Бронза древняя и современная

Л.Н.Лариков, доктор техн.наук, профессор, заслуженный деятель науки Украины
Институт металлофизики НАН Украины, Киев

Рассмотрена история металлургии меди и ее сплавов, как фактор развития
цивилизации. Показано, что классическая бронза появилась сравнительно поздно на основе
опыта изготовления других сплавов меди Обсуждаются также причины
длительного хранения бронзы как материала для изделий разного назначения.

Древнюю историю и предысторию человечества разделяют главным образом на четыре эпохи - каминную, медно-каминную (енеолит), бронзовую и железную.

Такое деление достаточно условно, поскольку люди каменного возраста использовали также дерево, кости, глину. Среди изделий енеолиту находят керамику и украшения из золота, серебра, свинца и олова. Ремесленники бронзовой поры использовали также материалы предыдущих эпох и были знакомые с железом
(хотя бы с метеоритным). Следовательно названия этих эпох отмечают лишь ведущий, для каждой цивилизации, материал.

Как давно человечество знакомое с металлами?

В газете " New-York Times" за октябрь 1964 г. появилось сенсационное сообщение о находке металлического предмета (подвеска овальной формы) в захоронении Шанидар (Пивн.Ірак), возраст которого, по данным радиоуглеродного метода, равнялся 10500 лет. Однако на XII Международном Конгрессе доисторических и исторических наук в Праге американский археолог Р.Д.Брейтвуд признал, что при более внимательном исследовании обнаружили, что подвеска была сделана из малахита [1].

Еще 9000 лет назад неолитическое поселение Іерихон было пообношено стеной из бутового камня толщиной 1, 7 м и высотой, что збериглась, до 4 м. Однако здесь были найденные лишь каминные орудия и изделия с кости. Отсутствующая также керамическая посуда, однако найдены фигурки из глины и прекрасные маски [2].

Первые достоверные сведения об использовании металла получены во время раскопок на возвышении Чайону-Тенеси в 5 км от г. Ергани (Анатолия) в слоях 4-5, возрастом 8790Ѐ 250 лет, 8750Ѐ 250 лет и 9200Ѐ 60 лет. Были найдены
медные бусины, четырехгранное шило и проволочные заколки [1 ]. Там же в Анатолии в Чатал-Хуюк откопали кварталы домов со своими святилищами. 8000 лет назад основные орудия производства изготовляли с кости и обсидиана, имея уже украшения из меди и свинца и керамическая посуда в небольшом количестве [2].

Медные украшения в Передней Азии изготовляли сначала из самородной меди.
Исследованиями показано, что куски самородной меди из Ирана и Америки толщиной 5 мм путем холодной ковки доводили до толщины 0, 2 мм Другие образцы толщиной 5 см холодной ковкой доводили до пластин 5 мм. Из них накручиванием на стержень изготовляли цилиндровые элементы ожерелья [1].
Во время длительной холодной ковки медь становилась более твердой (от 87 до 135кг/мм²), но охрупчивалась [3]. Последующая ковка ее возможна лишь при нагревании к температуре красного каления (> 500 ⁰С). Этот процесс отжига по мнению автора [4 ] был значительным изобретением древних мастеров. Это позволяло в несколько этапов изготовлять большие изделия сложной формы из меди.

Последующее развитие технологии шло путем выплавки меди из руды, а у других народов (которые имели достаточно самородной меди) остановился на стадии обработки меди ковкой. Да, ремесленники енеолитичной культуры Больших озер Северной Америки начали ковать из больших самородков меди ножи, остроги и сельскохозяйственные орудия еще 5000 лет назад и продолжали делать это еще 2000 лет [5]. По другому сложилась судьба народов Древнего Египта, где самородки меди - большая редкость.

Енеолит в Египте характеризуют изделия из меди, выплавленной из руды [6]. Медные руды (главным образом малахит) добывали из поверхностных месторождений у Синаи [7], а возобновления углекислой руды к металлу осуществляли, по мнению автора, в закрытой камере гончарной печи [4]. В капитальном труде А.Лукаса [7] однако говорится, что изделия из плавимой меди появились в Египте задолго до знакомства с гончарными печами. Он считает, что плавка меди была изобретена во время глазировки изделий из стеатита или измельченного кварца с помощью малахита в закрытых сосудах.

Додинастична эпоха, которая охватывает все IV тысячелетие до н.э., разделяется на два периода [6]. Первый - амаратский - характеризует господство орудий из камней и кости при наличии мелких медных изделий (украшения, заколки, крышки и тому подобное). В середине первого периода появляются медные наконечники гарпунов длиной до 16 см. На конец первого периода появляются медные ножи, наконечники стрел и копий.

Во втором - герзейскому периоде производят уже большие топоры, тесла и кинжалы. Новым этапом технологии было изготовление этих изделий методом литья в открытые формы со следующей ковкой режущих кромок с целью укрепления [6 ]. Одновременно наблюдается упадок производства кремниевых орудий.

Исключительное значение орудий из меди в истории Египта было в повышении производительности труда [8 ] при использовании изделий из меди (топоры в 3 раза, пилочки - в 15-20 раз). Вместе с возможностями использования могучей реки с плодородным мулом это обусловило организацию ирригационного земледелия и создания государства 5000 лет назад [6]. В Северной Америке енеолит не мог привести к такому результату, но в Южной и центральной Америке высокопродуктивное земледелие и государства возникли также. Не привел к государственности енеолит и в Северном Причерноморъи. Более 4000 лет назад Трипольская культура, что охватывала ареал от правого берега Днепра к Карпатам, хотя и пользовалась изделиями из привозной меди, сохранила хозяйственную систему
охотников и рыболовов [9 ]. Свыше 5000 лет назад возникли города-государства в Нижнем Двуриччи (Мессопотамия) на основе ирригационного земледелия [2]. Шумеры, однако, не имели ни самородной меди, ни медной руды. Металл и даже
камни завозили. Потому енеолит в этом регионе имеет свои особенности.
Прежде чем их рассмотреть следует обратиться в состав медных орудий.
Самородна медь содержит очень мало примесей сравнительно с медью, выплавленной из руды. Первые одиночные анализы древних изделий из меди, сделанные в 19 ст. Ведущими химиками, позволяют отделить медный возраст от бронзового. В 20-х годах нашего столетия возникли специализированные лаборатории в Каирском музее и в Англии. Позже такие лаборатории были созданы в Германии (В Галле 1933 г. и Штутгарт 1951 г.), Австрии (Вена 1935р.), России (Москва в 1960 г.), Грузии (Тбилиси в 1950 г.), Азербайджане (Баку в 1952 г.) и проч.[1, 4, 7, 10-13]. Некоторые результаты исследований этих лабораторий опубликованы. Так показано, что изделия с Трипилля походят из западных источников, вирогидно с Баната (культура Винчи)[9]. А изделия из Левобережья Днепра связаны с кавказскими источниками [13].

Но вернемся к шумерам. Английский археолог Л.Вулли, который на протяжении 1922 - 1934 p.p. возглавлял раскопки древнего города Ур, обнаружил, что изделия из меди содержат значительное количество никеля и арсену [14]. Поиски происхождения сырья привели к Оману, где и сейчас есть медноникелевые руды. Такие же руды находятся и в Индии (Сингбхум), где найдено большое количество металлургических шлаков [1 ]. Шумеры, однако, вели торговлю с Кавказом, где еще 6000 лет назад появились медные изделия с арсеном [1 ].

Вероятно, что арсен сначала попадал в медь в результате ритуального добавления к медной руде золотистого аурипигменту или красного реальгару, которые содержат арсен [1 ]. Напомним, что древних кузнецов считали шаманами. Об этом свидетельствует наличие в Пантеоне греков - Гефеста, римлян - Вулкана, славъян - Сварога, абхазцев - Шашва и тому подобное. При легировании меди арсеном изменяется цвет изделия от красного к золотистому. Со временем обратили внимание также на улучшение литейных и механических свойств изделий. Да, твердость сплава меди с арсеном растет от 76 до 245 кг/мм после холодной ковки [ 1 ]. Не исключено, что шумеры получали свой металл путем одновременного плавления сырья, что содержит никель и арсен. Странно другое - что отдельные изделия из меди, в которых присутствуют никель и арсен, найдено на Кавказе [1], в Египте [7] и даже в Европе [1, 13]. Нет ли этих изделий результатом переплаву обломков более древних шумерских изделий? Мы этого не знаем, возможны и другие источники.

Классическая бронза - сплав меди с оловом - появилась не сразу. Сначала в качестве олова использовали дополнительный легирующий элемент. Да, состав одного из изделий, найденных в ранних захоронениях Ура, датированных в 3000 г. до н.э. [14]: 84, 18% Си; 12, 0% Бп; 1, 62% РЬ; 2, 20% Ѐ. Химический состав фрагмента из древней Трои (в 3300 г. до н.э.): 87, 7% Си; 2, 7% Бп; 0, 2% Ав; 8, 9% 0, 5% Ре [1 ]. Постепенно состав сплавов меди упрощается. Сначала изымается никель, потом арсен. Замена последнего на олово оказалась удачной как с точки зрения свойств сплавов, так и продолжительности жизни кузнецов в звъзку с ядовитыми свойствами арсену [1 ].

Спорят, где бронза появилась впервые? Однозначный ответ даты тяжело. Самые первые ранние находки бронзовых изделий в Египте имеют возраст приблизительно 4700 лет [1, 7]. Бронзовые изделия из Трои датируют интервалом 4500 - 4220 лет. В Европе бронза появляется около 3700 лет назад вместе с племенами шнуровой керамики и боевых топоров [15]. К этим племенам относят и середньоднипровску культуру, которая заменила трипольскую. Среди находок серед- ньоднипровской культуры медные орудия с арсеном, а также несколькими украшениями и чем из бронзы (Си - 10% Бп) [13, 15].

Откуда древние брали олово? Месторождений олова, в частности каситерита (содержит до 71, 4% Бп), очень мало. Между тем бронзу выплавляли и в тех странах, где таких месторождений нет совсем. Подобно золоту касситерит встречается в речных песках и залежах, нередко совместно с золотом. Подобно золоту касситерит отмывали в деревянных корытах. В Рудных Горах Саксонии этим занимались еще в средние века, а Британские острова в древности называли Каситеридами. Современными исследованиями показано, что общее расплавление медной руды и измельченного касситерита приводит к получению бронзы [1 ]. Идентифицировать место добычи касситерита за примесями не удается. Потому остается удовлетвориться фактом существования привозного сырья.

Значительную роль бронза играла в развитии цивилизации Египта. Бронзовый возраст в Египте фактически наступает после XI династии (Среднее царство). Он коррелирует с возобновлением единства страны и новым строительством ирригационных систем. Однако трудности с импортом оловянистого сырья и топливными ресурсами ограничивали производство бронзы в Египте. Да, в гробнице Тутанха- мона (XVIII династия, Новое царство) лишь половина найденных вещей изготовлена из бронзы [7].

Развитие производства бронзы совпадает с возникновением городов-государств (например Микени) в Ахейский Греции [16], в Италии (конфедерация 12 городов в X ст. до н.э.) и тому подобное. В Северном Причерноморье эпоха бронзы отмечена также появлением государств (Боспорска) [18].

Металлы в древние времена были очень дорогими и использовались для изготовления денег, или служили эквивалентом обмена. В 1958/59 р.р. у берегов Турции найден корабль эпохи бронзы (3400 лет назад) [ 1 ]. На нем среди численных изделий из меди были найденные слитки в виде шкуры быка (длиной 61 см и весом около 60 фунтов). Эти древние деньги были сделаны на Кипре и направлялись в Трою или Микени. Во время раскопок у Микенах были найденные подобные медные слитки в виде шкуры быка [16].

В Риме монеты начали изготовлять после Юлия Цезаря от имени императоров. Сенат сохранил право на эмиссию лишь бронзовых разменных монет [17]. В Северном Причерноморье в V ст. до н.э. Ольвия выпускала большие литые бронзовые монеты - асси, а также литые денежные знаки в форме дельфинов [18]. У Пантикапеи чеканили золотые и медные монеты Боспорских царей. В первых столетиях нашей эры монетное дело государств Северного Причерноморья ориентируется на римскую монетную систему. Так на монетах, чеканных у Пантикапеи в начале н.э., с одной стороны был изображен римский император, а из второго боспорского царя - " друг цезарей и друг римлян".

Медные деньги играли иногда и достаточно сомнительную роль. Так английский король Генрих VIII (1491 - 1547 p.p.) приказал чеканить монеты из меди, покрытой тонким слоем серебра. Это разоблачилось лишь через несколько лет в результате изнашивания монет. Московский царь Алексей Михайлович сделал проще - дал распоряжение мелкие монеты чеканить из меди вместо серебра по тому же номиналу. Резкий рост денежной массы привел к инфляции. Следствием этого был знаменитый " Медный бунт" у 1662 г. и исключения медных денег из потребления. После внедрения бумажных денежных знаков происходит окончательный отрыв номиналу металлических денег от стоимости самого металла. Однако бронзовые монеты были в потреблении еще до конца прошлого столетия.

Постепенно их вытеснили монеты из медноникелевых и медноцинковых сплавов. Латунь постепенно заменяет бронзу в быту, приборостроении, а также при изготовлении духовых музыкальных инструментов.

Бронзовое фигурное литье появилось у многих народов на почаПсу бронзового возраста. Статуи и монументы начали изготовлять позже. За народными переводами греков первыми стали отливать статуи из бронзы в VII ст. до н.э. самосци Райк и его сын Феодор. их изделия, однако, были достаточно примитивными. Сначала изготовляли отдельные части фигуры, из них потом составляли статую полностью [19]. Известная фигура дискобола-юноши - это мраморна копия бронзовой скульптуры Мирона - сохранилась до наших дней. Особенно бурное развитие бронзовая скульптура приобрела в IV ст. до н.э. В Южной Греции были созданные высококачественные сплавы и значительно улучшилась техника литья. Примером скульптуры того времени может быть изображение юноши-атлета после борьбы (скульптор Лисип). Найдревнишим монументальным бронзовым изображением считают Апо- лона в Амиклах (Пелопонес) высотой 13 метров [19]. Знаменитый Колос, построенный о.Родос высотой 35 м, что изображал бога солнца Гелиоса, справедливо считался одним из семи чудес света [19]. Харес, ученик Лисипа, работал над этой статуей 12 лет. Она простояла 56 лет (в 220 г. до н.э.) и была разрушена землетрясением. Обломки Колоса пролежали в земле более 1000 лет. В 977 году арабы, которые захватили Родос, продали эти обломки сирийскому купцу, который нагрузил ими 900 верблюдов. При строительстве Колоса основой каркасу служили три столба из каминных плит, в промежутки между ними во все стороны расходились железные спицы скрепленные внешне железными ободами. К ним прикрепляли фигурно видкути бронзовые письма толщиной около 1, 5 мм В книге Филона Византийского " О семи чудесах" (III ст. н.э.) говорится, что на изготовление Колоса было потрачено 500 талантов бронзы и 300 талантов железа (приблизительно 13 т бронзы и 7, 8 т железа). Отметим, что для изготовления статуи Свободы возле Нью-йоркской гавани потрачено 225 т листовой меди. Приблизительно столько же меди использовали на сооружение водогонной системы небоскреба " Empire State Building" в Нью-Йорке.

Бронзовые монументы сооружают и доныне. Основная причина этого сводится к высокой коррозийной стойкости бронзы. Она предопределена образованием на поверхности бронзового изделия защитной и достаточно декоративной пленки - " патини" (углекислые и другие соединения металлов, которые входят в состав бронзы).

Досегодня бронзу используют также для изготовления звонов, как оптимальный материал, что соединяет необходимую твердость, модуль упругости и малую величину угасания акустических колебаний [20 ]. С древнейших времен известные бубенчики и колокольчики. Ими была украшена одежда персидских царей, гробница этрусского царя Парсена, катофалк Александра Македонского, триумфальни колесници римлян, и тому подобное. Часто в качестве их использовали сигнальные устройства. В древнем Риме звоном колокольчиков помечали время поливки улиц, открытия рынков и общественных бань. Звоны, как принадлежность культов, появились в начале нашей эры. Так небольшой звон, по приказу императора Августа, был подвешен перед храмом Кибели. Через несколько веков звоны появились и в христианских храмах. Звоны использовали и Восточные культы. Недавно в Вьетнаме был откопан звон весом 36 кг и высотой 60 см, отлитый из высококачественной бронзы в 793 году. К той же поре относят и звон весом 48 т с красивым звучанием, что сохраняется в Корее.

В Европе искусство литейщиков бронзовых звонов приобрело расцвет в 14 столетии. Потом их усилия направляются в сторону военной техники. Об этом свидетельствует, между прочим, указ в 1525 г. английского короля Генриха VIII о запрещении (под страхом смерти) экспорта литейной бронзы [20 ]. О том литье
звонов длится. В 1735 г. в Москве отливают " Цар-колокол" (вес 202 т,
высота 6, 14 м), а в 1874 г. в Кельни " Кайзер-звон" (вес 27 т, высота 3, 25м).
Характерно, что оба звона-гигантов по различным причинам оказались немыми.
Бронзовые звоны более скромных размеров отливают и сейчас.

Производительность бронзовых орудий труда в несколько раз превышала производительность изделий из меди. Еще большие преимущества имеет оружие из бронзы привняно с медной и каминной. Высокая стоимость оружия из бронзы привела к появлению
воинов-профессионалов в античных государствах, например у Боспорский [18].
Рост поражающего силы оружия привел к развитию защитных средств - вместо панцирей из льна (Древний Египет) появились бронзовые латы, бронзовые накладки на щитах, и тому подобное. Позже у бронзы появляется соперник -залізо.
Считается, что перехода человечества к железному возрасту, способствовали прежде всего экономические причины, чем присущие железу свойства [5]. Но чистое железо значительно более мягкое и во многих отношениях хуже от бронзы, укрепленной холодной ковкой. Однако железные руды встречаются чаще. Хотя изготовление железных изделий нуждается в освоении новой технологической операции (горячей ковки), все же со временем оружие из железа стало более доступным от бронзового оружия.
Этот переход в разных странах происходил в разное время. Один из ранних центров - Западное побережье Передней Азии и прилегающие греческие острова. Успех дорийского нашествия на Ахейску Грецию (12 ст. До н.э.) был в значительной мере предопределенный тем, что нечисленные ахейски воины-профессионалы были вооружены прекрасным бронзовым оружием.
Но они не могли противостоять натиску массы дорийцив, вооруженных хотя и не бронзовыми мечами, но доступными железными.

В Египте переход к железному возрасту задержался, возможно в связи с отсутствием
молотков с ручками, необходимых для горячей ковки. Но после разгрома египетской армии ассирийцами (7 ст.до

н.э.), что владели железным оружием, производство железа и железных изделий налаживается и в Египте. Однако еще долго в елинистичних государствах бронзовое оружие существовало рядом с железной. У причерноморских скифов также короткие железные мечи (акинаки) использовались одновременно с бронзовыми' наконечниками стрел [22].

Картина значительно изменяется с изобретением стали [23]. Применение нового материлу, что преобладает бронзу, достигает апогея в тяжелом снаряжении средневековых рыцарей. Изобретение пороха в 14 ст. не только не подвергло сомнению целесообразность рыцарских обладункив, но и вернуло бронзе значение военного материала. Мастера изготовления звонов теперь начали отливать пушки. Небольшие отряды испанских конвистадорив Кортеса и Писаро, которые покорили в 16 ст. бронзовые империи ацтеков и инков, были оснащены не только стальным оружием, но и бронзовыми пушками. Литье и термическая обработка стальных пушек была осуществлена во второй половине прошлого столетия. С того времени роль меди и медных сплавов в вооружении сводится к изготовлению деталей (гильзы, пояса уплотнения, и тому подобное).

С развитием машиностроения в прошлом столетии бронза приобрела, однако, новой профессии - как материал для подшипников, водяной и паровой арматуры, поршневых колец и проч. Со временем появились и специальные бронзы без олова - алюминиевая, берилиева, хромистая, кадмиевая. Они используются в приборостроении, технике связи, электротехнике и тому подобное. Некоторые специальные бронзы обнаруживают эффект " памяти формы" (Cu - AI - Ni; Си - Zn - AI) и используются для изготовления активных компонентов ризниз устройств [24]. Сплавы Cu - Ni - Zn (аргентан, нейзильбер, мельхиор) служат заменителями серебра при изготовлении столовых изделий и дешевых украшений. Не забыты и некоторые древние сплавы. Так в литейном производстве используют техническую медь марки М4 с - 0, 2% As. Как выяснилось в последнее время, небольшие примеси арсену существенно влияют на стабильность меди при деформации за счет сильного взаимодействия с дислокациями [25]. Были попытки реанимировать также сплавы системы Cu - As - Ni [20], известные еще шумерам.

Таким образом сплавы меди, которые прошли длительную эволюцию и сыграли значительную роль в развитии цивилизации, и насьогодни не потеряли своего значения в промышленности, искусстве и быту.

Кентавр, который несет воду (бронза, Х I I I ст.) Ахваманила - сосуд для миття рук, знайдений в Угорщині. (Угорський національний музей, Будапешт).