Металлы и металлургия
Изучение металлургии и металлов, найденных на археологических памятниках, ограничено как состоянием находок, так и нашими знаниями о доисторической металлургии в целом (Мюли и Уэртайм — Muhly and Wertime, 1980; Тайлекоут — Tylecote, 1992). Сохранность металлических орудий в археологических горизонтах целиком зависит от кислотности почвы. При некоторых обстоятельствах железные предметы сохраняются хорошо и их можно детально изучить; в других случаях кислоты почвы превращают железо в совершенно бесполезную ржавую кучку. Медь, серебро и золото обычно сохраняются несколько лучше.
Сначала люди познакомились с металлами в виде пород, которые их окружали. Свойства металлосодержащих пород — цвет, блеск и вес — делали их привлекательными для использования в натуральном виде. Постепенно люди поняли, что нагревание таких пород, как кремний и сланец, облегчает работу с ними. Применив эти познания к металлическим породам, обработчики камня обнаружили, что из чистой меди и других металлов можно делать орудия посредством последовательных обивок и нагреваний. До XVIII века н. э. из приблизительно семидесяти металлических элементов на земле использовались только восемь — железо, медь, мышьяк, олово, серебро, золото, свинец и ртуть. Для древних мастеров по металлу представляли интерес такие свойства металлов, как цвет, блеск, отражающая способность (для зеркал), акустические свойства, легкость литья и ковки, степень твердости и прочности. Те металлы, которые можно было переработать вторично, имели явные преимущества (Крэддок — Craddock, 1995).
Мы много знаем о древней металлургии, потому что доисторические артефакты в своей микроструктуре хранят следы термической и механической обработки. Эту структуру можно изучать с помощью оптического микроскопа. Каждая мельчайшая частица металла является кристаллом, который формируется по мере отвердевания металла. Их размер и форма могут дать информацию о том, использовались ли сплавы, об условиях охлаждения и типе использованных форм. Сначала древние металлурги использовали чистые металлы, которые можно было легко обрабатывать, но из них получались только мягкие орудия. Затем они научились сплавлять одни металлы с другими для получения более твердых и прочных изделий с более низкими точками плавления.
Основные данные для изучения доисторических сплавов дают фазовыедиаграммы, которые соотносят температуру и состав сплава, показывая сравнительную растворимость металлов при соединении с другими металлами. Фазовые диаграммы разрабатываются при контролируемых условиях в лабораториях и скорее отражают идеальные условия. При изучении предмета под оптическим микроскопом исследователи часто отмечают различия в химическом составе, такие как сердцевинная древоподобная структура, характерная для литых медно-оловянных сплавов. В металлах есть нерастворимые частицы, которые могут дать ключи к пониманию процедур плавления и информацию об используемых рудах. Энергодисперсионный рентгеновский спектрометр и сканирующий электронный микроскоп используются для идентификации таких частиц. Этот впечатляющий набор аналитических средств дал археологам возможность изучить, как в течение 6000 лет экспериментирования привели человечество от простых манипуляций с породами к производству стали приблизительно в 1000 году до н. э. Объективы микроскопов зафиксировали достижений этих тысячелетий и открыли нам триумфы и разочарования древних кузнецов.
