургическое мастерство, унаследованное от Мочика, а предметы изготовленные из мышьяковой бронзы были доступны даже для низших слоёв общества.
Следует отметить, что в то же самое время культуры центральных и южных Анд имели доступ к касситериту (SnO2), поэтому производили не мышьяковую, а оловянную бронзу. То есть в Южной Америке, как и в Евразии, изготавливали сплав меди именно с тем металлом, который был доступнее в конкретной местности. И если бы олово было куда более распространенным металлом, чем оно является, то история мышьяковой бронзы стала бы намного короче. Ведь несмотря на все свои сильные стороны, она всё равно проигрывает в конкуренции оловянной бронзе. Но именно совершенствование технологии производства мышьяковой бронзы дало толчок к развитию металлургии в целом, и последующая гегемония оловянной бронзы уже имела под собой мощный фундамент, который в наше время можно было бы назвать научно-техническим.
От мышьяка к олову
Мышьяковая бронза превосходит медь по многим показателям, но при этом заметно уступает оловянной бронзе. Это касается как свойств и качества готовых изделий, так и самого процесса получения сплава. С постепенным развитием международных отношений и торговли в бронзовом веке, олово становилось всё более доступным даже в регионах, значительно удалённых от центров его добычи. Судьба мышьяковой бронзы была предрешена, и после примерно 3000 года до н.э. оловянная бронза начала постепенно вытеснять мышьяковую, однако последняя очень долго ещё использовалась во многих регионах.
В итоге олово стало одним из важнейших, если не самым важным, ресурсом и предметом торговли позднего бронзового века. Наиболее вероятным первоначальным местом добычи этого металла были месторождения в Киликии и Тавросе в Малой Азии, которые были истощены уже в начале II тысячелетия до н.э. В итоге олово пришлось возить за сотни и тысячи километров, например, из Британии. С одной стороны, это стимулировало полноценную морскую торговлю, а с другой стороны зависимость от металла, который в 35 раз более редкий по сравнению с медью, стала ахиллесовой пятой той эпохи. Нарушение торговых связей и, как следствие, практически полное исчезновение олова из товарооборота, могло быть одной из ключевых причин катастрофы бронзового века.
Заключение
Переход от меди к мышьяковой бронзе дал человеку возможность производить более качественные орудия труда, затрачивая на это меньше времени и ресурсов. Если это и нельзя назвать полноценной технологической революцией, то всё равно это был значительный шаг вперёд, а культуры, освоившие этот сплав, имели ряд преимуществ перед теми, которые не знали мышьяковой бронзы. В свою очередь, те общества, которые не имели доступа к этому сплаву, видели изделия из него у своих «соседей», интересовались ими, и получали в обмен на какие-то свои товары и продукты бронзовые серпы или топоры. Это служило двигателем торговли, и некоторые предметы порой преодолевали тысячи километров, прежде, чем попасть к конечному потребителю.
Кроме того, бронза стала настоящим металлом войны, и очевидно, что при прочих примерно равных условиях, войска, вооруженные бронзовым оружием, превосходили своих противников, которые пользовались только лишь медным. При этом, именно во время широкого распространения мышьяковой бронзы, появились первые зачатки условно серийного производства, и уже в наше время экспериментальным путём было установлено, что за неделю один мастер с несколькими помощниками мог отлить до 10 тысяч наконечников для стрел, используя многоразовые каменные формы для литья.
Очевидно, что древние металлурги не знали химических формул, а все их навыки производства мышьяковой бронзы были получены методом бесконечных проб и ошибок. Однако в разных точках нашей планеты они постепенно совершенствовали своё бронзолитейное мастерство, создавая самые разнообразные предметы, некоторые из которых пережили века и даже тысячелетия. Мастера давно ушедших эпох научились получать сплавы меди и мышьяка с необходимыми свойствами, и с каждой новой плавкой бронзы, с каждым ударом кузнечного молота, ковалась история бронзового века, ковалась история нашего мира.
Источники:
Archaeological Arsenical Bronzes and Equilibrium in the As-Cu System https://www.researchgate.net/publication/326312521_Archaeological_Arsenical_Bronzes_and_Equilibrium_in_the_As-Cu_System
Arsenic Bronze. An archaeological introduction into a key innovation https://www.academia.edu/50247954/Arsenic_Bronze_An_archaeological_introduction_into_a_key_innovation
Arsenical Bronze: Deadly Metal of the Bronze Age https://www.historicmysteries.com/arsenical-bronze/
Bronze Age Caucasian metalwork: Alloy choice and combination https://www.academia.edu/35088716/Bronze_Age_Caucasian_metalwork_Alloy_choice_and_combination
Culture of El Argar https://fi.itpedia.wiki/Zero_in_amore/Sequencer_Audio/Morti_nel_2020/Sistema_client/9/NOV/GNU/Fiat_Mod._14/Fate/El_Argar.html
Early Arsenical Bronzes-A Metallurgical View J. A. Charles https://www.jstor.org/stable/501586
Heather Lechtman. Arsenic Bronze: Dirty Copper or Chosen Alloy? A View from the Americas https://www.academia.edu/3801230/Arsenic_Bronze_Dirty_Copper_or_Chosen_Alloy
Marianne Mödlinger, Raquel de Oro Calderon , Roland Haubner. Arsenic loss during metallurgical processing of arsenical bronze https://www.academia.edu/34457400/Arsenic_loss_during_metallurgical_processing_of_arsenical_bronze
Metallurgy Prowess Revealed by World’s Oldest Swords Discovered in Turkey https://www.ancient-origins.net/news-history-archaeology/oldest-swords-0018050
The funerary »treasure« of Montilla, Cordova, Spain. Maria Carme Rovira Hortalà, Ignacio Montero Ruiz, and Alicia Perea https://www.academia.edu/11419247/The_funeray_treasure_of_Montilla_Cordova_spain
The Production of Copper–Arsenic Alloys (Arsenic Bronze) byCosmelting: Modern Experiment, Ancient Practice https://www.academia.edu/80215128/The_Production_of_Copper_Arsenic_Alloys_Arsenic_Bronze_by_Cosmelting_Modern_Experiment_Ancient_Practice
Бронза. Технологическая справка (история). https://tsvetmet.wordpress.com/2018/08/21/бронза-технологическая-справка/
Дегтярёва А.С. Химико-металлургические группы металла синташтинской культуры, Тюмень, ИПОС СО РАН https://cyberleninka.ru/article/n/himiko-metallurgicheskie-gruppy-metalla-sintashtinskoy-kultury
Кубанова А.Н., Гвоздев А.Е., Протопопов Е.А. История зарождения и развития металлургической отрасли и её влияние на мировую промышленность https://cyberleninka.ru/article/n/istoriya-zarozhdeniya-i-razvitiya-metallurgicheskoy-otrasli-i-ee-vliyanie-na-mirovuyu-promyshlennost
Попов С., Димов Т. Предполагаемые морские связи между Прикаспием и Северо-Западным Причерноморьем в период халколита https://cyberleninka.ru/article/n/predpolagaemye-morskie-svyazi-mezhdu-prikaspiem-i-severo-zapadnym-prichernomoriem-v-period-halkolita
Ранний бронзовый век в пределах Циркумпонтийской металлургической провинции https://arheologija.ru/ranniy-bronzovyiy-vek-tsirkumpontiyskoy-metallurgicheskoy-provintsii/
Рындина Н.В., Равич И.Г. О металлопроизводстве майкопских племён Северного Кавказа (по данным химико-технологических исследований) // Вестник археологии, антропологии и этнографии. 2012. № 2 (17) https://cyberleninka.ru/article/n/o-metalloproizvodstve-maykopskih-plemen-severnogo-kavkaza-po-dannym-himiko-tehnologicheskih-issledovaniy
Черных Е.Н. Айбунар https://old.bigenc.ru/archeology/text/1805251
Черных Е.Н. Балкано-Карпатская металлургическая провинция https://old.bigenc.ru/archeology/text/1847547
Черных Е.Н. Циркумпонтийская металлургическая провинция https://old.bigenc.ru/archeology/text/4677962
Энеолит. Феномен Балкано-Карпатской металлургической провинции https://arheologija.ru/eneolit-fenomen-balkano-karpatskoy-metallurgicheskoy-provintsii/#:~:text=Итак%2C%20Балкано-Карпатская%20металлургическая%20провинция%2Cскотоводческих%20культур%20Юго-Восточной%20Европы
Автор: Алексей Пикалов