Е. Черных - Археология и естественнонаучные методы. Сб. статей

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] Здесь и далее приведены традиционные (конвенционные) даты, не учитывающие калибровочной поправки. . 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 ).