История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 1

2.1. Источники знаний о химических навыках древнего человека

Проследить возникновение химии на заре цивилизации представляется весьма нелегкой задачей. Древняя история любой науки сводится к сумме обособленных сведений, ссылкам на достигнутый в те времена технический прогресс и не может являть собой целостного изложения. Систематизация фактов, относящихся к истории химии, возможна лишь тогда, когда существенную роль начинает играть общая теория, оказывающая влияние на последующую эволюцию химических знаний. Для химии тех далеких времен однозначно еще не решен вопрос: была ли она искусством или наукой.

Сотни тысяч лет назад в эпоху палеолита человек впервые создал искусственные орудия труда. Сначала он использовал только те материалы, которые находил в природе — камни, дерево, кости, шкуры животных. Он научился их обрабатывать, придавать нужную форму. Однако после такой механической обработки камень все еще оставался камнем, а дерево — деревом{11}.

Прежде чем приступить к рассмотрению уровня химических знаний древнего человека, целесообразно сопоставить важнейшие источники, содержащие сведения о химических ремеслах до нашей эры. Одним из основных источников наших представлений об укладе жизни доисторических людей являются материальные памятники, найденные во время археологических раскопок. На основании научного анализа обнаруженных ими при раскопках предметов ученые воссоздали довольно подробную картину образа жизни и характера труда древних племен и народов. Изучение инструментов, оружия, керамических и стеклянных сосудов, украшений, остатков каменных стен, фрагментов их росписи, отдельных кусков мозаики позволяет сделать важные выводы о характере развития химических ремесел. Таким образом, можно понять, какие из химических процессов наиболее широко использовались в то время для получения разнообразных веществ, необходимых для жизни людей.

В 1872 г. неподалеку от египетского города Фивы был найден папирус, возраст которого составил, по мнению ученых, тридцать шесть веков. По имени расшифровавшего текст известного немецкого египтолога Георга Эберса он был назван папирусом Эберса и отдан на хранение в библиотеку Лейпцигского университета. В этом документе собраны многочисленные фармацевтические и медицинские рецепты Древнего Египта. Примерно на два столетия меньше возраст найденного при раскопках в столице Древнего Египта Мемфисе «папируса Бругша». Его содержание также составляют фармацевтические и медицинские рецепты.

Фрагмент Лейденского папируса 

Чрезвычайно важными письменными источниками сведений о состоянии химических ремесел в древнем мире стали еще два папируса, найденные в 1828 г. при раскопках в Фивах. По местоположению библиотек, в которые они затем были помещены на хранение, эти папирусы получили названия «Лейденский» и «Стокгольмский». В них приведены многочисленные сведения об известных в древности веществах, способах их получения и выделения. Эти манускрипты являются менее древними, чем папирусы Эберса и Бругша: они датируются началом нашей эры. Тем не менее, анализ их содержания позволяет предположить, что приведенные в них рецепты были созданы на основе тысячелетней традиции развития химических ремесел. Такой вывод можно сделать с учетом общеисторического подхода к процессу развития ремесленного и промышленного производства. В древние времена существовала многовековая традиция сохранения тайны «производственных секретов», согласно которой многие практические навыки передавали из поколения в поколение, тщательно скрывая их от посторонних и непосвященных. Эти правила были нарушены лишь в XVIII в. и особенно в XIX–XX вв., что, в первую очередь, было обусловлено началом технической революции и возникновением научного естествознания.

Весьма интересную информацию можно почерпнуть из сочинений великих врачей Древнего Египта и античности:

— «папируса Эдвина Смита», фундаментального медицинского исследования, которое хотя и относится к 1700–1550 гг. до н.э., но основано на материалах, известных с Древнего или даже Раннего царства;

— Эмпедокла (V в. до н.э.; его труды сохранились лишь в виде фрагментов);

— Гиппократа (III в. до н.э.);

— Галена (II в. н.э.).

В этих манускриптах обсуждались, главным образом, вопросы медицины и фармации. Неудивительно, что при этом рассматривались и тесно связанные с медицинской практикой достижения химиков-практиков (аптекарей), занимавшихся приготовлением лекарственных и косметических препаратов. Развитие медицины, химии и фармации не только в древности, но и в Средние века, а также в эпоху Возрождения были тесно связаны друг с другом. Вплоть до XVIII в. химия и врачебное искусство соприкасались настолько тесно, что нередко знаменитые целители и аптекари одновременно были и выдающимися химиками.

Необходимо упомянуть некоторые другие важные письменные источники, донесшие до нашего времени главным образом сведения о теоретических

представлениях в древности. Безусловно, это Библия, «Илиада» и «Одиссея» Гомера, а также некоторые фрагменты сочинений древнегреческих философов. Среди наследия античной философии особо следует выделить сохранившиеся отрывки из диалога Платона «Тимей», сочинения Аристотеля «О небе» и «О возникновении и уничтожении», а также книгу Теофраста «О минералах».

Из древнеримского периода до нашего времени уцелели два труда «Естественная история» знаменитого ученого Плиния Старшего и трактат Диоскорида «О лекарственных средствах», в которых подробно и очень интересно (хотя и не без ошибок) изложены не только представления античных философов о составе и свойствах веществ, но и многочисленные рецепты получения различных соединений и препаратов.

Плиний Старший (23–79 гг. н.э.) 

2.2. Покорение огня

Возможность осуществлять химические превращения некоторых веществ первобытные люди получили лишь тогда, когда научились разводить и поддерживать огонь. Следовательно, процесс горения явился первым химическим превращением, сознательно и целенаправленно используемым человеком в повседневной практике. Для первобытных людей огонь стал универсальным средством защиты от хищных зверей, холода и темноты и, что особенно важно, оказался необходимым средством труда. Согласно замечательному определению Карла Маркса, средство труда есть вещь или комплекс вещей, которые человек помещает между собой и предметом труда и которые служат для него в качестве проводника его воздействий на этот предмет. «Укротить» огонь удалось лишь после того, как человек научился самостоятельно его добывать. Остроумные приспособления, предназначенные для сохранения и получения огня, накапливались и усовершенствовались в течение нескольких тысячелетий. Этот процесс продолжался вплоть до второй половины XIX столетия, до изобретения спичек и первой зажигалки, и был направлен на достижение одной цели — сделать существование человека менее зависимым от господства природных стихий, превратить огонь во всеобщее средство труда. Таким образом, горение стало тем первым природным процессом, овладение которым оказало решающее влияние на всю последующую историю цивилизации, и по меткому выражению Ф. Энгельса, «окончательно отделило человека от животного царства».

Зависимость от огня самого человеческого существования древними народами ощущалась настолько, что у многих племен наблюдался его культ: либо сам огонь почитали как божество (огнепоклонники древней Персии, Сварогбог огня славян-язычников), либо возникали легенды о даровании огня людям богами или эпическими героями (древнегреческий миф о Прометее).

Человечество еще находилось в каменном веке, когда — около 8000 лет до н.э. — произошла так называемая неолитическая революция, связанная с коренным изменением в способе добывания пищи. Сначала человек стал разводить животных, а несколько позднее — выращивать растения. Создание нового, принципиально иного способа хозяйствования было длительным и сложным процессом, который проходил самостоятельно и независимо только в нескольких точках земного шара. Одним из древнейших центров возникновения земледелия и скотоводства являлся регион «Плодородного полумесяца» (Ближний Восток). «Плодородный полумесяц», бассейн Средиземного и Черного морей, некоторые районы современной Турции в различные периоды данного временного отрезка предоставляли наилучшие условия для эволюции людей. Именно в этих регионах человек осуществил самостоятельно, без всякого влияния извне, переход к новому экономическому укладу и новому образу жизни в течение IX–VII тыс. до н.э. Распространение земледелия заставило человека перейти от кочевого образа жизни к оседлому; возникли постоянные поселения и первые города.

По мере накопления знаний о свойствах огня в различных районах земного шара первобытные люди усмотрели новые возможности его использования, осознали его важнейшее значение для совершенствования техники и условий жизни.

Уместно привести хотя бы неполный список химических ремесел, известных с глубокой древности, для которых было необходимо использование огня, главным образом, как источника энергии. Прежде всего, это — крашение, мыловарение, получение клея, скипидара, выделение древесной смолы и масел из семян различных масличных растений. Не менее важную роль огонь играл в процессе изготовления пива, получения сажи (важнейшего компонента красок и чернил) и других красителей, а также некоторых лекарственных препаратов. Например, знаменитую синюю египетскую краску готовили сплавлением в глиняных сосудах песка, соды и медных стружек. Таким образом, огонь, оказавшись в руках человека, породил немало разнообразных ремесел, многие из которых явились по существу первым опытом химического производства{12}.

Древние племена стали использовать огонь для получения важнейших предметов обихода, в первую очередь, посуды. Зарождение гончарного производства стимулировало широкое применение первобытным человеком еще одного природного сырья — различных сортов глины. Первые глиняные фигурки датируются временами палеолита (около 27 тыс. лет до н.э.). Несколько позднее появляются глиняные сосуды для хранения воды и продуктов питания. Примерно в это же время возникает новая отрасль техники того времени — обжиг, создается гончарное производство, способное удовлетворить потребности первобытных людей в керамических сосудах и иных изделиях, предназначенных для сбора, хранения и перевозки воды и продуктов питания. Сосуды из древесины и кожи, применявшиеся до керамических, нельзя было подвергать нагреванию, поэтому использование сосудов из обожженной глины оказало огромное влияние на эволюцию человечества в целом, существенным образом раздвинув границы применения огня в технике и повседневной жизни.

Керамические изделия эпохи неолита, созданные в разных частях Земли, очень похожи. Они еще достаточно несовершенные, большей частью открытых форм, с толстыми стенками, сохранившие следы пальцев древних ваятелей. В позднем палеолите появляются сосуды с плоским дном, их начинают украшать вылепленным орнаментом; керамика, произведенная в разных местах, обретает самобытность форм и орнаментов.

Тонкостенный глазурованный сосуд из высококачественной белой глины — каолина. Китай. Середина II тыс. до н.э.

В VI тыс. до н.э. в ряде регионов (Средняя Месопотамия, побережье Эгейского моря) ремесленники переходят к производству расписной керамики. Появляется лощеная керамика прекрасного качества (коричневых и красных или строго черных тонов). В этот же период при помощи обжига начинают производить не только посуду, но и кирпичи — ценный строительный материал. Человек получил возможность создавать прочное долговременное жилье даже в безлесных районах, причем эти дома были в гораздо меньшей степени подвержены опасности возникновения пожаров.

Обожженная керамика использовалась также для отделки зданий. Прекрасным примером подобного рода прикладного искусства можно считать ворота Иштар в Вавилоне (см. цветную вклейку). В городах Хараппской цивилизации (долина реки Инд) кирпичные плитки использовали для мощения полов. В Вавилоне примерно в VI в. до н.э. искусство обжига кирпича достигло очень высокого уровня — в берлинском музее «Пергамон» хранятся образцы покрытий мостовых Вавилона, которые поражают воображение посетителей не только прочностью материала и качеством обработки, но и цветовой гаммой глазури{13}.

Глина стала одним из первых природных материалов, с помощью которых человек реализовывал свои художественные замыслы. Древние скульпторы совершенствовали свое мастерство в изготовлении фигурок животных и человека. Керамические статуэтки девушек-кор, относящиеся к крито-микенской культуре[2], пленяют своим изяществом.

В бронзовом веке в государствах Междуречья и Египта ремесленники изобрели гончарный круг; после его внедрения изготовление керамики становится наследственной профессией. Примерно в тот же период происходит еще одно существенное усовершенствование в технологии гончарного производства: древние мастера начинают использовать глазурь (бесцветную или окрашенную) — стекловидное защитно-декоративное покрытие на керамике, которое закрепляется обжигом. Благодаря глазури пористые сосуды становились водонепроницаемыми, а разнообразные цвета и украшения превращали керамические изделия в подлинные произведения искусства. В Китае, благодаря использованию качественной белой глины — каолина, уже во II–I тыс. до н.э. производили тонкостенную глазурованную посуду. В Древнем Египте во II тыс. до н.э. появляется фаянс.

Использование устойчивых к нагреванию сосудов позволяло не только готовить более вкусную пищу, но и консервировать ее путем упаривания. Применение различных методов термического воздействия на пищевые продукты помогло уже в древности сделать ценные наблюдения и важные практические открытия. Особо следует отметить выделение жира, получение травяных настоев и отваров, упаривание растворов, экстракцию целебных и ядовитых веществ из соков растений. В результате использования химических реакций с участием продуктов, выделяемых из веществ растительного и животного происхождения, была усовершенствована технология выделки шкур животных, появилась возможность придавать им мягкость и эластичность, предотвращать гниение.

Наблюдения за изменением свойств жиров и масел при нагревании оказали большое влияние на развитие способов освещения. Открытое пламя костра и горящую лучину сменили факелы и масляные светильники. Только после этого стала возможна постоянная работа в темных закрытых помещениях, например, в шахтах и штольнях, пробитых в горах для добычи полезных ископаемых. На протяжении нескольких тысячелетий вплоть до второй половины XIX в. сжигание растительных масел и животных жиров оставалось основой разнообразных осветительных устройств.

Все приведенные факты подтверждают, что естественнонаучная деятельность человека зародилась не в момент появления первых теорий, а в гораздо более раннем периоде. Зачатки научных знаний возникли уже тогда, когда первобытные люди стали осмысленно и целенаправленно применять химические и технологические процессы, которые могли изменять свойства веществ, с целью получения продуктов, необходимых для их жизнедеятельности. Овладение огнем позволило перейти от использования материалов, предоставляемых средой обитания, к первым попыткам осознанного выделения и синтеза веществ, и поставило качество жизни древнего человека на совершенно другой уровень, послужило мощным стимулом для последующего развития не только сфер науки и материального производства, но и всей человеческой цивилизации.

2.3. Эра металлов

2.3.1. Медь и бронза

Накопление и систематизация наблюдений за процессами обжига привели к совершенствованию конструкций печей, что способствовало развитию методов регулировки силы пламени и достижению более высоких температур. Последние обстоятельства повлекли за собой чрезвычайно важные последствия — они позволили совершить еще один революционный скачок в эволюции человечества — перейти к использованию нового вида минерального сырья — металлов. Чтобы обозначить важность этого этапа в истории человечества, его выделяют в особый период, который называется энеолитом, халколитом или каменно-медным веком. Для него характерно появление первых медных изделий на фоне преобладающего использования каменных орудий труда.

Первыми металлами, которые в различных целях стали применять древние люди, были самородные медь и золото. Знакомство древнего человека с металлами произошло, по всей видимости, случайно в процессе поиска минералов, подходящих для изготовления каменных орудий. В первую очередь люди натолкнулись на медные самородки, которые более распространены в природе по сравнению с золотыми или серебряными{14}. Сначала эти металлы применяли для создания украшений, то что медь и золото обладают пластичностью и ковкостью, скорее всего, было обнаружено совершенно случайно. Поэтому самой ранней формой обработки самородных металлов, которая, по мнению некоторых историков, возникла уже в IX–VIII тыс. до н.э. (т.е., в самом начале процесса перехода к оседлости), закономерно стала холодная ковка. Древнейшими из металлических изделий (приблизительно 8500 лет до н.э.) считают медные подвески, найденные на территории северного Ирака. Для сравнения: самые древние золотые украшения, относящиеся лишь к VII тыс. до н.э., были обнаружены в Болгарии (Варненский некрополь и поселение Дуранкулак). Археологические раскопки последних лет доказывают, что изделиями из самородной меди 8 тыс. лет назад пользовались обитатели древнего города Чатал-Гуюк (Западная Анатолия, Турция){15}.

Однако металлы еще не могли получить сколько-нибудь заметного практического применения: самородки были малы, а сковать их вместе без разогрева было невозможно. Как свидетельствуют археологи, первым металлом, который стали выплавлять древние люди, оказался свинец. При раскопках в Чатал-Гуюке были найдены свинцовые бусины, датируемые примерно VI тыс. до н.э. Фактически начало веку меди положило освоение людьми техники горячей ковки и литья, которому во многом способствовало распространение и усовершенствование гончарного производства: печи и керамические формы для отливки дали возможность взяться за опыты с медью уже всерьез. Произошло это на Ближнем Востоке примерно в VII–VI тыс. до н.э., а в Европе и Китае лишь 3000 лет спустя. Самым древним изделием из литой меди (VI тыс. до н.э.) считается верхняя часть жезла или булавы, найденная в поселении Кан-Хасан (Турция).

Литье в высшей степени упрощало процесс получения готового изделия, а медный топор только за счет своей большей массы ускорял процесс рубки дерева втрое. Однако распространению медных орудий на данном этапе еще препятствовали как трудность отыскания самородков, так и крайняя мягкость меди, значительно ограничивающая ее применение при обработке других материалов. Некоторые историки считают, что металлургия меди не повлекла за собой коренных изменений в образе жизни людей, так как медные орудия не только никогда не вытесняли полностью каменных, но и уступали им во многих отношениях, имея решительное преимущество лишь в технологичности. Более того, запасы самородной меди стремительно истощались.

Следующий этап развития технологий наступил на рубеже VII–VI тыс. до н.э., когда была открыта возможность получения металлов из руды. О том, как человек от использования самородной меди перешел к ее выплавке, до сих пор не существует единого мнения. Возможность получения меди из руды около 6000 лет до н.э.

к настоящему времени доказана результатами находок археологов при раскопках в Чатал-Гуюке, на Синайском полуострове и в горных областях Шумера (современный Ирак). Ранняя технология получения меди была основана на использовании таких ее соединений, как малахит и азурит.

Ранее высказывалось мнение, что впервые медь из руды получили случайно при помощи обычного костра. Более поздние исследования опровергают эту гипотезу. Как показали эксперименты, выплавить медь из азурита или малахита можно только в печах, поскольку в этом случае удается достичь температуры, необходимой для восстановительной плавки руды{16}.

Наблюдая за горением древесины в печах различных типов, древние металлурги разработали метод получения древесного угля. Его использование позволило осуществлять нагрев до высоких температур, при которых плавились медь и даже железо. Однако применение древесного угля стало плодотворным лишь после осознания роли воздуха в процессе горения и достижения высокого уровня развития техники обжига. В результате многовекового опыта работы с печами для обжига человек научился подбирать и использовать горючие и огнеупорные материалы, а также создал устройства для принудительной подачи воздуха. Использование древесного угля и кузнечных мехов позволили уже в те далекие времена создать основы металлургической техники, которая вплоть до середины XVIII в. изменялась очень незначительно, за исключением постоянно возрастающих объемов производства.

В горизонтах многослойного поселения Чатал-Гуюк, датированных 6400–5700 гг. до н.э., были найдены различные мелкие металлические украшения: медные бусины, трубочки, колечки, а также мелкие изделия из свинца{17}.

Несмотря на существующие различия во мнениях, достаточно большое число историков склоняются к утверждению, что колыбелью цветной металлургии следует считать древние поселения в Западной Анатолии (современная Турция){18}.

Принципиальная схема печей древних металлургов, использовавшихся для выплавки меди и бронзы 

Горы в этой части Малой Азии обладали богатыми залежами меди и олова{19}. Медь также добывали на Кипре, Крите, в Египте, в пустыне Негев (Израиль), Иране и по побережью Персидского залива. Добыча медной руды всегда была весьма трудоемким процессом. В определенном смысле это обусловлено условиями залегания медных руд. C одной стороны, выходы меднорудных жил на поверхность холмов способствовали первому знакомству человека с этими минералами. Под действием потоков воды естественным образом обнажались залежи медьсодержащих минералов, которые было не трудно заметить, поэтому древние медные рудники устраивали на склонах: сбегающие с вершин холмов после дождя ручьи размывали пустую породу, что облегчало добычу медной руды (см. цветную вклейку).

Сухопутными и морскими торговыми путями драгоценную медь ввозили на территорию древнейших государств Египта и Месопотамии. C этого времени медь стала вполне доступным материалом для изготовления оружия, орудий труда и предметов домашнего обихода: медная сковорода, найденная в древнеегипетском захоронении, датируется 3200 г. до н.э.{20}

Вполне обоснованным следует считать мнение некоторых историков о том, что использование медных орудий труда не слишком заметно повлияло на общий уровень развития цивилизации, в его пользу свидетельствуют результаты экспериментов по реконструкции некоторых технологических приемов древних ремесленников.

Как известно, величественные египетские пирамиды считаются одним из семи чудес света. Создание подобных грандиозных архитектурных памятников в эпоху достаточно примитивных технологий порой порождает домыслы о вмешательстве инопланетного разума. Самую большую из египетских пирамид — пирамиду Хеопса (Хуфу) египтяне возвели в XXVII в. до н.э., когда медь еще только начинала уступать свои позиции бронзе. В 2001 г. группа американских ученых поставила эксперимент, целью которого было доказать, что египтяне, вооруженные только медными орудиями для обработки камня, действительно были способны построить эти гигантские сооружения. Была предпринята попытка реконструкции технических приемов, которые могли применять египтяне, чтобы выпиливать каменные блоки для строительства пирамид. Для обработки природного розового гранита применяли четырнадцатикилограммовые медные пилы длиной 1,8 м, шириной 15 см и толщиной 6 мм. В качестве абразивного материала использовали сухой и влажный кварцевый песок. Результаты экспериментов показали, что скорость стачивания гранита была в четыре раза выше, чем скорость деградации медных пил. При этом распил имел клиновидный профиль, по форме и размерам очень похожий на следы, которые видны на гранитных блоках саркофага фараона Джедефра (IX Династия), хранящегося в Каирском Музее.

Основные центры возникновения технологии выплавки меди

Получение металлов из руды и древесного угля в яме. Воздух вдувается кузнечными мехами. Древнеегипетское изображение 

Приведенный пример еще раз красноречиво свидетельствует о том, что наши представления об уровне развития ремесленного производства и общем объеме естественнонаучных знаний в эпоху Древнего мира весьма фрагментарны, нуждаются в постоянном пополнении и уточнении.

Примерно в середине IV тыс. до н.э. человечество вступило в новую продолжительную эпоху — бронзовый век. Именно к этому периоду относят появление первых бронзовых изделий, найденные при раскопках поселений, относящихся к так называемой майкопской культуре (Северный Кавказ, Россия). Как считают некоторые специалисты по истории Древнего мира, именно отсюда технология бронзы быстро распространилась по всему Ближнему Востоку, а несколько позднее достигла поселений, расположенных в долине Инда. В древнем Китае первые бронзовые изделия появились примерно 4100 лет назад. Несмотря на то что хронология весьма приблизительная, бронзовый век обычно делят на три периода: ранний (3500–2000 лет до н.э.), средний (2000–1500 лет до н.э.) и поздний (1500–1200 лет до н.э.).

Схема, иллюстрирующая эксперимент по реконструкции условий обработки каменных блоков с помощью медных орудий труда:

1 — гранитные пилы распиливали медными пилами с ходом 115 см с использованием песка в качестве абразивного материала; 2 — деревянные ручки для двух рабочих, по одному с каждой стороны; 3 — каменные гири, прикрепленные к пиле с каждой стороны (общей массой до 32 кг); 4 — блок розового гранита длиной 95 см; 5 — порошок из мелких частичек меди, гранита и песка 

Открытие технологии выплавки бронзы, несомненно, было случайным событием, поскольку металлургия чистых металлов (мышьяк и олово), используемых в качестве добавок к меди, древним людям не была известна. Подтверждением данного постулата служит и тот факт, что первые бронзовые изделия были выполнены из сплава меди и мышьяка с содержанием последнего до 7% по массе. Археологические раскопки показали, что медная руда, используемая в тот период, была в значительной мере обогащена соединениями мышьяка, поэтому мышьяковистую бронзу можно было легко получить непосредственным сплавлением природного сырья. В Альпах, на границе Австрии и Швейцарии, в леднике были найдены хорошо сохранившиеся останки мужчины (Oetzi the Iceman); при нем был найден топор, изготовленный из меди чистотой 99,7%. Повышенное содержание мышьяка в волосах этого древнего человека позволяет предположить, что он был причастен к процессу выплавки меди. Случайно или в результате осмысленных наблюдений древние металлурги пришли к заключению, что добавка к меди другого металла приводит к повышению твердости сплава, снижает температуру плавления (приблизительно на 100 градусов) и облегчает разливку расплава в заготовленные изложницы вследствие снижения его вязкости.

Период использования мышьяковистой бронзы оказался сравнительно коротким. По всей видимости, древние металлурги убедились, что пары, образующиеся в процессе изготовления этого сплава, являются смертельно ядовитыми. К началу III тыс. до н.э. наблюдается повсеместное вытеснение сплавов меди и мышьяка оловянной бронзой. Производители убедились, что добавление олова в количестве 10% по массе является практически идеальным вариантом при изготовлении сплавов на основе меди. Наиболее древние изделия из оловянной бронзы были обнаружены в гробнице египетского фараона Итети, который правил в XXX в. до н.э.{21} В качестве основной руды, содержащей олово, использовали касситерит. Оловянная бронза обладала рядом существенных достоинств по сравнению с мышьяковистой:

— она была более твердой, но при этом менее хрупкой;

— ее можно было закалять при охлаждении;

— при последующей ковке ее механические свойства заметно улучшались;

— при отливке изделий снизилась вероятность образования раковин;

— технология изготовления стала относительно безопасной.

В более поздний период в Средиземноморье возникает технология еще одного сплава на основе меди — латуни. Благодаря своему красивому золотистому цвету этот сплав получил достаточно широкое распространение в Древней Греции и Риме.

Бронзовые изделия, найденные во время археологических раскопок на территории Румынии

Лошадка. Поздний бронзовый век (около XIV в. до н.э.). Найдена при раскопках в г. Мцхета (Грузия) 

Обработка меди и бронзы прошла эволюцию от холодной ковки металла до литья в двустворчатых каменных формах. Бронза стала основным материалом для изготовления орудий труда, оружия и предметов обихода. Использование бронзы привело к появлению новых видов орудий труда и оружия: впервые появились прямые длинные мечи. Причем в Китае, где бронза стоила дешево, изготовление оружия из нее продолжалось даже во II в. н.э., — т.е. уже в эпоху широкого распространения железных орудий. Бронзовый клинок был легче и острее железного, хотя из-за меньшей, чем у стали, твердости рубящей кромки не годился для поражения железных доспехов и фехтования против железного меча.

Широкое использование бронзы выявило множество преимуществ, среди которых наиболее весомыми были возможность многократного использования металла, а также быстрота и легкость его обработки (см. цветную вклейку). Наступление бронзового века, сменившего энеолит, привело к заметному росту производительности труда. Этот период в истории человечества ознаменовался распадом первобытнообщинного строя и возникновением в некоторых районах Земли рабовладельческих государств. По мнению некоторых историков, одним из наиболее известных событий бронзового века, подробно описанных в мировой литературе, следует считать многолетнюю осаду и гибель Трои{22}.

Основной причиной, по которой бронза так и не смогла полностью вытеснить из употребления каменные орудия и оружие была прежде всего высокая себестоимость ее производства: необходимые для изготовления бронзы медные руды встречаются несравненно реже железных, а олово было остродефицитным материалом еще в глубокой древности — финикийцы плавали за ним к берегам туманного Альбиона. Результаты анализа некоторых бронзовых изделий, найденных при раскопках в бассейне Средиземного моря, однозначно свидетельствуют, что находящееся в этих образцах олово по изотопному составу идентично оловянной руде, добываемой в Великобритании.

Как уже говорилось выше, первоначально древние металлурги эксплуатировали только выходы рудных пластов на поверхность главным образом на склонах гор. Но жила уходила вглубь, и, чтобы добраться до нее, возникала необходимость строить глубокие колодцы. Рудокопам приходилось решать задачи по укреплению сводов деревом, созданию искусственного освещения, подъему добытой руды на поверхность. В горном деле стали использоваться первые механизмы — «журавли» и вороты. Ранние рудники колодезного типа возникли кое-где еще в эпоху варварства. Создавались и обслуживались они небольшими артелями земледельцев, работавших в них в свободное время. C возникновением государств появились и огромные (по тем временам, естественно) карьеры, разработки в которых осуществлялись силами тысяч рабов. Но даже такое количество работников ничего не могли сделать, когда жила уходила в землю на десятки метров. В I тыс. до н.э. в наиболее развитых государствах для добычи медной руды появились уже настоящие шахты: со стволами, уровнями, вагонетками и водоподъемными механизмами.

Дефицит медной и, главным образом, оловянной руд в итоге приводил к тому, что бронзовая индустрия развивалась только у цивилизованных народов. Сырье, необходимое для получения бронзы в количестве, достаточном для изготовления орудий труда и массового вооружения армии, можно было добыть только в рудниках, либо получить в результате обмена. Бесперебойное производство бронзы способствовало развитию товарообмена между различными государствами. При этом отмечается существенный прогресс в кораблестроении и мореходстве, поскольку основные торговые пути пролегали через Средиземное море. Более того, некоторые племена и народы, например, финикийцы или жители острова Крит в эпоху кносской культуры, сделали резкий рывок в своем развитии исключительно за счет торговли. Считается, что бронзовая культура критян возвысилась за счет экспорта медной руды и древесного угля, а позднее еще и обеспечивала безопасность торговых путей. Создав большой флот, критяне подчинили себе ряд островов Эгейского моря. Широкие торговые и дипломатические связи с Египтом и государствами Передней Азии обеспечили Криту первенство в Эгейском бассейне. Морское владычество (талассократия) критян этого времени сохранялось в памяти греков много веков спустя.

Разновидности прямых бронзовых мечей. Поздний бронзовый век 

Рекордный по тем временам показатель производства бронзы на душу населения, около 300 граммов в год, ученые отмечают в Вавилоне (притом, что в самом Междуречье не было существенных запасов ни оловянных, ни медных руд). В Египте же производство этого металла составляло всего порядка 50 граммов в год на одного жителя. Племена, находившиеся на более низких ступенях развития, редко могли располагать бронзой в достаточном количестве, за исключением тех случаев, когда территория их обитания была богата всеми необходимыми для производства этого сплава ресурсами, как это имело место в Скандинавии. Либо, как в случае скифов, племена поддерживали постоянные экономические контакты с греческими поселениями на побережье Черного моря. Историки считают, что пребывание какого-либо народа в эпохе бронзы подразумевает наличие среди археологических находок бронзовых изделий культового назначения или оружия (см. карту на цветной вклейке). Даже строительство хорошо оснащенных шахт не снимало проблему дефицита бронзы, поскольку у народов, располагающих такими возможностями, и потребности в металле были очень высокие. Удовлетворить их могло только в 15 раз более распространенное, чем медь, железо. Быстрое истощение доступных запасов меди и олова ускоряло переход к новому этапу металлургии.

Закату бронзового века способствовало и еще одно обстоятельство. Многие высокоразвитые культуры в этот период оказались стертыми с лица Земли либо в результате грандиозных стихийных катастроф, либо под ударами более воинственных и менее цивилизованных соседних племен — «народов моря»[3]. Около 1470 г. до н.э. тектоническая катастрофа на острове Фера повлекла за собой череду губительных землетрясений на Крите. Разрушение городов и деревень, гибель населения и флота — все эти обстоятельства определили запустение острова и гибель кносской культуры острова Крит. Началом переселения, ставшего важнейшим рубежом в истории Южной Европы и Ближнего Востока, послужила экспансия индоевропейцев, населявших бассейн Верхнего и Среднего Дуная. В первой половине XIII в. до н.э. по неизвестным причинам они внезапно двинулись на юго-запад в направлении Балканского, Апеннинского и Пиренейского полуостровов, вызывая «по цепочке» новые и новые перемещения племен. Одним из последствий такого переселения народов явился заметный упадок экономики и культуры. В цветущих и преуспевающих городах Восточного Средиземноморья практически в течение нескольких десятилетий воцарились хаос и разрушения. Все это привело к тому, что в налаженной системе торговых отношений, обеспечивающих бесперебойную поставку сырья для производства бронзы, выпали звенья, которые играли весьма существенную роль{23}. Цивилизации, зависящие главным образом от привозного сырья, были поставлены перед проблемой прекращения производства этих сплавов. Древние металлурги вынуждены были озаботиться поиском новых материалов и технологий для производства оружия и орудий труда.

2.3.2. Железо и сталь

Еще один скачкообразный рывок в развитии цивилизации связан с открытием технологии получения железа. Термин «железный век» был введен в науку около середины XIX в. датским археологом К.Ю. Томсеном. Этот металл был известен человеку с древнейших времен. Археологические раскопки выявляют изделия из железа, датируемые примерно IV тыс. до н.э. и относящиеся к древнеегипетской и древнешумерской цивилизациям. Поделки из железа того времени представляют собой главным образом наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, а точнее — сплав железа и никеля, из которого состоят эти небесные тела. Упоминание о неземном происхождении железа осталось во многих языках. Например, древнеегипетское название «бенипет» означает «небесное железо», а древнегреческое слово «sideros» связывают с латинским «sidus» (родительный падеж sideris) — «звезда, небесное тело». Хеттские тексты XIV в. до н.э. упоминают о железе как о металле, упавшем с неба. В хеттском захоронении, относящемся приблизительно к XXV в. до н.э., был найден железный кинжал с бронзовым эфесом. Недавно было подсчитано, что на территории Древнего Ближнего Востока могло находиться до 1 млн. тонн железных метеоритов{24}.

Самым древним из известных образцов железа, полученных восстановлением из оксидов, можно считать маленький слиток, найденный при раскопках на Синайском полуострове, поблизости от печей для выплавки меди. Его возраст — около 5000 лет. Оксиды железа использовали в качестве флюса при выплавке меди и бронзы. Возможно, что подобные слитки могли образоваться как побочные продукты. В начале II тыс. до н.э. в Месопотамии, Анатолии и Египте появляются первые предметы, изготовленные из переплавленного железа, что можно констатировать по отсутствию никеля в составе сплава. Тем не менее, железо использовалось в основном в культовых предметах. Вероятно, железо в те времена было очень дорогим — более дорогим, чем золото. Можно сослаться на древние тексты, в которых указывается, что хетты, поставляя железо ассирийцам, обменивали его на серебро в соотношении один к сорока по массе. В Древней Греции оружие было в основном бронзовым, однако в 23-й песне «Илиады» рассказывается, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска.

Большинство историков склоняются к мнению, что секрет плавки железа был открыт примерно в 1600–1500 гг. до н.э. в Малой Азии. Согласно одному из наиболее вероятных предположений, сыродутный процесс получения железа был впервые применен племенами хатти, жившими в горах Армении (Антитавр) в XX–XV вв. до н.э. Народность хатти находилась в зависимости от более могучих и многочисленных племен хеттов. Широко использовать железо первыми стали именно хетты, проживавшие на территории древнего государства Урарту (Армения) и позднее расселившиеся вплоть до современной Сирии. Еще древнегреческий географ и историк Страбон в своих трудах писал, что в Канеше — колонии Ассирии — производство железа было налажено в середине II тыс. до н.э. Двести лет хетты хранили секрет изготовления железа, но, тем не менее, между 1600 и 1200 гг. до н.э. производство этого металла достаточно широко распространилось на Ближнем Востоке. В этот период железо все еще значительно уступало по распространению бронзе, несмотря на то, что исходное сырье для его производства было значительно доступнее.

Только после XI в. до н.э. началось массовое изготовление железного оружия и орудий труда в Палестине, Сирии, Малой Азии, Закавказье, Индии. Ассирийское войско в IX–VIII вв. до н.э. считается первой в истории армией, полностью оснащенной железным оружием и доспехами. В это же время железо становится известным на юге Европы. В XI–X вв. до н.э. отдельные железные предметы проникают в область, лежащую к северу от Альп, а также на Европейскую часть современной территории России. Однако преобладание железных орудий в этих областях отмечают только начиная с VIII–VII вв. до н.э. В VIII в. до н.э. железные изделия широко распространяются в Месопотамии, Иране, а несколько позднее — в Средней Азии. Первые известия о железе в Китае относятся к VIII в. до н.э., но распространяется оно только с V в. до н.э.{25}

В отличие от сравнительно редких месторождений меди и олова, железные руды, правда, чаще всего низкосортные (бурые железняки), встречаются почти повсюду, но получить железо из руды гораздо труднее, чем медь. Чтобы реализовать на практике восстановление руды с целью получения железа, пригодного для дальнейшей переработки, необходимо было выполнить три условия:

1. Введение оксидов железа в зону нагревания в условиях восстановления;

2. Достижение температуры, при которой получается металл, пригодный для механической переработки;

3. Открытие действия флюсов — добавок, облегчающих отделение примесей в виде шлаков. Использование шлаков облегчало получение ковкого металла при температурах, ниже точки плавления железа{26}.

Сначала для получения железа использовали костры, а затем специальные плавильные ямы — сыродутные горны. В горн, выложенный из камня, загружали легковосстановимую руду и древесный уголь. Дутье, необходимое для горения угля, подавалось в горн снизу (первое время естественной тягой, а впоследствии при помощи мехов). Образующийся угарный газ восстанавливал оксиды железа. Металл получали в тестообразном состоянии за счет восстановления железной руды при температуре около 900–1350° С. Относительно низкая температура процесса и большое количество железистого шлака препятствовали науглероживанию металла и позволяли получать железо только с низким содержанием углерода. На дне печи образовывалась крица — комок пористого или губчатого железа весом 1–5 кг, которую необходимо было проковывать для уплотнения, а также удаления из нее шлака. Процесс был малопроизводительным и обеспечивал извлечение из руды лишь около половины содержащегося в ней железа. К тому же сыродутное железо по качеству значительно уступало бронзе. Вот почему металлургия железа развивалась медленнее, чем металлургия меди и сплавов на ее основе. Это объясняется и тем, что при достижимых в то время температурах металлургических процессов бронза получалась в расплавленном состоянии, а железо — в виде тестообразной массы с многочисленными включениями шлака и несгоревшего древесного угля. В связи с низким содержанием углерода сыродутное железо было мягким. Изготовленные из него оружие и орудия труда быстро затуплялись, гнулись, не подвергались закалке, поэтому по функциональным свойствам, и прежде всего по долговечности, они пока еще не выдерживали конкуренции с бронзовыми изделиями.

Для перехода к более широкому производству и применению железа необходимо было усовершенствовать примитивный сыродутный процесс, а главное — овладеть процессами науглероживания железа и его последующей закалки, т.е. создать технологию получения стали. Лишь примерно в начале I тыс. до н.э. в Индии, Месопотамии, Армении и Египте были разработаны методы получения железа, оказавшие определяющее влияние на развитие металлургии последующих веков.

Прямые железные мечи и железный фрагмент орнамента на кожаных ножнах. Западная Европа. VI–V вв. до н.э. 

По мере усовершенствования способов дутья и увеличения высоты горна температура процесса повышалась, поэтому определенная часть железа в большей степени насыщалась углеродом, т.е. получался чугун или, точнее, передельный чугун. Этот сравнительно хрупкий продукт считали отходом производства. Отсюда название чугуна — «чушка», «свинское железо» (англ. — pig iron). Первые сведения о чугуне относятся к VI в. до н.э. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% фосфора, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. C VI–V вв. до н.э. этот материал получали уже и ремесленники Древней Греции и Рима.

Решающее усовершенствование технологии получения железа заключалось в повторном прокаливании железного слитка в присутствии угля. При этом поверхностный слой металла слегка насыщался углеродом и упрочнялся. Изделия, полученные таким способом, уже были заметно более надежными, чем бронзовые. После повторного нагревания железа в печи с древесным углем оно превращалось в ковкую сталь (англ. — wrought iron). В I тыс. до н.э. такие усовершенствования обеспечили железу главенствующее положение среди материалов, используемых человеком. Также было замечено, что при повторном прожигании в горне в условиях сильного дутья и чугун превращается в железо хорошего качества; более того, практика показала, что такой двустадийный процесс является более выгодным, чем сыродутный. Примерно в это же время древние металлурги обнаружили еще несколько важных закономерностей: