Хотим вам рассказать про исследование одного очень впечатляющего египетского памятника. Это место называется Айн-Сохна и находится оно на побережье Красного моря. А уникально оно тем, что здесь археологи нашли десятки металлургических мастерских, датируемых началом Среднего царства, это около 4000 лет назад.
Найденные на скалах поблизости тексты сообщают о снаряжении экспедиций, доставлявших медь и другие полезные ископаемые из Синая в долину Нила. Если верить надписям, эти экспедиции насчитывали тысячи человек. Видимо, в Айн-Сохна располагался перевалочный узел, соединявший рудники юга Синайского полустрова со столицей Египта – Мемфисом. Медную руду сюда привозили из Синая на кораблях, выплавляли из руды медь и отправляли через Восточную пустыню в центр.
О синайском происхождении говорит и химический анализ двух образцов руды, проведенный в 2012 году.
Сохранность археологических материалов памятника исключительная, фактически это единственное полностью задокументированное производство меди Среднего царства. Археологам редко везет найти все компоненты цепи – не только шлак, но и исходную руду, и результат плавки – металл, ведь эти вещи высоко ценились, ими не разбрасывались. Но здесь ученым улыбнулась удача, урожай раскопок очень богат. По словам исследователей, по сути это археологическая «фотография процесса».
Как устроены древние плавильные мастерские?
В каждой такой мастерской находилось по 4 высокие, колоннообразные плавильные печи. Печки одинаковые, высотой 1 м 30 см, и технология плавки была, судя по всему, стандартизирована.
Необычным было уже то, что печи располагались внутри помещения – в отличие от «ветровых» плавильных печей, в большом количестве найденных на Синае, всегда находившихся на открытом воздухе.
И вот бельгийский археолог Жорж Верли и его коллеги решили реконструировать процесс плавки в такой печи. В течение 7 лет они потратили на эксперименты буквально тысячи часов, проведя более 50 плавок. Для этих целей в Египте, Франции и Бельгии были построены точные копии конструкций, найденных в Айн-Сохна.
Одной из важных задач было выяснить, что служило топливом древним металлургам. Кстати, по поводу использования дерева в качестве горючего тоже любят поспорить некоторые интернет-собеседники. Египет же сплошная пустыня, чем топили? Ливанским кедром? Нет, археоботанический анализ показал, что найденный в слоях памятника уголь – это акация. И другие исследования подтверждают, что Акация нильская широко использовалась в качестве топлива в Древнем Египте.
Но в каком виде? В свежем или в форме древесного угля? Кажется, на этот вопрос никак не ответить. А еще среди металлургических отходов нашли много ослиного навоза. Почему бы не добавить к дровам и углю традиционное топливо - кизяк?
Итак, экспериментаторы поставили опыт: построили две одинаковые печи, в одной из которых жгли древесину, а другую топили углём; иногда и туда, и туда добавляли навоз. В ходе экспериментов лучшие результаты получились при использовании «двойного» топлива: древесина или уголь плюс навоз. Оказалось, что навоз позволяет лучше контролировать температуру внутри печи.
Да, надо объяснить как это всё работает. Эти печи, по заверению исследователей, не имеют аналогов в древнем мире. Печь загружается доверху дровами и разжигается снизу. Дальше работает эффект дымохода: внутри печи возникает направленная вверх тяга, и топливо разгорается без принудительной вентиляции.
Вы поняли? Не требуется ни мехов, ни специальных трубок для подачи воздуха, ни ветра. В интервью Жорж Верли шутит, что египтяне были умными, но ленивыми, и они хотели, чтобы работали печи, а не человек.
«Я попробовал просто вначале зажечь огонь внутри и посмотреть, что произойдет, - рассказывает он. - Я положил внутрь топливо: древесный уголь, а затем свежую акацию. Именно так, безо всякой руды». И обнаружил, что без дополнительных усилий в печи достигалась температура до 1300 градусов.
Итак, добавляя в верхнюю часть печи чередующиеся слои древесины и навоза (которые опускаются по мере сгорания), можно регулировать нагрев. Когда достигается стабильная температура, сверху между слоями топлива загружается руда. А дальше – почти “автоматика”: по мере опускания руда сначала попадает в низкотемпературную часть печи, где так сказать «обжаривается», прокаливается, при этом малахит превращается в куприт (Cu₂O).
Затем руда проходит «зону восстановления», в которой куприт восстанавливается до меди. При этом руда остаётся твёрдой. Наконец, в самой горячей зоне, чуть выше устья печи, металлическая медь переходит в жидкую форму, вытекает из блоков руды и собирается в виде отдельных гранул на дне печи.
Оставшиеся от руды блоки нерасплавленного шлака продолжают свой путь к передней части устья печи, где они остывают.
По словам Верли, древние египтяне прекрасно понимали детали этого процесса, именно поэтому у них оптимальная высота печи, не метр, не два, а метр 30. Идеально подобраны высота колонны, диаметр печи, тип топлива.
Самому исследователю потребовалось 5 лет, чтобы разобраться в этих тонкостях. Ряд трудностей был связан ещё и с тем, что правила запрещают вывозить из Египта любые археологические находки, а на территории самой страны не всегда есть необходимое для исследований оборудование.
В данном случае геохимический состав руды, шлака и металла в Айн-Сохна изучался с помощью портативного прибора для рентгенофлуоресцентного анализа. А образцы, полученные в экспериментальных плавках, удалось изучить уже более подробно, в специальной лаборатории.
Да, как я говорил, археологи хотели выяснить, что служило горючим, свежая древесина с навозом или уголь с навозом, для чего использовались две экспериментальные печи, построенные в Бельгии. Анализ результатов плавок и сравнение с археологическими данными показал, что скорее всего, древние металлурги использовали свежее дерево. Это подтверждается составом шлака, распределением золы и угля в печи, формой и размером полученных гранул меди.
Итак, акация + ослиный навоз – лучшее горючее.
Результаты двух плавок исследователи решили изучить более подробно, и вот зачем. Важным вопросом в археологии является происхождение сырья, из которого изготовлен тот или иной предмет. Найден медный кинжал или зеркало – а откуда привезена руда? Узнав это, археологи могут проследить торговые пути, уточнить древние производственные цепочки.
Один из широко используемых методов – анализ содержания изотопов свинца, это как бы «автограф» рудника, поскольку в разных месторождениях соотношение этих изотопов различается. Это очень круто. Например, исследование кинжала, найденного на территории современного Судана, показывает, что медь, из которой он сделан, добыта на Синае.
Благодаря изотопному анализу выяснилось, что в Древнем Царстве использовалась не только синайская руда, но и другие источники с территории Ближнего Востока – нынешних Израиля, Иордании.
Однако не всё так просто. Например, при плавке может смешиваться медь, прибывшая из разных рудников. Более того, ввиду ценности металла, широко практиковалась вторичная переработка – переплавка сломанных, пришедших в негодность изделий, в результате мог получаться «винегрет» из металла самого разного происхождения. Кроме того, древние металлурги могли сами добавлять свинец в сплав, чтобы изменить его свойства.
Ну и ключевой вопрос этого исследования: а не может ли соотношение изотопов свинца меняться в процессе плавки? Это крайне сложно определить по археологическим материалам, ведь для ответа на такой вопрос, в идеале, нужно иметь образцы руды и металла от одной плавки. Так что доступный путь – эксперимент.
=================================
Наши подписчики на Sponsr или Boosty смотрят видео-версию этой новости и слушают подкаст
=================================
Руда, использовавшаяся в опытах авторов статьи, взята из современного марокканского рудника, так что конкретный её состав не играет важной роли в данном исследовании. В ней доминировал малахит и иногда азурит; содержимое меди составляло в этой руде порядка 40%. А всевозможные примеси включали окислы железа, мышьяк, кобальт, цинк.
Содержание свинца в руде одной из плавок оказалось очень низким, в среднем 55 мкг на грамм, но иногда ниже 10 мкг на грамм. Напомню, что микрограмм это одна миллионная грамма.
А теперь – важное: в ослином навозе содержится около 100 мкг свинца на грамм. Изучили и содержание разных микроэлементов в использовавшейся древесине. Дрова в данном случае были из ясеня, там тоже есть свинец, хотя его очень мало.
С высокой вероятностью, микроэлементы из топлива могут переходить в получающийся металл. «Очевидно, что в шихте (то есть в смеси, загружаемой в печь для плавки) присутствуют свинцовосодержащие исходные продукты с коэффициентами изотопов свинца, отличными от коэффициентов в руде», пишут исследователи.
И действительно, исследование показало, что как в медных гранулах, так и в шлаке соотношение изотопов свинца отличалось от показателей руды. По мнению экспериментаторов, эти изменения объясняются прежде всего загрязнением топливной золой, образующейся из древесины и навоза.
Пока что оценить, насколько сильным может быть это загрязнение, исследователи не берутся. В топливе, использовавшемся в Древнем Египте, содержание свинца могло быть иным, однако риск загрязнения всё равно остаётся. Если в исходной руде много свинца, это не так страшно, однако если использовалось сырьё с низким содержанием свинца, искажение результатов может быть значительным.
Авторы добавляют, что синайская медь именно такая — в ней мало свинца. Это значит, что изотопный анализ медных изделий нужно проводить с осторожностью. Быть может, эксперименты помогут выяснить, какие поправки ввести в процедуру, чтобы получать корректные результаты.
В интервью Жорж Верли говорит, что любит археометаллургию, потому что это способ узнать, как жили и чем занимались в Древнем Египте не какие-нибудь цари и вельможи, а «нормальные люди».
А еще потому, что «это весело». «А в конце, — говорит он, — вы понимаете, насколько древние египтяне были умны».
Автор текста — Александр Соколов. Источники.
Нравятся наши посты? Поддержите проект на Sponsr или Boosty и каждую неделю смотрите лекции и научные новости.
Вам также может быть интересно:
