Культурная эволюция Homo sapiens. История изобретений: от освоения огня до открытия электричества - Рашид Шафигулин

Книга Левит говорит нам, что есть можно только чистую пищу. Согласно ей, животные также делятся на чистых и нечистых. Левит 13 глава — это фактически медицинский трактат, разъясняющий, как определить симптомы болезни и как очиститься от нее.

15. Металлургия. Железо

Человек освоил в первую очередь такие металлы, как медь и золото потому, что находил их в виде самородков. А вот железо появилось в его обиходе значительно позже, поскольку в самородном виде оно почти не встречается. Его можно увидеть разве что в метеоритах, падающих из космоса, которые содержат до 90 % железа. Чистое железо выглядит очень привлекательно — как блестящие куски металла серебристого цвета. Чистое железо — металл мягкий, пластичный, легко поддающийся механической обработке. Но, к сожалению, на воздухе оно быстро ржавеет, так что использовать его почти невозможно. Рыхлая ржаво-коричневая ржавчина (в старину ее называли рыжей чумой) делает обработку его бесполезной, поскольку изделия из чистого железа под ее воздействием медленно, но неотвратимо разрушаются [1].

Правда, кроме метеоритного существует и земное самородное железо — так называемое теллурическое. Оно встречается преимущественно в базальтовых скалах и возникает в результате взаимодействия оксидов железа с органическими минералами. Теоретически его можно использовать. Но только теоретически. Мельчайшие зерна и тонкие прожилки, в виде которых оно встречается, делает практическое применение его невозможным. Исключение представляет Гренландия, где известны большие скопления теллурического железа. Но в те времена, о которых мы ведем разговор, остров был необитаем [2].

Один из основоположников современной научной археологии Оскар Монтелиус, основатель типологического метода, который он разрабатывал, начиная со своего первого труда «Железный век», старался проследить эволюцию предметов по мере их изменения; выстроив в ходе исследований эволюционные ряды и создав хронологическую систему. Позиция Монтелиуса, считавшего, что сначала железо использовалось нашими предками как редкое сырье для украшений (иногда в сочетании с золотом), и только значительно позже — для производства орудий труда и оружия, постепенно вытесняя медь и бронзу на второй план, нашла подтверждение в последующих археологических разработках.

Украшения и простейшие орудия труда из метеоритного железа человек делал еще в энеолите и бронзовом веке. Но их изготовление не носило системного характера, скорее это было исключение из правил, поскольку предметы такого рода делались преимущественно из меди, а позднее — бронзы. А вот к выработке железа из руд человечество пришло лишь несколько тысячелетий спустя.

Казалось бы, железо есть железо, каким бы способом оно ни было получено. Но это не так. Изделия из метеоритного железа значительно отличаются от тех, что изготовлены из железа, полученного из руд, или, как его называют, металлургического. Для начала: в метеоритном железе отсутствуют какие-либо шлаковые включения, а в металлургическом они неизбежно присутствуют, хотя бы в малых долях. Кроме того, метеоритное железо обычно отличается гораздо более высоким содержанием никеля, что делает его более твердым по сравнению с металлургическим. Но по этой же причине — в связи с содержанием никеля (от 5 до 20 %, в среднем 8 %) делает метеоритное железо более хрупко, чем его металлургический аналог.

Из-за своей хрупкости метеоритное сырье обрабатывалось преимущественно холодной ковкой. Но некоторые изделия из него были получены и в результате горячей обработки.

Расплавить железо гораздо труднее, чем медь. При плавке меди она течет в виде жидкости на дно печи. При этом шлаки накапливаются на поверхности жидкой меди, и их можно слить, оставив чистую медь. Она легко идентифицируется как медь, и весь процесс выплавки понятен. Но физическая химия выплавки железа из оксидных или сульфидных руд значительно отличается от выплавки меди, что сильно мешало нашим предкам определить, произошла ли выплавка железа даже тогда, когда она действительно происходила. В принципе, железо может быть выплавлено из магнетита или гематита, которые являются сравнительно распространенными рудами. Но железо не плавится при температурах, которые достигаются в примитивной печи. Поэтому железные руды остаются твердыми в условиях, когда медь и бронза «текут».

Проблема заключается еще и в том, что даже когда химические реакции, происходящие при нагревании железных руд, завершены, полученное железо еще не расплавлено: оно вступило в реакцию как твердое вещество. При нагревании малахита печь будет производить расплавленную медь и жидкий шлак. Но железо в таких же условиях остается неплавленным, представляя собой плотную губчатую массу. В руде всегда есть примеси, которые образуют шлак, но железо не избавляется от них в процессе плавки. Оно будет удерживать по крайней мере часть шлака в небольших отверстиях своей губчатой структуры. Если даже опытный кузнец распознает в этой массе железо, из-за обилия шлаков он все равно не сможет его использовать. Прорыв в плавке железа произошел тогда, когда было принято решение «забивать» глыбу «грязного» металла горячим молотом, пока шлак еще расплавлен. Обрабатывая металл на наковальне, кузнец как бы вытесняет жидкий шлак из губчатой структуры железа, шлак «выплескивается» наружу, оставляя после себя довольно чистое железо. Очевидно, это было очень трудное, опасное занятие, требовавшее дополнительного времени, энергии и топлива. Губчатую массу приходилось нагревать несколько раз, чтобы расплавить и вытеснить шлак полностью.

Конечно, все это не могло не сказаться отрицательно на качестве металла. Даже когда кузнецы производили кованое железо, оно не всегда было лучше бронзы. Древние кузнецы должны были опытным путем изучать металлургию железа и его сплавов, которая была гораздо сложнее металлургии меди и бронзы. Хоть они и решали эти проблемы эмпирическим путем, химия процесса, по вполне понятным причинам, оставалась для предков секретом вплоть до Нового времени. Самое главное — кузнечное дело в те времена нередко зависело не только от мастерства кузнеца, но и от его удачливости, а то и просто от стечения обстоятельств. Овладение железом и сталью казалось современникам магическим процессом. Именно тогда возникают легенды о волшебных мечах, выкованных кузнецами, которые в свою очередь воспринимаются как волшебники.

Как и медь, железо может быть сплавлено с другими металлами, такими, например, как никель и титан, что позволяет получить сплавы с разнообразными свойствами — в зависимости от потребности. Ценность их была по достоинству оценена кузнецами, хотя они, естественно, не владели химическим анализом сплавов. Но самый важный для человечества сплав железа, получивший название «сталь», был получен кузнецами неожиданно для них самих.

Как известно, сталь — это сплав железа с углеродом. Но если для того, скажем, чтобы получить бронзу, к меди надо было добавить олово, то для получения стали никакого другого металла к железу добавлять не требовалось. Углерод получался из