Жители неолитического поселения применяли сложные строительные технологии

Фото из открытых источников

Группа археологов обнаружила на неолитическом поселении Моца, недалеко от Иерусалима, что жители того времени уже освоили сложную технология изготовления штукатурки путем обжига доломита — это открытие отодвигает первое документально подтвержденное использование этого материала почти на 8000 лет назад, к периоду, который ранее считался римским.

Около 10 000 лет назад, задолго до того, как римляне ступили на Святую Землю, жители неолитического поселения Моца уже строили свои дома с оштукатуренными полами исключительного качества и прочности. Но исследователей удивил не только возраст, но и используемый материал: обожженный доломит — порода, для обработки которой требуются высококвалифицированные технические знания и которая, согласно всем историческим данным, не использовалась для штукатурки до Римской империи, восемь тысячелетий спустя.

Исследование, опубликованное в Journal of Archaeological Science учеными из Управления древностей Израиля и Института науки Вейцмана, показывает, что ремесленники докерамического неолита B (приблизительно 7100–6700 гг. до н.э.) использовали не только известняк, как это было типично, но и обжигали доломит, добытый из местной горной породы, для создания полов и других сооружений.

В результате получилась гораздо более прочная и водостойкая штукатурка, чем традиционная известняковая. Однако процесс был настолько сложным, что до недавнего времени археологи считали, что ни одна древняя культура не освоила его до римлян.

Результаты свидетельствуют о существовании технологии, утраченной в истории, которая позволила осуществить полный цикл доломита и извести, аналогичный известному циклу известняка и извести, отмечают авторы в своих выводах. Это предложение суммирует масштаб открытия: строители Моцы достигли того, что современной науке с трудом удается воспроизвести.

Археологический комплекс Моца расположен примерно в пяти километрах к западу от Иерусалима, между реками Нахаль Моца и Нахаль Сорек. Раскопки проводились в период с 2015 по 2021 год во время строительства новой автомагистрали, в результате чего была обнаружена территория площадью более трех гектаров, заполненная археологическими находками, относящимися к периоду от эпипалеолита до недавней истории.

Но наибольшее внимание археологов привлекло масштабное поселение докерамического неолита, насчитывающее более ста оштукатуренных полов, распределенных между более чем двадцатью комплексами зданий. Основной этап строительства относится к позднему докерамическому неолиту, хотя были обнаружены и свидетельства более раннего заселения того же периода.

Самые старые полы того периода исключительно хорошо сохранились, а в некоторых даже сохранились красные пигменты. Напротив, более поздние полы были тоньше, хрупкие и пористые. Но у всех них было одно общее: многие содержали доломит.

Чтобы понять значение этого открытия, необходимо немного знать о доломите. Это минерал, состоящий из карбоната кальция и магния. Его более известный родственник, известняк, представляет собой чистый карбонат кальция. При обжиге известняка для изготовления штукатурки (процесс, называемый кальцинированием) образуется негашеная известь (оксид кальция), которая затем гасится водой и смешивается с другими материалами для получения штукатурки.

Однако с доломитом сложнее. Он обжигается при несколько более низкой температуре, чем известняк, что теоретически может сэкономить топливо, но результат будет иным. При сжигании доломита образуются оксиды кальция и магния, которые при взаимодействии с водой и углекислым газом, как правило, образуют смесь различных минералов (бруцит, магнезит, гидромагнезит и т. д.) и редко вновь образуют доломит.

На самом деле, геологи десятилетиями пытались понять, почему доломит так обильно встречается в древних породах, но практически не образуется в наши дни. Это известно как проблема доломита. И здесь кроется загадка Моцы: в отложениях этого участка исследователи обнаружили в основном доломит и кальцит, а не другие ожидаемые магниевые минералы.

Авторы поясняют, что ни один из характерных пиков, наблюдавшихся в исторических доломитовых растворах, не был обнаружен. Растворы последних нескольких столетий обычно демонстрируют ряд пиков термического разложения в диапазоне от 200 до 550 °C, связанных с гидромагнезитом, бруситом и магнезитом. В полах Моцы эти пики отсутствуют. Присутствуют только доломит и кальцит.

Ключ к открытию кроется в остатках печей. Археологи обнаружили несколько неглубоких очагов диаметром от 1,5 до 2,6 метров и глубиной около 50 сантиметров с обгоревшими от огня краями. Это были остатки каменных печей для обжига.

И кое-что бросилось в глаза: не во всех ямах был один и тот же тип камня. В одном месте яма была заполнена кальцитовыми (известняковыми) камнями. В соседней яме были только доломитовые камни. Оба типа камней подвергались воздействию огня, но независимо друг от друга.

Почему? Исследователи считают, что неолитические ремесленники уже знали, что доломит и известняк требуют различной термической обработки. Для получения качественной доломитовой штукатурки контроль температуры имеет решающее значение. При перегреве доломит полностью декарбонизируется и образует менее желательные магниевые минералы. При достаточном нагреве часть исходного доломита остается неповрежденной и служит «зародышем» для перекристаллизации.

Мы предполагаем, что пирогенный доломит в штукатурке Моцы — это доломит, который образовался заново после декарбонизации в процессе изготовления штукатурки, пишут авторы. Это означает, что строители неолита замкнули цикл: они обжигали доломит, но затем успешно реконструировали его в доломит — чего не могли сделать римские или средневековые штукатуры.

Полы в стиле Моца состоят из двух слоев. Нижний, или базовый, слой имеет желтоватый оттенок, довольно толстый и содержит в качестве заполнителя фрагменты щебня. Поверх него находится более тонкий белый финишный слой, иногда покрытый красной краской.

В нижнем слое исследователи обнаружили два типа доломита. С одной стороны, это были крупные фрагменты щебня размером с песок (миллиметры). С другой — мельчайшие ромбоэдрические кристаллы размером 10–30 микрон (мелкая пыль), равномерно распределенные в связующем веществе.

Именно этот мелкий размер, идентичный размеру исходных кристаллов породы, заставил ученых заподозрить, что это не щебень. При дроблении породы образуются частицы всех размеров, от пыли до гравия. Однако на этих полах наблюдается разрыв в размерах: почти нет частиц размером от 10 до 30 микрон до миллиметровых агрегатов. Как будто мелкие кристаллы образовались непосредственно в связующем веществе.

Сопоставив это наблюдение с ранее упомянутой ямой для костра из доломита, мы выдвигаем гипотезу, что в оштукатуренных полах присутствуют два типа доломита: некоторые камни просто измельчали и использовали в качестве заполнителя, а другие обжигали вместе с кальцитом для образования связующего вещества, поясняют они.

Для подтверждения своей гипотезы исследователи провели простой эксперимент. Они взяли стандартный кальцит и доломит из одного и того же карьера Моца, смешали их в соотношении 50% каждый (среднее соотношение, обнаруженное в полах) и обожгли при температуре 900°C в течение четырех часов. Затем они промыли смесь водой и дали ей высохнуть.

Результат оказался неожиданным: экспериментальная штукатурка показала структуру, очень похожую на структуру археологических полов. Под микроскопом ромбоэдрические кристаллы доломита (точнее, магния) были окружены микрокристаллами кальцита, как и в образцах из Моцы.

Однако существовало существенное различие: даже спустя три года после создания экспериментальная штукатурка не превратилась в доломит. Ромбоэдрические кристаллы по-прежнему представляли собой оксиды магния, а не настоящий доломит. В отличие от них, в полах Моцы возрастом 10 000 лет содержится доломит. Что же произошло?

Авторы предполагают две возможности. Во-первых: неолитические ремесленники использовали другой метод обжига, возможно, при более низкой температуре, оставляя часть исходного доломита необожженной, чтобы он служил «ядрами» для перекристаллизации. Во-вторых: прошедшие десять тысячелетий позволили произойти чрезвычайно медленной трансформации, которую невозможно воспроизвести в лабораторных условиях.

Возможное повторное образование доломита в штукатурках Моцы может быть связано с течением времени (почти 10 000 лет) или с методом подготовки, отличным от того, который использовался в нашем эксперименте или в другие исторические периоды, признают они.

Зачем использовать такой сложный в обработке материал? Исследователи указывают на несколько причин. Первая и самая очевидная: Мотца расположена непосредственно на доломитовой породе. Использование камня под ногами позволило сэкономить силы на доставке известняка из близлежащих месторождений. Но если бы дело было только в удобстве, они могли бы использовать доломит исключительно в качестве щебня, а не в качестве связующего вещества. Должна была быть более веская причина.

Ответ кроется в свойствах доломита. Доломитовые породы значительно тверже известняка, почти такие же прочные, как современный цемент. Они также менее растворимы в воде. Благодаря равномерному распределению кристаллов доломита по всему связующему веществу, полученная штукатурка оказалась намного прочнее и влагостойче, чем штукатурка из чистого кальцита.

Интересно, что этот подход перекликается с советом, данным столетия спустя римским архитектором Витрувием, который в I веке до н.э. писал, что доломит предпочтительнее для строительных растворов, а известняк — для финишной штукатурки. Именно так поступили жители Моцы: базовый (строительный) слой богат доломитом, а поверхностный (отделочный) слой состоит почти из чистого кальцита.

Исследование приходит к выводу, что жители Моцы, принадлежащие к PPNB, изготавливали штукатурку в соответствии с типичными для этого региона традициями, но адаптировали стандартные рецепты на основе извести или гипса, чтобы разумно использовать местные материалы.

Это открытие имеет не только историческое значение. Авторы отмечают, что возрождение этой утраченной технологии может найти практическое применение уже сегодня. Использование местного доломита вместо привозного известняка снижает расход топлива. Кроме того, поскольку доломит обжигается при более низкой температуре, чем известняк, для производства штукатурки требуется меньше тепла. В эпоху, когда большое внимание уделяется углеродному следу, эта экономия энергии не является незначительной.

Есть и геологическое значение. Если доломит действительно может восстанавливаться в условиях неолитической штукатурки, это дает новые подсказки для решения проблемы доломита: понимания того, как этот минерал образуется в природе.

Авторы отмечают, что данное исследование может иметь более широкие последствия для геологической «доломитовой проблемы», поскольку оно предполагает, что доломит может образовываться в условиях, ранее не описанных в литературе.

Исследователи не скрывают своего восхищения техническим мастерством этих неолитических ремесленников. Производство качественной доломитовой штукатурки остается сложной задачей даже сегодня. Оно требует точного контроля температуры обжига, гашения, смешивания и отверждения — навыков, которых большинству современных строителей не хватает.

Учитывая дискуссии в современной литературе о трудностях производства высококачественной доломитовой штукатурки, достижение этого сообществом, использующим такую продвинутую технологию, было бы выдающимся достижением, пишут они.

На самом деле, первое ранее задокументированное использование доломитовой штукатурки относится к римской эпохе, спустя 8000 лет после моцских полов. А в XIX и XX веках доломитовая штукатурка вышла из моды, будучи подвергнута критике в многочисленных научных исследованиях как некачественный материал. Лишь в последние десятилетия, после анализа исторических зданий, в которых она использовалась и которые выдержали испытание временем, к ней вновь возрос интерес.

Теперь Мотца показывает, что истинное происхождение этой технологии лежит в ближневосточном неолите. Жители этого поселения не только различали известняк и доломит визуально (что было непросто), но и разработали метод их раздельного обжига и смешивания в правильных пропорциях для создания прочных и износостойких полов.

Как заключают авторы: им, возможно, удалось успешно получить доломитовую штукатурку, в которой доломит полностью перекристаллизуется вместе с кальцитом, что, насколько нам известно, нигде больше не наблюдалось и считалось физически невозможным. Это достижение, спустя десять тысяч лет, по-прежнему поражает науку.