Кузнецы бронзового века на Иберийском полуострове умели производить сталь

Фото из открытых источников

Исследовательская группа из Университета Фрайбурга, проведя детальный анализ микроструктуры и твердости железного зубила возрастом около 2900 лет, продемонстрировала, что ремесленники того времени уже были способны целенаправленно изменять свойства стали.

Исследование, проведенное под руководством Ральфа Араке Гонсалеса из Института археологических наук (IAW) и выполненное археометаллургом Бастианом Асмусом, показывает, что кузнецы применяли разные скорости охлаждения к различным частям одного и того же инструмента, получая зоны со специфическими механическими характеристиками.

Результаты исследования, опубликованные в Journal of Materials Research and Technology, предлагают новый взгляд на технологический переход между бронзовым и железным веками, подчеркивая процесс постепенной эволюции, основанный на адаптации ранее полученных знаний, а не на внезапных революциях.

Центральным объектом исследования является долото, найденное на археологическом участке Роша-ду-Вижио на юго-западе Пиренейского полуострова, в регионе, где ранее уже были обнаружены свидетельства древней металлургической деятельности. Этот фрагмент длиной около восемнадцати сантиметров, поверхность которого сильно повреждена коррозией, имеет окраску от ржаво-коричневого до желтоватого оттенков.

Чтобы преодолеть ограничения, накладываемые разрушением поверхности, команда применила высокоточный аналитический протокол. Бастиан Асмус, который, помимо своей научной деятельности, руководит специализированной археометаллургической лабораторией в Кенцингене, взял образцы как из области лезвия, так и из участка, соответствующего рукоятке или захвату.

Эти образцы были проанализированы с использованием методов оптической и электронной микроскопии, дополненных химическим анализом и измерениями микротвердости по методу Виккерса, стандартному методу в материаловении для оценки сопротивления деформации.

Результаты измерений оказались убедительными и показали преднамеренное функциональное несоответствие. Внутренняя структура металла в области лезвия имела гораздо более тонкую микроструктуру, чем остальная часть инструмента, что напрямую связано с процессом быстрого охлаждения.

С точки зрения металлургии, быстрое охлаждение, или закалка, предотвращает перегруппировку атомов углерода в крупные, мягкие структуры, удерживая их в более напряженной и, следовательно, более твердой конфигурации. Напротив, рукоятка сохранила более грубую структуру и меньшую твердость, что указывает на медленное охлаждение, благодаря чему инструмент сохранил определенную прочность и не сломался под ударом или рычажным воздействием.

Этот внутренний контраст доказывает, что кузнец, выковавший долото, не только знал, что материал по-разному реагирует на тепло, но и был способен избирательно контролировать процесс охлаждения внутри одного и того же изделия, чтобы оптимизировать его общие характеристики.

Ключевым аспектом проверки достоверности интерпретации этих данных стал анализ остатков шлака, связанных с этим местом. Наличие этих стекловидных побочных продуктов, неизбежных остатков восстановления руды для получения железа, подтвердило, что первичное производство металла происходило в Роша-ду-Вижио.

Эта информация имеет важное значение, поскольку исключает возможность того, что долото было уже готовым импортным изделием, и вместо этого предполагает, что местные мастера полностью контролировали всю производственную цепочку, от получения железа до окончательной обработки инструмента. Сочетание местного производства и сложной термообработки на столь раннем этапе развития технологий делает эту находку важной вехой в истории техники.

Интерпретация этих результатов заставляет исследователей переосмыслить природу технологических изменений, представленных переходом от бронзовой к железной металлургии. Бастиан Асмус, сотрудничающий с IAW ученый, объяснил, что это первый случай, когда можно столь наглядно продемонстрировать, что кузнецы бронзового века намеренно применяли термическую обработку к железным инструментам.

«Нам впервые удалось продемонстрировать, что древние кузнецы намеренно использовали тепловые свойства стали, даже несмотря на то, что у них еще не было современных концепций легирования или закалки», — заявил Асмус. Исследователь подчеркнул, что этот процесс не был результатом случайного открытия, а следствием технической эволюции. Мастера, веками знакомые с поведением бронзы при нагревании и кузнечном деле, постепенно перенесли эти эмпирические знания на новый железный материал.

Хотя свойства железа и стали отличаются от свойств меди и олова, основные принципы, согласно которым материал, нагретый докрасна, может деформироваться, и что скорость охлаждения влияет на его конечную твердость, оказались переносимыми понятиями. Таким образом, исследование во Фрайбурге предоставляет материальное доказательство этой передачи знаний.

Результаты работы выходят за рамки анализа отдельного образца. Понимание того, как развивались эти ранние формы металлургии железа, имеет важное значение для выявления закономерностей инноваций и передачи знаний в доисторических обществах. Методологический подход, использованный немецкой командой, также создает прецедент для будущих исследований.

Асмус предупредил о потенциальной предвзятости в современных исследованиях: привычке сравнивать археологические находки с базами данных современных сталей. Поскольку химический состав древних сталей, с их примесями и низким содержанием углерода, контролируемым эмпирически, значительно отличается от современных промышленных изделий, прямые сравнения могут привести к ошибкам интерпретации. «Будущие справочные данные в материаловении должны быть в большей степени адаптированы к химическим свойствам исторических сталей, поскольку мы считаем, что современные сравнительные значения могут вводить в заблуждение», — заключил Асмус.

Статья подтверждает, что способность производить и обрабатывать сталь не была внезапным достижением всего железного века, а постепенным завоеванием, истоки которого лежат в эмпирических знаниях, накопленных в позднем бронзовом веке. Долото из Роша-ду-Вижио, несмотря на сильную коррозию, сохранило следы мастерства ремесленника, который почти три тысячелетия назад уже умел извлекать максимум из нового материала для создания эффективного инструмента.