Памятник царю, головоломка для ученых
В Дели, рядом с величественным минаретом Кутб-Минар, стоит себе скромный железный столб. Семь с лишним метров в высоту, шесть с половиной тонн веса — не то чтобы небоскреб, но для V века нашей эры — сооружение титаническое. На нем на чистом санскрите выведено, что поставили эту штуку в 415 году в честь императора Чандрагупты II, который как раз двумя годами ранее отправился в мир иной. «Царь Чандра, прекрасный, как полная луна, — гласит надпись, — достиг высшей власти в этом мире и возвел колонну в честь бога Вишну». Все бы ничего, обычная практика для древних правителей — увековечить себя в камне или металле. Вот только этот кусок металла, простояв под открытым небом Индии больше 1600 лет, упрямо отказывается ржаветь. Он видел смену династий, нашествия завоевателей, британское владычество и рождение современной Индии. А ему хоть бы хны. И это в делийском климате, где с июня по сентябрь льют муссонные дожди, и любая незащищенная железка превращается в труху за пару сезонов. Изначально этот артефакт вообще находился в другом месте, в храмовом комплексе Вишну в Матхуре, но в XI веке правитель Ананг Пола решил, что в столице такая диковинка будет смотреться лучше, и приказал перевезти ее в Дели. Как они тогда тащили эту махину, история умалчивает, но факт остается фактом: колонна переехала и продолжила свое вызывающее пренебрежение к законам химии.
Долгое время считалось, что если обнять столб, стоя к нему спиной, то сбудется любое желание. Толпы паломников и туристов полировали его своими руками и спинами, пока в 1997 году властям это не надоело, и они не окружили колонну изящной, но непреодолимой оградкой, положив конец этой народной забаве. Но главный вопрос остался: почему? Почему этот кусок железа, состоящий из металла на 99,72%, не поддается коррозии? Джавахарлал Неру в своей книге «Открытие Индии» писал: «Древняя Индия добилась, очевидно, больших успехов в обработке железа. Близ Дели высится огромная железная колонна, ставящая в тупик современных учёных, которые не могут определить способ её изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных явлений». И он был прав. Ученые уже почти два века бьются над этой загадкой, выдвигая одну теорию за другой, от вполне научных до откровенно фантастических.
Пришельцы, атланты и прочие небесные кузнецы
Когда наука пасует, на сцену выходят энтузиасты с горящими глазами. Конечно, проще всего списать все на зеленых человечков, которые прилетели, оставили землянам сувенир и улетели, посмеиваясь над нашими примитивными технологиями. Или на мифических атлантов, которые между делом, строя свои хрустальные города, баловались металлургией. Эти версии хороши всем, кроме одного — они не объясняют ровным счетом ничего. Немного более приземленной, но не менее популярной была гипотеза о метеоритном железе. Известно, что оно содержит никель и неплохо сопротивляется коррозии. Идея красивая, вот только химический анализ показал, что никеля в колонне практически нет. На этом теория о небесном подарке благополучно разваливается. К тому же, падение метеорита весом в шесть с половиной тонн оставило бы в исторических хрониках куда более яркий след, чем просто упоминание о постройке колонны. Дальше пошли разговоры о том, что древние индусы владели секретом производства сверхчистого, чуть ли не атомарного железа. Эта легенда была настолько живучей, что даже кочевала по учебникам металлургии. Но и тут мимо.
Последующие анализы показали, что материал колонны по чистоте не дотягивает даже до современного технического железа. В нем полно примесей, и, как выяснилось позже, именно в них-то и кроется весь секрет. Наконец, была версия о том, что колонну отлили целиком, из одного куска расплавленного металла. Это тоже выглядело как чудо, потому что для плавки такого количества железа нужна температура свыше 1500 градусов по Цельсию, а таких печей в V веке просто не существовало. Да и первые европейские исследователи, вроде британца Александра Каннингема, подлили масла в огонь, написав в своих отчетах, что колонна цельная, а ее высота и вовсе достигает 18 метров. Эти байки потом долго гуляли по миру, обрастая все новыми подробностями. Но при ближайшем рассмотрении на поверхности столба можно разглядеть едва заметные линии — следы сварки. Это навело ученых на мысль, что колонну не отливали, а ковали, соединяя отдельные куски раскаленного добела металла. Это уже не выглядело как магия, но требовало нечеловеческого труда и высочайшего мастерства. Так, отбросив инопланетян и волшебство, исследователи наконец подошли к разгадке, которая оказалась одновременно и проще, и сложнее, чем все мифы вместе взятые.
Секрет в грязи: фосфор, шлак и адский труд
Настоящая разгадка кроется не в небесах, а в земле, точнее — в той руде, из которой древние мастера добывали железо, и в той технологии, которую они использовали. В отличие от современного доменного процесса, где руду плавят до жидкого состояния, в древности использовали так называемый сыродутный процесс. Руду смешивали с древесным углем в глиняной печи и нагревали. Железо не плавилось, а восстанавливалось до тестообразного состояния, образуя пористый кусок металла, пропитанный шлаком — так называемую крицу. Эту крицу затем извлекали и долго и нудно проковывали молотами, выбивая из нее шлак и уплотняя металл. Ключевых моментов здесь два. Во-первых, в качестве топлива использовался древесный уголь, который практически не содержит серы — одного из главных врагов железа, ускоряющего коррозию. Во-вторых, руда, которую использовали в том регионе, была богата фосфором. В современном производстве фосфор считается вредной примесью, делающей сталь хрупкой, и от него старательно избавляются. Но древние металлурги, не зная химии, оставили его в металле. И этот «дефект» оказался гениальным решением. Именно высокое содержание фосфора и стало главным секретом долголетия колонны.
Как выяснил индийский металлург Рамамурти Баласубраманьям, фосфор в присутствии влаги и кислорода действует как катализатор, создавая на поверхности металла тончайшую, но очень прочную и плотную защитную пленку из соединений оксидов железа, водорода и фосфора. Эта пленка, толщиной в сотые доли миллиметра, намертво запечатывает металл, не давая ржавчине проникнуть вглубь. По сути, колонна сама себя «законсервировала». Процесс ковки тоже сыграл свою роль. Выбить весь шлак из криц было невозможно, и его микроскопические частицы остались в структуре металла. Эти неметаллические включения нарушают сплошность металлической поверхности, не давая коррозии распространяться равномерно, и служат дополнительными центрами для формирования той самой защитной пленки. Таким образом, колонну создавали поштучно, сваривая ковкой отдельные крицы весом по 20-30 килограммов. Это была титаническая работа, требовавшая слаженных действий целой армии кузнецов, которые на протяжении нескольких недель или даже месяцев молотили по раскаленному металлу, постепенно «собирая» из отдельных кусков семиметрового гиганта. Они не владели тайными знаниями атлантов, они просто в совершенстве освоили свое ремесло и использовали те материалы, что давала им природа. И в результате этого упорного труда, по сути, случайно, они создали нержавеющую сталь за полторы тысячи лет до ее официального изобретения.
Климат, боги и топленое масло
Хотя уникальный химический состав и является главным фактором, свою роль в сохранении колонны сыграли и другие обстоятельства. Первое и самое очевидное — это климат. Несмотря на сезон дождей, большую часть года воздух в Дели довольно сухой. Еще в 1950-х годах ученые провели эксперименты, которые показали, что критическая влажность, при которой сталь начинает активно ржаветь (около 70%), в Дели достигается лишь на несколько часов рано утром в период муссонов. В остальное время года колонна находится в абсолютно комфортных для себя условиях. Шведский металловед Йорген Вранглен подтвердил это, взяв несколько образцов металла с колонны и разместив их в Швеции — один на морском побережье, другой в промышленном районе. Оба образца очень быстро покрылись ржавчиной. Это доказывает, что само по себе железо колонны не является абсолютно неуязвимым, ему просто повезло с «местом жительства». Более того, подземная часть столба, которую откопали для исследований, была покрыта сантиметровым слоем ржавчины и испещрена язвами. Там, в постоянной влажности земли, никакая фосфорная пленка не спасла. Второе — это физика. Благодаря своей огромной массе и высокой теплопроводности, колонна очень медленно нагревается и остывает.
Это значит, что ее поверхность почти всегда немного теплее или холоднее окружающего воздуха, что препятствует образованию росы — главного поставщика влаги для запуска процесса коррозии. Пока на траве вокруг блестят капли утренней росы, столб остается сухим. И, наконец, третий, совершенно неожиданный фактор — это люди. На протяжении столетий колонна была объектом религиозного поклонения. Существовала традиция умащивать ее ритуальными маслами и благовониями (в частности, топленым маслом гхи). А позже, когда родилось поверье об исполнении желаний, тысячи людей ежедневно обнимали и терли ее, оставляя на поверхности тонкий слой жира и пота. За сотни лет эта органическая пленка въелась в микропоры металла, создав дополнительный защитный барьер, который отталкивал воду. Получился парадокс: пытаясь получить от столба удачу, люди, сами того не зная, продлевали ему жизнь. И когда в 1997 году вокруг колонны поставили ограду, чтобы защитить ее от вандализма, ее, по сути, лишили одного из защитных механизмов. Так что долголетие делийского чуда — это результат счастливого стечения множества обстоятельств: уникальной руды, гениальной интуиции древних мастеров, сухого климата и даже религиозных ритуалов.
Урок из прошлого или случайная удача?
Так был ли этот поразительный результат — создание практически вечного металла — сознательным достижением древних индийских металлургов, или им просто повезло? Скорее всего, истина где-то посередине. Мастера Гуптской империи, несомненно, были виртуозами своего дела. Они довели технологию сыродутного процесса до совершенства и умели делать железо высочайшего качества. Они знали, какую руду брать, какой уголь использовать, как ковать, чтобы получить прочный и долговечный металл. Но вряд ли они понимали сложную электрохимию коррозии и роль фосфора в пассивации поверхности. Они действовали эмпирически, методом проб и ошибок, передавая секреты из поколения в поколение. Они знали, как сделать хорошо, но не знали, почему это хорошо работает. Их успех был результатом не столько научного знания, сколько ремесленной интуиции и вековых традиций. Важно и то, что Делийская колонна — не единственный подобный артефакт. В индийском городе Дхар были найдены фрагменты другой железной колонны, созданной в III веке, которая изначально была почти вдвое выше делийской. К сожалению, она не сохранилась целиком, но ее химический состав очень похож. Это говорит о том, что технология была не уникальной, а вполне распространенной для своего времени и места. Древние индийские кузнецы умели делать это серийно. Самое ироничное в этой истории то, что современная наука, по сути, переоткрыла их «случайное» изобретение.
В 1930-х годах в США была запатентована так называемая кортеновская сталь — атмосферостойкая сталь, которая, подобно Делийской колонне, покрывается защитной пленкой ржавчины и не требует покраски. И один из ключевых легирующих элементов в ней — тот самый фосфор, который в обычной металлургии считается вредной примесью. Из этой стали сегодня строят мосты, делают фасады зданий и скульптуры. Получается, что древние мастера, не имея ни спектрометров, ни электронных микроскопов, наткнулись на принцип, до которого инженеры XX века дошли путем долгих научных изысканий. Делийская колонна стоит как немой укор нашей технологической спеси, напоминая о том, что иногда величайшие открытия делаются не благодаря сложным теориям, а в результате тяжелого труда, наблюдательности и удачного стечения обстоятельств.
