Как здравый смысл помогает археологии. Металлургия и металлообработка
Отрывок из статьи Алексея Артемьева „Город мастеров" наглядно демонстрирует, как здравый смысл
помогает значительно точнее интерпретировать результаты археологических находок .
Применение «технологического метода»
А можно ли применить этот метод на практике? Давайте попробуем.
Так как полноценные материалы по раскопкам заполучить не всегда удаётся, то объектом для испытаний нового метода я выбрал толстую книгу с красивыми картинками и достаточно детальными полевыми отчётами.
Географически это поселение располагалось на берегу реки Обвы, притока Камы. И датируется 13 веком.
В книге опубликовано множество находок; это прекрасный образец для пробы описываемого метода. Разумно разделить наше исследование по отраслям производства.
Металлургия
Первое, что нам становится известно из публикации археологов - металлургия там была. Об этом говорят не только найденные на городище литые изделия (Рис.1), но и формы для их изготовления (Рис.2). Итак, это изделия и инструменты, а где же само оборудование?
Температура плавления бронз составляет 950-1100°С, а температура литья бронз лежит в диапазоне 1100-1300°С, ведь надо обеспечить текучесть, иначе металл не заполнит форму. Поэтому специальная печь просто необходима.
Совершенно очевидно, что для постоянной работы с гарантированным результатом металлургическая печь должна была устойчиво поддерживать температуру 1300°С. Такие печи в то время были известны.
Археологи называют их горнами. Плавка в таких горнах производилась в тиглях (Рис.3). На раскопанной территории городища, которая составляет 2500 кв.м (10% от всего поселения), найдено 3 горна. Среди них один гончарный, и два металлургические.
В первом металлургическом горне обнаружены наконечник стрелы, обломки и целые железные ножи, фрагменты бронзовых украшений, во втором - только украшения.
С бронзовым ломом всё ясно. Всё, кроме того обстоятельства, что археологи часто путают латунь с бронзой. Это становится очевидным, когда читаешь в полевом отчёте или в книжке о находке бронзовой проволоки.
Всякому инженеру известно, что бронза хорошо льётся, но пластичность у неё весьма низкая. Поэтому через канитель вытянуть из неё проволоку просто нереально. Протягивание через пластину с отверстиями - это сейчас основной способ получения проволоки, а тогда он был единственным.
А вот латунь тянется хорошо. Следовательно, для оценки технологических процессов следовало бы конечно эти сплавы различать, ведь для плавки и литья латуни достаточно стабильной температуры 800°С, что заметно проще и требует меньших энергозатрат.
В отличие от археологов 21 века, металлурги древности в этом деле явно разбирались. Ведь для изготовления проволоки они варили латунь, а для различных пружинных элементов - бронзу. Но нам придётся поверить археологам на слово.
Понятно и как всё это попало мимо тигля на дно печи: перед тем, как поместить тигель в полость горна, его загружали бронзовым ломом и флюсом. Однако каким получится объём расплава, заранее точно неизвестно. Даже если строго отмерить по весам, точного выхода расплава по объёму не получить, потому что происходит выгорание элементов, что-то уходит в шлак.
Да ещё и химический состав лома неоднородный и часто требуется коррекция, металлург должен в ходе плавки добавить побольше меди или олова.
Кроме того, при отливке получался брак (и сейчас для литья 10% брака - это норма), его повторно переплавляли.
Есть и более прозаичная причина, почему лом приходилось досыпать прямо в тигель, стоящий в раскалённом горне. Если засыпать полный тигель с горочкой ломом, то после расплавления он едва заполнит половину тигля, и для того чтобы эффективно использовать цикл загрузки-плавки-заливки, лом просто досыпали сверху.
Конечно, что-то и мимо падало. Точно так поступают металлурги и сейчас. Кстати, у них точно такие же тигли, только нагреваются они с помощью газа или электричества.
Но что там делает железный лом в виде целых ножей и обломков? Целые ножи могли бы подвергать здесь термообработке (закалке и цементации). А зачем термообрабатывать обломки? Обломки могли нагревать только для перековки или переплавки.
Но для ковки такой горн использовать крайне неудобно, ведь он имел закрытую конструкцию и загружался сверху через небольшое отверстие, которое, возможно, даже частично перекрывалось для поддержания температуры.
А при ковке изделие необходимо часто извлекать, обрабатывать молотом, и снова помещать в зону нагрева. Для этого используются другие горны, они более открытые, но выдают меньшую температуру, до 900…1000°С.
Ничего не остаётся, кроме как предполагать, что данный горн мог развивать температуру до 1400…1545°С. Потому что только при этой температуре возможна переплавка железного лома в тигле. Это возможно при наличии мощного поддува воздуха мехами.
При таких температурах для надёжной работы необходимы тигли из огнеупорной глины. Определить, из какой глины сделан тигель очень легко, достаточно определить содержание оксида алюминия в материале, и если он составляет 30…42%, то это огнеупор. Но такие глины в наших местах не встречаются. Откуда же они были привезены?
Здесь может также пригодиться способ, описанный в 1769 г. Рычковым:
«В небольшом расстоянии от села Ицкого устья подле берегов реки Камы находится песчаная гора, довольствующая многие медные заводы отменным и редким песком, который заводчики употребляют для горновых кирпичей. Они, соединив его с белою глиною, делают квадратные камни, которые сушат обыкновенно на солнце.
Польза от него происходящая есть та, что он, будучи чрез меру крепок, сносит самое сильное пламя огня, так что плавильная печь, внутрь коея выкладывают оным камнем, может от двадцати до сорока дней стоять не опасаясь жестокости пламени, разбивающего самые крепкие камни…»
Вероятно, здесь речь о кварцевом песке. Температура плавления кварцевого песка около 1700°С, и соответствующая смесь успешно может применяться в качестве огнеупора.
К сожалению, подобными анализами археологи не озадачиваются. И мы можем только констатировать факт, что тиглей найдено множество, а это и есть литейная оснастка.
Поскольку обломки ножей можно расценивать не иначе, как шихту, то данный горн использовался для тигельной плавки не только бронзы, меди, серебра, золота, но и железа (стали). Причём известно, что тигельным способом получают особо качественные стали, подлежащие закалке, а также булат.
Таким образом, можно сделать обоснованный вывод о том, что жители данного поселения владели цветной и чёрной металлургией.
Это подтверждается и найденными изделиями. 100% орудий труда, таких как ральники (наконечники плуга), мотыжки, топоры, ножи, ножницы выполнены из массива кричного (мягкого) железа с вваренными лезвиями из тигельной (твёрдой) стали. Это и понятно, ведь тигельная сталь была достаточно трудоёмка в изготовлении, варили её в небольших количествах, высокого качества, и берегли.
А вот кричное железо, из которого сделана основа инструментов и множество всяческих скобяных изделий, должно было выплавляться в гораздо больших количествах.
Но найденные горны в этом не помощники. Для этого использовались сыродутные горны другой конструкции. В них руда с топливом загружалась прямо в полость печи, там при температуре порядка 1300°С происходило восстановление железа из оксидов. При этом восстановленное железо спекалось в губчатую массу (крицу). Шлаки стекали вниз, и пода, как такового, там не было.
То, что археологи таких печей (домниц) на описанном городище не нашли, говорит о двух возможных вариантах. Либо кричное железо местные жители покупали, либо просто сыродутные горны не попали в зону раскопа. Первое - маловероятно, ведь мы здесь имеем дело с более высоким техническим уровнем тигельной плавки. Тот, кто умеет это, сможет выплавить и кричное железо.
Кроме того, практически на всех раскопах крупных поселений того времени сыродутные горны находят. То есть они были распространены повсеместно. Препятствий для реализации этой технологии в данном поселении нет. Скорее, действовала вторая причина: вспомним, что раскопано здесь всего 10% поселения.
Кроме того, надо чётко понимать, что покупка сырья и комплектующих - это не просто дополнительные производственные расходы. Такая кооперация означает стратегическую уязвимость производства и основанного на нём поселения. Для того чтобы быть уверенным в надёжности поставок, надо иметь развитую инфраструктуру (надёжные транспортные системы), и не вести постоянных войн.
То есть входить в состав большой развитой политической системы (государства). Поэтому те, кто твердят о дикости тогдашней жизни, постоянных взаимных набегах и разбое, должны забыть о средневековой кооперации и развитой промышленной торговле.
Эпизодические торговые операции с немногочисленными предметами роскоши - это одно, а ежедневный и большеобъёмный импорт базового сырья - совсем другое. Даже при стабильной политической обстановке импорт основного сырья сделал бы производство крайне зависимым и уязвимым.
Но это не позволило бы поселению развиваться и процветать, как это видно по его размерам и уровню мастерства его ремесленников. Окончательную точку в этом вопросе ставит находка фрагментов железных криц, торговать которыми в таком необработанном виде нет смысла. Очевидно, следует признать, что поселение владело и сыродутной выплавкой железа.
Итак, можно с уверенностью сказать, что на Рождественском городище имелся полный металлургический комплекс, от руды до готового изделия. Минимум 2 металлургических горна для тигельной плавки, один для сыродутной выплавки железа. Каждый обслуживали не менее 2-3 металлургов в каждой смене, потому что требуется постоянный поддув мехами. Работники должны сменять друг друга.
Итого 6-10 металлургов. Не следует фантазировать, что на поддуве сидели несовершеннолетние подростки. Подросткам и другой, менее тяжёлой работы хватало, а здесь полноценно работали 6-10 здоровых мужиков.
Но нужны ещё и сопутствующие производства. Та же самая руда сама из земли не вылезет и в горн не набьётся. Её надо отыскать, извлечь из-под земли, прокалить на огне и измельчить. Затем руду требуется доставить в город, иногда на большое расстояние.
А это своя отдельная масштабная работа, требующая умения и навыков. Если бы этим занимался сам металлург, то его печи простаивали бы большую часть времени. Поэтому на Руси издавна известна профессия «копщик» (не ям, а руды). В 16 веке на Урале добычей руды занимались тоже отдельно.
Поэтому необходимо учитывать, что в процессе участвовали и эти люди. А так как металлургия была и цветная, и чёрная, использовались разные руды и месторождения. Значит, и рудокопов было достаточное количество - не менее 2-х на одно «месторождение». В нашем случае - минимум 4 человека.
Кроме того, металлургия использовала тогда и сейчас использует доломит и другие флюсы, которые тоже надо добывать, перерабатывать и доставлять. Как минимум, 1 человек был на добыче флюса.
Плавка шла на древесном угле. Потреблялось его огромное количество. При ежедневной работе хотя бы 3-х найденных горнов сжигалось бы не менее 3 куб. метров древесного угля.
Реальная же потребность всего производства, с учётом ненайденных сыродутных горнов и передельных производств, должна была доходить до 10 куб. метров в день. Этим занимались углежоги. Они выжигали уголь в ямах. Работа эта грязная и тяжёлая, но особых навыков не требует. Для этой работы требуется минимум 4 человека.
А ведь для того чтобы получить 10 кубов угля, что составляет, примерно, 2 тонны, нужно заготовить 15-16 кубов берёзы. Это значит, что нужно свалить около 15-20 берёз с диаметром не менее 30 см у основания, распластать на чурбаки, и растащить по ямам. Это - бригада лесорубов не менее 10 человек.
Расчёты населения в первом приближении
Давайте подытожим. В металлургической отрасли работало, минимум, 15-20 человек. Эти люди, я уверен, имели семьи. Традиционно, даже с учётом высокой детской смертности, в семье было в среднем порядка 5 детей. И стариков наши предки всё-таки, тоже с обрыва не сбрасывали. Значит - плюс 2 стариков.
Получается 15-20 мужчин, плюс 15-20 женщин, плюс 75-100 детей, плюс 30-40 стариков. Итого: 135-180 человек, живущих в основном на доходы от металлургической отрасли.
Разумеется, всем им не было смысла жить в городе. Рудокопы, лесорубы, и углежоги с высокой степенью вероятности жили неподалёку от места работы. Я не утверждаю, что лесорубы жили в лесу прямо под деревом. Нет, просто они были сельским населением.
Но если взять минимальные цифры, то тех, кто однозначно жили в городе, было минимум 54 человека или 6 домашних хозяйств. Селян, завязанных в процессе, - 81 человек или 9 домашних хозяйств.
Если бы я был уверен, что в поселении кроме металлургии ничем абсолютно не занимались, то смело умножил бы эти показатели на 10 и получил бы 540 городских жителей или 60 хозяйств, и 810 сельских жителей или 90 хозяйств. Ведь исследовано только 10% территории.
Сюда следовало бы добавить социальную надстройку в виде властей и охраны, которая в те времена составляла, вероятно, порядка 5-10%. Возьмём среднюю цифру 7% и получим дополнительно 38 городских жителей и 4 хозяйства. Всего соответственно 578 городских жителей или 64 домашних хозяйства.
Кроме того, все они потребляли продовольствие. Потребляли, но не производили. А кто его производил? Это дополнительные сельские жители, не занятые в производственном процессе.
Причём известно, что при сельскохозяйственных технологиях того времени, для того, чтобы прокормить излишками продовольствия 1 домашнее хозяйство, занятое в производстве, требовалось не менее 3 сельских хозяйств.
Значит, к сельским жителям следует добавить ещё 4164 земледельца, что составит 4974 сельских жителя или 552 сельских домашних хозяйства. Уже на этой стадии можно создавать реконструкцию. Однако, неравномерная занятость работников в других отраслях может существенно скорректировать расчёты.
Металлообработка
Здесь мы не рассчитываем найти оборудование в виде механических устройств, станков (разве что, кузнечные горны) и подразумеваем ручную обработку.
Поэтому нас интересует, прежде всего, инструмент и сами изделия. Процессы металлообработки занимают значительно меньше места, чем металлургические, и интересны в первую очередь с точки зрения реконструкции быта и внешнего облика жителей города. Я думаю, что всё вышесказанное позволяет уже говорить именно о городе.
Самым распространённым процессом металлообработки тогда была ковка. Для оборудования кузницы необходимы: кузнечный горн, наковальня и закалочно-охлаждающая ёмкость. В условиях нашего климата - это крытое срубное помещение размером, минимум, 3 на 4 метра.
Долговременная работа кузнеца под навесом или на открытом воздухе, как обычно изображают художники со слов археологов, с учётом сезонных колебаний температуры, в нашем регионе просто исключена: это прямая дорога на больничную койку. Качество изделий также пострадает - заготовка будет остывать быстрее и снизится производительность.
Думаю, для того чтобы избежать таких проблем, стоило поработать топором. Тем более, что ниже будет показано, насколько высоким был у горожан уровень плотницкого и столярного ремесла.
Работать в кузнице должны, минимум, 2 человека. Мы не знаем, сколько здесь было кузниц, но можно обоснованно полагать, что один металлургический горн работал на 1 кузницу. Если 3 горна, то это тройная производительность, значит, в 3 раза большая по размерам или 3 отдельные кузницы. В любом случае, минимум, 6 кузнецов. Потребляли они порядка 2 куб. метра угля в сутки.
И что, собственно, можно произвести в этой кузнице?
На оснащённой таким образом кузнице можно производить проковку криц, для удаления неметаллических включений и получения кричного железа. Без проковки крица - это губчатая рыхлая масса, и ни к чему не пригодна. Это делали здесь однозначно.
Можно также ковать из кричного железа скобяные изделия, гвозди, скобы, подковы, засовы, дверные петли, детали механизмов; разбивать железо в листы, полосы, прутки; тянуть проволоку из железа, меди, серебра и золота (однако, вероятно, серебром и золотом занимались отдельно).
Среди найденных на городище изделий есть всё перечисленное. Также на подобных кузницах выполняется кузнечная сварка, пайка твёрдыми (медь, латунь) и мягкими (олово) припоями. При сварке и пайке применялись в обязательном порядке флюсы типа буры. Их добывали те же, кто занимался флюсами для металлургов.
Результат применения этих технологий, мы наблюдаем среди находок (Рис.4). Практически все железные изделия выполнены с использованием сварки. Многие из них выполнены в виде трёхслойного пакета, либо с вваркой стального лезвия. По схеме трёхслойного пакета изготовлено 60% всех найденных ножей.
Наварка стальных лезвий использована и при изготовлении ножниц. Это были великолепные по остроте и долговечности изделия, а их разнообразие так велико, что даже присутствуют абсолютно современного вида столовые ножи со скруглёнными концами.
Интересно, что ножей низкого качества практически не находят. Те, которыми мы с вами сегодня скоблим овощи на кухне, близко не подходят для сравнения по качеству стали. Даже мотыги того времени так твёрды и остры, что археологи сомневаются, не тёсла ли это для дерева. Но и наконечники плугов такого же качества, а ведь ими-то явно ничего не тесали.
Сейчас сельскохозяйственные и бытовые инструменты такого уровня качества не просто очень дороги, их фактически не производят. Значит, наличие таких орудий труда свидетельствует о высоком качестве жизни того времени и облегчении ручного труда.
Кто косил твёрдой, хорошо отбитой и выправленной косой, знает, что усилий при этом тратится меньше, чем иным электрическим триммером. Такая коса гораздо легче, её без труда можно принести на дальний покос, и если она изготовлена по вышеописанным технологиям, то тупиться будет крайне редко.
Механическая обработка, скорее всего, производилась как в самой кузнице, так и в специальных слесарных, ювелирных мастерских. Из обработки металлов резанием можно назвать шлифование. Найдено множество точильных камней. Среди них даже есть вполне современный по форме точильный круг.
На таком круге можно получать очень ровные зашлифованные поверхности. Те же ножи, ножницы могут быть обработаны не хуже современных.
Также невозможно изготовление изделий с таким качеством без запиловки напильниками. Действительно, напильники тогда были широко распространены. Например, напильники 13 века из Райковецкого городища и Вышгорода, совершенно не отличаются от современных.
На рисунке (Рис.5) (а) - вышгородский, (б) - райковецкий. Под буквой (в) обратите внимание на разнообразие профилей древних напильников. Под буквой (г) среди профилей современных напильников нет овального. Это о чём-то говорит.
В нашем случае напильники не найдены, но то, что запиловка при изготовлении найденных изделий использовалась, отрицать невозможно.
Кроме этого, производилась обработка металлов давлением. Это рубка, прошивка, насечка, гибка, клёпка, чеканка, штамповка на матрицах. Найдены соответствующие инструменты и изделия. Интересны в этом плане литые ажурные матрицы, которые позволяли чеканить из листа повторяющиеся металлические накладки (Рис.6). Получалось очень красиво, аккуратно и производительно. Их найдено огромное множество (Рис.7).
Вообще, можно сказать, что жители города владели всеми способами слесарной обработки. За исключением, возможно, сверления и распиловки металла, которое они заменяли прошивкой, и рубкой.
Имея найденные инструменты, можно было изготовить практически любую механическую вещь, хоть часы Фаберже. Только для этого, разумеется, надо было ещё владеть специфическими расчётами.
Самым распространёнными механизмами, которые делали городские ремесленники, были навесные замки. Их найдено множество (Рис.8). Замок состоял из корпуса с фигурными пазами и полостью, а также дужки с закреплёнными на её конце пластинчатыми пружинами. Защёлкивался он автоматически, а отпирался с помощью фигурного ключа.
При закрывании дужка вставлялась в отверстия корпуса. При этом пружины автоматически сжимались, и распрямлялись, только оказавшись в закрытой полости корпуса при полном замыкании дужки. Таким образом, они, упираясь концами в корпус, надёжно фиксировали дужку.
В закрытую полость вела лишь узкая фигурная прорезь на донце корпуса. Открыть замок без специального ключа было очень непросто. Для размыкания замка соответствующий ключ вставлялся в прорезь и при дальнейшем продольном перемещении сжимал пружины, позволяя извлечь дужку из корпуса.
Думаю, читатели далеки от мысли, что жители запирали столь надёжными замками навесы, шалаши и полуземлянки.
Видимо, пора уже вести речь о добротных дощатых дверях, срубных домах, надёжных потолках с теплоизолирующей засыпкой и не протекающих крышах. Ведь мало смысла в замке на двери, если в дом можно легко проникнуть, разметав солому или лубки на крыше.
Можно с уверенностью сказать, что быт жителей города не был тягостным. Если ювелирные ремёсла развиваются, значит, они востребованы.
А то, что люди могут позволить себе не просто добротные, а красивые, изысканные вещи, говорит о достатке. Кроме того, подобные украшения встречаются в здешних захоронениях столь часто, что нет оснований говорить о них, как о чём-то элитарном. Эти вещи были доступны рядовым горожанам.
Чтобы разобраться, как это производство могло выглядеть в реальности, достаточно не валить всё в одну кучу. Не стоит полагать, что один и тот же кузнец метался между наковальней и проволочной канителью, а затем, не успев от окалины руки отмыть, серебро чеканил. Ничего не надо выдумывать, потому, что мы знаем, как исторически объективно сложилось разделение труда по ремёслам.
То что здесь в 13 веке разделение труда на ремёсла уже произошло, не вызывает сомнения. Об этом свидетельствует высокий уровень мастерства, богатый набор способов обработки и очень разнообразный инструментарий.
Я понимаю, как некоторым неприятно это признавать. А как же, ведь то же самое происходило в это время в Европе. Нам же, в учебниках истории писали, что здесь были тогда только ёлки и волки. Однако находки свидетельствуют о ранней и более интересной истории нашего края.
Однозначно отдельно существовала ювелирная мастерская. Там производилась чеканка, штамповка, клёпка, высечка, шлифовка, полировка, серебрение, золочение. Там же тянули латунную, серебряную, золотую проволоку через канитель, и делали из них цепочки и другие украшения, которые найдены во множестве.
Для работ по золочению, серебрению, а также ювелирной пайке требуется своя печь, высокотемпературная (до 1000°С), но очень небольшая. Её археологи могли не зафиксировать вообще. Бегать к соседям металлургам и путаться у них под ногами со своими маленькими тигельками ювелиру очень нерационально.
А без нагрева ему даже не отлить заготовку для волочения проволоки. Скорее всего, на этой же, не найденной пока печи плавили и драгоценные металлы для отливки изделий. Вместо печи могла использоваться паяльная лампа особой конструкции, какие к тому времени известны в средней Азии.
Здесь пока ничего подобного не найдено, поэтому следует остановиться на печи. Впрочем, на наши построения это мало влияет, лишь несколько снижает технологические возможности.
Специфика ювелирного ремесла в том, что там всё небольшое и достаточно дорогое. Поэтому объёмы небольшие и потери стараются уменьшить. На большой печи и расходы на топливо и потери всегда неизбежно велики. Поэтому достаточно объёмное бронзовое литьё всегда существовало в отдельном процессе.
Таким образом, ювелирная мастерская представляла собой закрытое помещение минимум 3 на 4 метра, подобное кузнице. Там располагалась небольшая печь для плавки, золочения и серебрения, верстак и масса инструментов. Среди приспособлений должны были присутствовать волоки (канители), маленькие прокатные валки, и наковаленка. Работать там может 1 человек. Потребление угля невелико.
У нас выделилась кузница и ювелирная мастерская. Механическая мастерская того времени вряд ли могла быть совмещена с кузницей. Она должна была быть отдельной, где выполнялись только работы по шлифовке, подгонке и сборке. Те же клинки могли коваться в кузнице, и это только 1/3 часть работы, а шлифовка, сборка рукоятей и ножен могла происходить уже в другом, более приспособленном и комфортабельном помещении.
Следует принять второе предположение, как общепринятую практику в ремесленных центрах того времени. Заниматься шлифовкой и сборкой изделий действительно невозможно в условиях кузницы. Для качественной шлифовки нужно, как минимум хорошее освещение.
В кузнице же наоборот освещение всегда было полутёмным. Это важно для определения степени нагрева поковки. Его кузнецы и сегодня определяют по цвету раскалённого металла. Если недогреть, то металл потрещит в процессе ковки, если перегреть, то тоже появятся дефекты. При естественном, дневном свете оттенков цвета горячего металла просто не видно.
Таким образом, выделяется механическая мастерская. Это такое же по размеру, как и кузница, закрытое помещение, оборудованное небольшой наковальней, верстаком, точильным станком с ручным приводом, хорошим освещением и множеством инструментов.
Шлифовка, полировка и подгонка - процесс трудоёмкий, длительный и требующий высокой квалификации. То, что может за день наковать кузнец, шлифовщик сможет довести, минимум, за 3 дня, так как его работа менее производительна.
Однако следует заметить, что часть изделий кузнечного производства выходит в готовом виде. Это в основном скобяные изделия. Поэтому можно принять, что в механической мастерской работало, как минимум, 2 человека.
Продолжение следует.
А. Артемьев
***Источник.
НАВЕРХ.