Главная
страница 1страница 2страница 3страница 4

Эксперименты по скальным выработкам на Каргалах
Эксперимент по реконструкции горно-проходческих работ на Каргалах преследовал основную цель выяснения эффективности работы с помощью определенного набора орудий, включая зафиксировать и определить затраченное время для извлечения определенного объема горной породы (песчаника). Эта цель была связана с вопросами выяснения особенностей горных работ на Каргалах в исторический (российский) и археологический периоды.

Ставилась задача неопытным горнякам - экспериментаторам выбрать из песчаникового коренного слоя до полутора кубических метров породы общим весом около трех тонн, что соответствовало прямоугольной проходке типа штольни (размеры 1 х 1,5 м) на глубину до метра. В опытах участвовали трое, а затем – двое экспериментаторов.

Эксперимент проводился на склоне Михайловского оврага напротив селища Горный 1, где проявлялись мощные выходы слоистых коренных песчаников и тонкие относительно их мергелевые прослойки.

Сначала в экспериментах использовались современные железные орудия (трехкилограммовый молот и клин-остроконечник) соответствующие инструментам забойщиков исторического периода 18 столетия (рис.1, 1).

Второй этап работ был связан уже с использованием костяных зубил-клиньев, изготовленных из продольно расколотых современных длинных костей коровы. Такого рода оригинальные изделия на Горном 1 обнаружены в большом количестве, особенно показательна серия из более сотни изделий, происходящих из ямы №2 комплекса №1 (субфаза В-1).Ударными же инструментами, как и в эпоху бронзы, являлись молоты из окаменелого ствола дерева. На этом этапе эксперимент приближался к характеру горных работ эпохи бронзы (рис. 1, 2).

В результате проведенных исследований были получены важные наблюдения. Выяснилось, что эффективность костяных зубил мало уступает железным орудиям, потому что свежая кость эластична и не ломалась при средних нагрузках, а также из-за сохранения остроты окончания орудий, которые как бы самозатачивались (пришлифовывались или лощились) при взаимодействии с песчаниковой породой. Костяное орудие приходило в негодность (переламывалось в поперечнике) после нанесения по ним непрерывных ударов в течение 1,5-2 часа. По предположению Е.Н. Черных, древний шахтер всегда мог иметь в запасе до десятка подобных костяных зубил и, по всей вероятности, работу новым орудием продолжал немедля. Этот вывод особенно важен для объяснения факта огромного количества битых и целых костей животных, находимых при раскопках поселения Горный на Каргалах, насчитывающих в целом более двух миллионов.

Общее время проведения эксперимента соответствовало 40-42 человеко-часов. Однако эти данные, по мнению, Е.Н. Черных нельзя абсолютизировать применительно к древности. Дело в том, что у экспериментаторов не было опыта, они не занимались и откаткой отработанной породы, а главное, на наш взгляд, нельзя учесть древний нормативный канон, который мог определяться разными социо-нормативными условиями.

Полученные данные позволили Е.Н. Черных лишь в целом прогнозировать, что при непрестанной 12-часовой ежедневной работе на километровую проходку требовалось фактически десять лет на одного проходчика, но более вероятна версия с разделением труда на двух участников – забойщика и откатчика руды на поверхность. В конечном итоге Е.Н. Черных предлагает увеличить время километровой проходки в два-три раза, считая его более реальным.

Проведенные экспериментальные исследования по проходке рудных тел на Каргалах это первый опыт подобного рода исследований в изучении горно-металлургических центров эпохи поздней бронзы.

Продолжение данного вида экспериментов открывает большую перспективу в оценках открытых ныне разных типов свидетельств древних горных работ (карьеров, шахт и штолен) не только на Каргалах, но и на Картамыше и Михайло - Овсянке известных ныне производственных памятниках срубной культурно-исторической общности. В обобщении археологических, геологических и экспериментальных данных можно выйти на решение частных и более общих вопросов изучения древнего горного дела, соответствующих современному уровню развития науки.


Археологические и аналитические данные

по свидетельствам древней металлургии на Каргалах
К археологическим свидетельствам металлургии, полученным в результате исследования археологических памятников Каргалинского рудного поля (поселение Горный 1), относятся яркие следы выплавки руды, включая громадное количество образцов меди (медные капли и сплески, фрагменты слитков), насыщенность культурного слоя кусками медных руд - малахита и азурита, многими находками (более 4500 экземпляров) шлаков. С металлургией следует связывать и подготовку руды к выплавке металла – ее обогащение. Свидетельства этого процесса проявляются в обнаружении на поселении Горном 1 так называемых рудотерок – более двух десятков песчаниковых плит с характерными округлыми углублениями на их плоскостях. При наличии бесспорных археологических свидетельств древней металлургии на Горном 1 бросается в глаза отсутствие даже небольших фрагментов глиняных сопел для дутья, что объясняется исследователями особенностями местной металлургии. Однако, такого рода сопел практически нет и на других производственных памятниках срубной культурно-исторической общности, что является более общей спецификой металлургии в рамках этого археологического образования.

В меньшей степени по отношению к металлургии обнаружены на поселении Горном 1 свидетельства металлообработки, включая литейные формы из местного песчаника для разных изделий, отходы обработки металла в виде обрезков, обломов с литников и прочего. Ее направленность, по мнению исследователей, также была подчинена основному занятию местного населения эпохи поздней бронзы – горному делу и металлургии, что следует из специфики изготавливаемых металлических орудий, среди которых преобладали горнопроходческие.



Лабораторные исследования свидетельств

древней металлургии на Каргалах
Исследования древней металлургии эпохи поздней бронзы на Каргалах имели комплексный характер. Значительное место в них занимали лабораторные работы, которые в основном проводились под руководством С. Ровира в разных лабораториях Испании в рамках специальных проектов, выполнявшихся под общим руководством Марии Исабель Мартинес Наваррете (Высший Совет Научных исследований Испании). В изучении проб от археологических свидетельств древней металлургии зафиксированных на Горном 1 использовались сканирующий электронный микроскоп, оптический микроскоп, методы металлографии и рентгено-структурной спектрометрии.

Полученные данные позволяют сделать следующие обобщения.

Было установлено, что в эпоху поздней бронзы на Каргалах в качестве основных рудных минералов для древней металлургии использовались вторичные руды малахит и азурит, извлеченные из жил и линз песчаников пермского возраста. Содержание меди (в виде СuО) в проанализированных образцах высокое - от 20% до более 80%. Рудовмещающая среда, как правило, силикатная. Постоянно отмечаются малые количества окислов железа и кальция, а также барит.

Для теоретических представлений о способе выплавки меди из руд и особенностях теплотехнических устройств среди свидетельств металлургического процесса определяющее значение имеют аналитические данные по шлакам. Было установлено, что шлаки, представленные в малых кусках, отличаются гетерогенной композицией, проявляющейся как в их структуре, так и в пропорции элементов. Стекловидный материал шлаков с «луковичной» поверхностью свидетельствует, что они были оплавлены или сильно обожжены. Множество пузырей заключено внутри шлаковых лепешек, в которых даже визуально определяются сферические включения красноватой меди и серого сульфида меди. Большинство образцов шлака с Каргалов (поселение Горный 1) относится к типу пироксеновых, включающих сложную силикатную структуру в виде анортита, мелилита и реже - фаялита. В шлаках постоянен и кремнезем, не измененный температурными воздействиями, а также и магнетит.

В целом, аналитические данные по шлакам приводят исследователей к выводу о прямом восстановлении металла из руды без присадки флюсов, происходящем в окислительной атмосфере плавильной печи, температуры в которой были в пределах 1100-1200 градусов. Таким образом, на основе физико-химических анализов шлаков, которые показывают, что на Горном почти нет обогащенных кремнием и бедных железом шлаков, следует вывод о примитивной технике выплавок меди. По мнению исследователей, на способы примитивной выплавки металла указывают и данные по содержанию меди в шлаках. Для Каргалинского горно-металлургического центра характерно изобилие медных капель в шлаковой массе и в не восстановленных медных минералах. Присутствием барита в руде расценивается содержание 1% серы в черновой меди.

Имеющиеся теоретические представления о металлургии, опирающиеся и на археологические данные, позволили высказать предположение о своеобразии древней металлургии Каргалов и, судя по контексту интерпретации данных лабораторных исследований, ее примитивности.

Полученные представления были дополнены результатами экспериментальных исследований, связанных с моделированием данного производственного процесса в полевых условиях на Каргалах.
Эксперименты по выплавке меди на Каргалах
С целью реконструкции некоторых методов архаической плавки в 1997 и 1998 гг. в полевых условиях под руководством С. Ровира и Ж. Апп на базе Каргалинской археологической экспедиции был проведен ряд экспериментов по древней металлургии (рис.2 и 3). Один из них осуществлялся без использования искусственного дутья при подаче воздуха в печь. По мнению экспериментаторов этот способ был возможен для местной выплавки меди в эпоху бронзы, с чем не соглашается руководитель исследований на Каргалах Е.Н. Черных. Во всех остальных экспериментах применялось искусственное дутье для подачи воздуха. Для этого использовались глиняные сопла, которые лепились из местной красноватой глины и затем обжигались на открытом огне костра, а также использовалось разное количество кожаных мехов. Приведем описание этих экспериментальных выплавок меди.

Летом 1997 г. произведен эксперимент выплавки меди в небольшой печи-яме, глубиной и диаметром около 30 см. Два сопла были укреплены камнями и направлены к дну ямы навстречу друг другу. Устья сопел были разделены промежутком в 15 см. Емкость двух кузнечных мехов равнялась 45 литрам. Период предварительного прокаливания печи продолжался около 30 минут. Раздробленная руда была насыпана слоем поверх горящего угля; затем все попеременно засыпалось тонкими слоями угля и дробленой руды. Общий вес медных минералов при этом составил около 400 гр.

Температура в печи достигала приблизительно 1200°С. В целом, температура во время всего процесса восстановления металла, по данным экспериментаторов, оказалась в пределах 800-1200°. Оба меха обеспечивали ритмичное поступление кислорода для поддержания высокой температуры в печи. После четырехчасовой выплавки было получено около 300 гр. пористого шлака, содержащего крохотные капельки восстановленной меди.

Следующие две плавки были проведены в гораздо меньших по размеру печах (20 и 15 см диаметром). Это обеспечивало в их полости более высокую температуру, однако восстановить медь в виде слитка экспериментаторам вновь не удалось.

В сезон 1998 г. была проведена четвертая экспериментальная выплавка, при которой использовались обнаруженные и извлеченные из культурного слоя селища медные минералы (куски с большим содержанием малахита и азурита). За неимением окончательных результатов анализов долю меди в этой отобранной руде, примерно в пределах 10%., экспериментаторы оценивали приближенно. Далее рудные минералы дробились молотом вплоть до очень мелких фрагментов.

Из местной красной глины смешанной с песком были изготовлены сопла для подачи воздуха и тигли различных форм и размеров, использование которых предполагалось в экспериментах по тигельной выплавке металла и для переплавки черновой меди в слитки.

В четвертой экспериментальной выплавке основу конструкции составляла большая по размерам шахтная печь (диаметр камеры 40 см, а общая высота - 50 см.), сложенная из песчаниковых плит на глиняном растворе (см.: рис. 2, 1,2). В нижней части печи под углом 120° располагались три сопла, концы которых от дна внутренней полости печи (пода) были на высоте 10 см.

В общем, данная экспериментальная конструкция не соответствовала археологическим находкам с Горного 1 и была произвольной, исходя из предположений о крайней простоте реальных печей на этом памятнике.

После 45 минутного разогрева печь загружалась мелко дроблеными медными минералами, общим весом около 3 кг последовательно и послойно в сочетании с березовым углем. После 4-х часовой выплавки и последующего времени остывания печи был получен большой кусок шлака. Слитков шлака и металла получить не удалось.

Результаты экспериментов и обнаруженные в культурном слое поселения Горный 1 шлаки наводили исследователей на мысль об их дроблении. Поэтому экспериментальный шлак от последнего опыта дробился каменной галькой-молотом на желобчатой песчаниковой плите в порошок. Медь в виде мелких капелек из дробленого шлака извлекалась с легкостью, чему способствовала и промывка размельченного порошка шлака водой. Выход металлургической меди составил 4% от используемой руды – 125 гр.

Для получения слитка эта медь расплавлялась в тигле, помещенном в небольшую ямку и применяя подачу воздуха через изогнутое сопло в полость тигля от пары мехов (рис. 3,1). Через 30 минут образовался слиток меди в 90 гр. весом. Остатки металла в виде редких капелек «прикипели» к внутренним стенкам тигля. Медь еще раз расплавлялась в тигле для очистки (огневое рафинирование), после чего тигель был извлечен при помощи сырой палочки и медь излита в деревянную изложницу продолговатой формы. Вес конечного слитка составил 85 гр.

В результате проведенных опытов обращено внимание на то, что экспериментальные шлаки были более пористыми и легкими, по сравнению с древними - археологическими, что исследователи объясняют более мощной подачей воздуха в экспериментах (до 800 литров в минуту), чем в эпоху бронзы. Однако у экспериментаторов возникают сомнения и по поводу использования мехов на Каргалах в эпоху бронзы, исходя из факта отсутствия обломков глиняных наконечников сопел среди археологических находок. Глиняные сопла и их фрагменты не обнаружены и на других производственных памятниках срубной культурно-исторической общности эпохи поздней бронзы, но этот феномен не отрицает использование искусственного дутья в древней металлургии и металлообработке, что подтверждается анализом других артефактов и, прежде всего, шлаков.

Учитывая экспериментальные данные в Каргалинской экспедиции, было сделано и предположение о том, что в металлургическом процессе участвовали не менее трех-четырех специалистов-металлургов, что позволяло получать более пятисот граммов металла, но при условии более богатой руды, чем та, которая использовалась в экспериментах.

Следует заметить, что полученные продукты экспериментальной выплавки меди оценивались не только визуально, но и были проанализированы естественнонаучными методами, однако в полной мере не опубликованы.


Археологические и аналитические данные

по свидетельствам древней металлургии на Картамыше
На востоке Бахмутской котловины (Восточная Украина) в рамках Картамышского рудопроявления обнаружены масштабные и разнообразные следы рудоразработок эпохи бронзы Донецкого горно-металлургического центра. Здесь имеется большой, длиной до 3-х км выход на поверхность рудных тел с содержанием меди до 3%, а в сплошных (сульфидных рудах) – до 60%. Очевидно, что внимание древних металлургов привлекала наиболее богатая руда. Более полные сведения о составе и особенностях медной руды технике и технологии горного дела и металлургии можно получить от четко документированных археологических источников в результате раскопок памятников производственного значения. Среди такого рода археологических объектов на Картамыше выделяется комплекс рудных разработок открытого типа карьеров-разносов и подземных – шахт и штолен Червонэ Озеро I-IV и примыкающих к ним поселений эпохи бронзы на данном рудопроявлении (Червонэ Озеро 1,2,3). Археологические исследования здесь продолжаются и, что очень важно, промежуточные итоги исследований появляются в специальной литературе достаточно регулярно, включая результаты полевых экспериментальных и лабораторных исследований в области горно-металлургического производства.

В изучении археометаллургии на Картамышском рудопроявлении имеется характерная особенность в методических приемах выявления основных производственных процессов, которые осуществлялись на раскапываемых памятниках микрорайона (в целом хронологически одновременных и, надо думать, взаимосвязанных).

Уже на «разведочном» этапе изучения археологических памятников, и в начале их стационарного исследования, были обнаружены серии каменных и костяных орудий, которые сразу же проходили через процедуру экспериментально-трасологического метода (В.В. Килейников, Панковский). В данном случае учитывался, прежде всего, опыт выделения функциональных групп горно-металлургических и металлообрабатывающих орудий труда с Мосоловского поселения – наиболее исследованного производственного памятника срубной культурно-исторической общности. Наиболее значительные серии каменных и костяных орудий происходили с техногенного участка (раскоп 1) в карьере Червонэ Озеро I, расположенном на склоне рудной взгривки и с поселения Червонэ Озеро 3 в долине. Выделенные функциональные группы орудий связаны с горно-металлургическим и металлообрабатывающим производствами. Место функциональных групп в системе археологических объектов ориентирует исследователей на соответствующие оценки производственных участков и в целом, направленности производственной деятельности в Картамышском микрорайоне.

Медные минералы на Картамыше обнаружены у разного типа горных выработок, в культурных слоях изучаемых там производственных памятников, что ставит перед исследователями задачу более детального определения их геолого-минералогического состава и технологических свойств, что является другой особенностью исследований данных производственных памятников срубной культурно-исторической общности. Здесь же отметим и более детальные геологические характеристики Картамышского производственного микрорайона по сравнению с Каргалинским, а точнее, к археологическим памятникам горного дела на Каргалах. На Картамыше минерализация приурочена к отложениям нижней перми - Картамышской свите. Разработки меди в эпоху бронзы производились в этом центре из-за богатых и доступных древним горнякам - металлургам многочисленных выходов на поверхность медных металлических руд. В поверхностной зоне окисления (до 20 м) основными являются углекислые соединения меди - азурит и малахит, которые образовались за счет окисления первичных сульфидных руд (халькозин, халькопирит, барит – реже пирит и ковелин), расположенных ниже. Медные минералы имеют разные формы, характер рудовмещающих пород и твердость, что должно отражаться и на приемах их обработки, а также способах металлургических операций, связанных с выплавкой металла. Окисленные руды выявляются в виде налетов и корок в песчаниках, реже в виде вкрапленников и небольших конкреций. Сульфидные же руды отмечаются в виде вкрапленников или желваков.

В результате археологических исследований на территории Картамышского рудопроявления были получены многочисленные свидетельства разных этапов обогащения медной руды. Первичное обогащение по принципуручной сортировки осуществлялось в непосредственной близости от мест горных работ. Незадернованные россыпи дробленой минерализованной породы образуют сортировочные площадки, примыкающие к западному и восточному бортам карьера Червонэ Озеро I. Такого рода площадки обнаружены и на склоне рудной взгривки, у стволов древних шахт Червонэ Озеро IV.

Сортировочные площадки неоднородны по размерам дробленой породы и встреченным минералам, а, следовательно, отражают разнообразие добытых минералов и способы добычи.

В западной части карьера Червонэ Озеро I сортировочная площадка содержит и мелкодробеную породу и крупные куски медистых песчаников. Руда содержится в сероцветном песчанике, который пропитан окислами малахита и азурита, а также среди рудных пород отмечаются карбонатные минерализованные прослойки.

На площадке примыкающей с востока к тому же карьеру богатые рудные минералы единичны среди преобладающей там мелкой россыпи сероцветного песчаника.

В россыпях у выработок Червонэ Озеро IV, среди мелкодробленой породы находятся наиболее богатые медные минералы, представленные халькозином в виде конкреций и брекчий, а также минерализованных карбонатных корочек.

В результате археологических исследований тенхногенного участка в раскопе 1 карьера Червонэ Озеро I получены дополнительные свидетельства дробления рудных минералов, к которым относятся дробильно-терочные плиты-платформы из бедного медистого песчаника и пестовидные орудия из той же породы – дробильно-терочные песты. Такие же инструменты обнаружены и на поселении Червонэ Озеро-3. В Раскопе 1 карьера Червонэ Озеро I среди прослоек выявлена и серо-зеленая техногенная прослойка – свидетельство дробильно-терочных операций с рудными минералами, связанных с сухим обогащением руды.

Археологические данные свидетельствуют о разнообразных операциях с рудой, вплоть - до металлургических. Кроме археологических свидетельств добычи медной руды на Картамыше обнаружены и следы местной металлургии (шлаки, штейны, остатки горнов и теплотехнических сооружений). Они зафиксированы как в площади рудного карьера Червонэ Озеро I, так и при исследовании построек на поселении Червонэ Озеро 3. Отсюда следует, что руда и ее особенности должны быть подробно изучены. В целом, химический состав Картамышских медных руд изучался в разных научных лабораториях – в лаборатории спектрального анализа Института геохимии и физики минералов НАН Украины, в лаборатории спектрального анализа геолого-разведочной партии «Восток» (г. Луганск), а также в лабораториях кафедры оптики и спектроскопии и кафедры структурного анализа ВГУ. Отметим и данные Е.Н. Черных по спектральному анализу руд с Картамыша, полученные еще в 70-е гг. прошлого столетия.

На основе атомно – эмиссионного (спектрального) анализа рудных минералов можно сделать вывод, что медная руда среди основных примесей содержит свинец, железо, никель и цинк. Характерным является отсутствие существенных примесей свинца (сотые и тысячные доли %), олова (десятитысячные доли %), цинка (сотые и тысячные доли %), мышьяка (тысячные доли %). В рудах Картамышского рудопроявления существенны примеси алюминия (2-15%) и железа (1,5-4%).

Для изучения особенностей технологии древних мастеров-металлургов важно знать как содержание основного элемента в руде - меди, так и повышенное содержание других важных для металлургии примесей, что позволяет разрабатывать вопрос о количественном и качественном их переходе в черновую медь, шлак и штейн. Для ответа на этот чрезвычайно сложный вопрос необходимо расширять спектр аналитических методов. С этой целью начались исследования как самих руд, так и древних и экспериментальных образцов руд и шлаков методами рентгенофлуоресцентного анализа (РФлА) и рентгеновской дифрактометрии. В результате уточнились количественные данные по содержанию меди, которая в наиболее богатых минералах с Червонэ Озеро I-IV достигает от 24 до 43,5 %.

Содержание же меди в шлаках, является одним из важных показателей в оценках уровня развития древней металлургии, о чем уже шла речь выше. В образцах древних шлаков с Картамыша (образцы №№ 1 и 17) содержание меди очень мало, что указывает на умение древних металлургов получать жидкий шлак в процессе выплавки меди из руды. Правда, эти данные пока единичны для серьезных выводов по оценке металлургии на памятниках данного микрорайона. Очевидно, что потребуется большее число анализов древних и экспериментальных шлаков и шлаков от выплавок меди.

Имеющиеся результаты экспериментальных исследований древней металлургии и дополнительные аналитические данные по экспериментальным продуктам выплавки будут приведены в соответствующем разделе после рассмотрения результатов экспериментальных исследований по обогащению медных минералов.


<< предыдущая страница   следующая страница >>
Смотрите также:
Составитель: доцент кафедры археологии и истории древнего мира вгу саврасов Александр Сергеевич Научный редактор
630.35kb.
4 стр.
Т. А. Красницкая Кандидат исторических наук, доцент кафедры отечественной и зарубежной истории, старший научный сотрудник Центра изучения региональной казуальной истории фгбоу впо шуйский государственный педагогическ
121.49kb.
1 стр.
Рабочая программа по дисциплине «История и культура стран изучаемых языков»
247.54kb.
1 стр.
Страноведение направление подготовки: 032700. 68 Филология
163.33kb.
1 стр.
Учебная программа для специальности 1 03 04 02 02 Социальная педагогика. Практическая психология 2010 Составитель
196.72kb.
1 стр.
Ю. С. Павловец. Декабрь 19, 2010 год. Павловец Юрий Сергеевич
159.31kb.
1 стр.
Александр Мессер, Редактор-составитель
3818.03kb.
27 стр.
Тематическое планирование курса истории Древнего мира 5 класс
198.6kb.
1 стр.
Югославские товарищи руководствуются стремлением к дружбе снами, а не конъюктурными соображениями. Военно-исторический журнал Министерства обороны РФ критика и библиография степанов алексей Сергеевич
79.58kb.
1 стр.
Поурочное планирование по истории Древнего мира, А. А. Вигасина, Г. И. Годер, И. С. Свенцицкая, М., Экзамен, 2006 г. Поурочные разработки по истории Древнего мира, О. В. Арасланова, М., Вако, 2004 г
100.79kb.
1 стр.
«На земле Древней Эллады»
214.43kb.
1 стр.
Урока в 5 классе после изучения раздела «Цивилизация Древнего Рима»
125.9kb.
1 стр.