Металлургия Синташты и Аркаима

Наиболее подробно результаты исследования металлургии Синташты и Аркаима представлены в издании Южно-Уральского государственного университета под названием «Древняя история Южного Зауралья» (гл.ред. В.Кокорев), вышедшем в 2000 году, и в Приложении к этому изданию «Металлургическое производство на Южном Урале в эпоху средней бронзы» (автор – С.Григорьев). Представляемое далее в данной главе описание древних металлургических технологий базируется на материалах этого издания.

Рис. 49. Реконструированное жилище металлургов Аркаима

Для выплавки металла из руды мастера Синташты и Аркаима использовали специальные металлургические печи, конструкция которых, с одной стороны, была довольно простой, а с другой – вполне эффективной и даже порой весьма совершенной (в рамках доступных в то время технологий). Это были купольные печи, которые могли быть как всего с одной камерой, так и двухкамерными. Одна часть из них располагалась непосредственно на земле, другая – была чуть заглубленной (на 30-40 сантиметров) в грунт. Чаще всего это были небольшие округлые в плане печи диаметром чуть менее одного метра.

«Более сложной модификацией печей наземного типа являются печи, пристроенные к колодцам. Их было обнаружено двадцать две: 10 – на поселении Аркаим, 2 – на поселении Синташта и 10 – на поселении Устье [еще одно хорошо изученное поселение того же типа – АС]. Основная особенность этих печей сводится к тому, что строились они около колодцев и были соединены с последними небольшим перекрытым каналом шириной около 15 сантиметров» (С.Григорьев).

Столь странное, на первый взгляд, строительство печей возле колодцев является на самом деле великолепным технологическим решением, что было подтверждено и современными экспериментальными исследованиями. Это решение позволяло обеспечить весьма интенсивную и эффективную естественную тягу воздуха. За счет перепада температуры в колодце и печи, который согласно физическим законам приводил к разнице давления, воздух из колодца устремлялся в канал, ведущий в печь, затем поступал в область горения в печи, проходил по кругу и выходил в дымоход.

Впрочем, при необходимости местные металлурги дополняли естественную тягу воздуха искусственным дутьем, создаваемым с помощью мехов. Археологи нашли в остатках стенок некоторых печей воздуходувные сопла, а также канавообразные выступы, служившие, по-видимому, для тех же сопел, через которые в печь подавался воздух из мехов.

Дымоходы имели сложную, но тоже весьма эффективную конструкцию. От печи отходила канавка, перекрытая вверху вытянутым цилиндрическим куполом из глины. Проходя по ней, горячие газы остывали, одновременно обогревая помещение, и уже затем устремлялись через вертикальную часть дымохода наружу. Это позволяло максимально использовать тепло, выделявшееся при сгорании топлива в печи.

Рис. 50. Эволюция металлургических печей (по С.Григорьеву)

Григорьев выдвигает версию эволюции металлургических печей Аркаима и Синташты, построенную по принципу «от простого к сложному», предполагая постепенный переход от однокамерных печей к двухкамерным, появление и усложнение дымоходов, пристройку печей к колодцам и появление мехов на более позднем этапе и так далее. Хотя он сам и делает оговорку, что проследить эту «эволюцию» на реальном археологическом материале крайне сложно – зафиксированные факты строительства одной печи на месте другой носят буквально единичный характер.

На мой же взгляд, говорить здесь о какой-то «эволюции» печей абсолютно неправомерно, поскольку концептуально (с точки зрения технологии плавки) все обнаруженные печи одинаковы. А некоторые конструкционные различия носят характер «дополнительных деталей» и могут объясняться совсем иными причинами, нежели усовершенствованием технологий.

Так, скажем, заглубление основания печей на несколько десятков сантиметров, с точки зрения технологии выплавки металла из руды, не имеет никакого принципиального значения. Оно могло быть обусловлено, например, стремлением сократить трудозатраты, поскольку вырыть яму на эту глубину определенно проще, чем увеличить высоту стенок печи при использовании столь «хлипких» материалов как обломки камней и глина. Или, возможно, для расположения печи на плотном основании где-то требовалось снять рыхлый верхний слой грунта, а там, где земля была итак плотной, такого заглубления не потребовалось. В результате печи на поверхности земли и заглубленные в грунт могли строиться не последовательно друг за другом, а сосуществовать одновременно.

Металлурги вполне могли сначала сделать самое необходимое – простую печь – и сразу приступить к выплавке металла, а уже позднее, по мере наличия свободного времени и возможности, достраивать дополнительные детали типа дымоходов. Равно как могли использовать разной сложности печи для разного состава шихт, вводя таким образом определенную специализацию (ведь, как указывалось ранее, слишком сильный поддув воздуха бывает вреден для плавки, а температурные условия разнятся для оксидных и сернистых руд). Необходимость же возведения новой печи на месте старой могла возникнуть просто вследствие недолговечности печей из подобных материалов. И так далее и тому подобное. Все вполне обходится без какой-то «эволюции» металлургических печей.

Вдобавок, сложно вообще говорить об эволюции, когда время существования исследованных поселений само по себе весьма невелико. Так, например, хотя и считается, что Аркаим создавался в два этапа (сначала было создано внутреннее кольцо помещений, а затем строилось внешнее аналогичное кольцо), но для самого времени существования поселения приводятся весьма скромные оценки – всего от 70 до 300 лет.

И наконец, если бы имела место действительно эволюция технологий, то она должна была отразиться как на составе выплавляемого металла, так и на составе шлаков, а этого здесь абсолютно не прослеживается…

Рис. 51. В музее Аркаима

«Технология плавки была довольно устойчивой. Отклонения наблюдаются чрезвычайно редко…

Шихта подготавливалась следующим образом. Руда в количестве 0,5-1 килограмм дробилась на небольшие кусочки, смешивалась с флюсами (рыбьи кости, кальцит, дробленые кости животных, иногда лимонит) и помещалась в печь. Печь, как показали наши экспериментальные исследования, предварительно разогревали дровами.

После загрузки шихты и угля начиналось дутье. В ходе плавки достигались температуры около 1200-1300^оС. Хорошее качество угля способствовало восстановительной атмосфере в печи и малым потерям меди в виде куприта.

После расплавления и восстановления руды дутье прекращалось, все отверстия закрывались, что усиливало восстановительную атмосферу, и печь начинала постепенно остывать. После остывания продукт плавки извлекался из печи, шлаковая корка разбивалась. Освобожденный слиток меди обычно весил 50-130 граммов» (С.Григорьев).

Подавляющая часть металла Синташты и Аркаима – это мышьяковистая бронза. Сначала считалось, что это был естественный сплав, полученный в результате плавки медной руды месторождения Таш-Казган (Башкирия), содержащей примеси мышьяка. Однако исследования шлаков показали, что древние металлурги не использовали ташказганскую руду. Эксплуатировалось сразу несколько различных местных рудников, а бронзу получали благодаря специальным добавкам в медную руду минералов, содержащих мышьяк.

«…почти все образцы [руды], за исключением образцов Таш-Казгана и лимонитовых образцов Аркаима, содержат мышьяк в пределах 0-0,03%, что при переплавке не может дать металл, в котором концентрации мышьяка будут превышать 0,3%. Однако анализы металла выглядят иначе. На поселении Синташта предметы из мышьяковистых бронз составляют 53,9%, а на могильнике достигают 67,3%. Сходную картину выявили и другие исследования, причем подавляющая часть металла, не отнесенного к группе мышьяковистых бронз, содержит все же повышенные концентрации мышьяка…

Наличие мышьяковистых бронз на синташтинских памятниках на фоне отсутствия руды с примесью мышьяка может быть объяснено только применением соответствующих лигатур [т.е. добавок – АС]. На то, что эти бронзы производились на месте, указывает наличие мышьяка в шлаке. Это же обстоятельство является свидетельством того, что легирование производилось на стадии плавки руды» (С.Григорьев).

Откуда именно металлурги Синташты и Аркаима брали мышьяковистую руду, которую добавляли при плавке, до сих пор не ясно. Однако на уральских месторождениях такие руды – не редкость. В частности, неподалеку от древних металлургических центров находится одно из крупнейших в мире Кочкарское месторождение арсенопирита.

Любопытно следующее соображение С.Григорьева:

«Содержание мышьяка в синташтинском металле не слишком велико. Это позволяет задаться вопросом о самой необходимости подобного легирования. Дело в том, что при легированности мышьяком 1-2% твердость металла мало отличается от меди. Только 4% дают параметры, приближающиеся к оловянистой бронзе. Но для древних технологий проблематично добиться легированности мышьяком более 8%. Кроме того, содержание мышьяка при легировании трудно контролировать. Поэтому не исключено, что причиной подобных добавок был стремление получить более жидкотекучий металл, так как они способствуют уменьшению температуры плавления меди до 830^оС.

Однако в случае с синташтинской металлургией речь должна все же идти, по-видимому, о стремлении повысить рабочие качества изделия, поскольку в металле этого времени наблюдается отчетливая зависимость между типом изделия и наличием легированности. При этом зависимость между типом изделия и содержанием мышьяка выражена менее четко, что обусловлено характером легирования на стадии плавки руды» (С.Григорьев).

Это определенно указывает на то, что древние металлурги уже целенаправленно и вполне осознанно регулировали состав шихты, стремясь получить именно тот сплав, который они считали необходимым для изготовления конкретного вида изделия!..

Рис. 52. Изделия из камня и бронзы, найденные в могильнике (Аркаим)

К поразительным выводам исследователи пришли на основе анализа химического состава шлаков, найденных на местах обитания древних металлургов. Эти анализы выявили, что уже на самых ранних этапах мастера обладали весьма совершенной технологией, на что вполне определенно указывает итоговый результат плавки.

«Технологию плавки можно оценить как достаточно совершенную. Потери меди были очень невелики. Обычно они колеблются в пределах 0,1-1%. Шлаки РБВ [раннего бронзового века – АС] из Мургула содержат оксидов меди в пределах 1-2,7%. Лишь в синташтинских шлаках II группы потери меди несколько более высокие и достигают 2%. Объясняется это тем, что этот расплав был более вязок из-за присутствия в нем силикатов. Уменьшение вязкости достигалось путем добавления железистых флюсов, вероятно, лимонита. Не исключена также возможность, что добавлялся кальцит, обнаруженный возле одной из печей поселения Аркаим. В других случаях кальцит заменялся мелкими костями. Они также повсеместно встречались в заполнениях печей» (С.Григорьев).

И это для плавки в простейших условиях!.. Такому результату и сейчас можно позавидовать, а здесь ведь речь идет о периоде даже не позднего, а раннего бронзового века!..