Страница 26 из 39
Эти открытия сформировали новые требования к технологии производства стекла. Во-первых, потребовалось удалить все следы непрозрачности из стекла для оптики; во-вторых, с большой тщательностью следовало устранять дефекты и пузыри. Галилей и его ученик Торричелли значительно усовершенствовали технологию комбинирования линз со сферическими поверхностями с помощью ручного шлифования и полирования, но сделать то же самое с параболоидными поверхностями удалось только в XVIII веке. Средство от хроматической аберрации с использованием составных линз из двух типов стекла тоже было найдено только в XVIII веке. Для облегчения работы с оптическими приборами вместо линз применяли зеркала, точно так же отражающие свет всех цветов. Станок для шлифования линз появился в середине XVII века.
Глава 4
Добыча и обработка металлов
Металлы в бронзовом веке
Готовить пищу и выпускать изделия для бытовых нужд удобнее металлическими инструментами. История металлообработки напоминает историю развития текстильного производства и гончарного дела с их высокохудожественными достижениями в ранний период. Добыча подземных руд ознаменовала новую важную эпоху эксплуатации окружающей среды человеком. В Книге Иова, написанной в IV веке до н. э., вероятно с мыслями о медных шахтах Арабы и Синая, работа шахтера представлена как превосходный пример технического мастерства.
9. На гранит налагает он руку свою, с корнем опрокидывает горы;
10. В скалах просекает каналы, и все драгоценное видит глаз его;
11. Останавливает течение потоков и сокровенное выносит на свет.
Металлообработка зародилась задолго до добычи металлов из рудников, ибо некоторые металлы, вроде золота, попадаются в природе в свободном виде. Скорее всего, именно драгоценные металлы впервые привлекли человека своим блеском, поэтому их широко применяли для декоративных целей. Будучи металлом исключительно практическим, железо стало буквально посланием Небес, ибо из метеоритного железа получались отличные инструменты: например, железо из метеорита, упавшего в Гренландии, эскимосы использовали более века. Первоначально медь добывали в свободном состоянии, но ее залежи быстро истощились, и тогда медь начали извлекать из руды.
Переработка руды заключается в двух отдельных процессах: во-первых, металл отделяют от элементов, с которыми он химически соединен; во-вторых, обрабатывают металл для конкретных целей. Металлические руды с точки зрения химии чрезвычайно разнообразны, но в большинстве из них желаемый металл объединен с серой или кислородом. Для отделения металла необходимо подобрать вещество, которое вступит в реакцию с серой, кислородом и другими компонентами руды. Часто для этих целей лучше всего подходит углерод. И коль скоро химическая реакция, как правило, происходит только при высоких температурах, первостепенную роль в экстракции металлов играет печь. В рассматриваемый нами период времени под углеродом неизменно подразумевали древесный уголь, который приводил металлы в свободное состояние и обеспечивал необходимую для реакции температуру. При высокой температуре металл плавился, и его отделяли от тугоплавких примесей, которые превращались в шлак; иногда для ускорения шлакообразования добавляли флюс.
Как такой относительно сложный процесс впервые провел первобытный человек, доподлинно неизвестно, но есть по крайней мере правдоподобное предположение, что первой расплавленной рудой была малахитовая руда – зеленый карбонат меди. Она довольно широко распространена на Ближнем Востоке и по меньшей мере с 5-го тысячелетия до н. э. используется как пигмент, особенно в косметике – для окраски нижнего века. Из малахита легче всего получить медь: если немного руды бросить в яркий дровяной костер, то из нее выплавится шарик меди. Вот из такого случайного наблюдения, вероятно, и возникла тенденция переплавлять малахит и другие медные руды.
Что касается обработки металла, то было два варианта. Первый применялся в древности, когда человек искал чистые металлы, не нуждающиеся в выплавке. Он просто формовал металл при помощи молота и наковальни; в глубокой древности обнаружили, что удары молотом закаляют металл, но при желании его можно снова размягчить, если нагреть. Другой способ обработки – выливание расплавленного металла в форму с приданием ему грубых очертаний, которые позже корректируются молотом. Похоже, в древности предпочитали переплавлять металл для отливки, а не отливать его прямо из печи.
Приведенное описание относится к основным металлам и их сплавам, за исключением железа, которое рассмотрим позднее. Из драгоценных металлов следует начать с золота и серебра. Хотя золото на Ближнем Востоке не обязательно применили раньше меди, оно довольно часто попадалось в виде пригодном для немедленной обработки. В небольших количествах золото находили в древности во многих регионах; например, на Кавказе, где практика фильтрования аллювиальных осадков через шерсть («мытье золота». – Пер.), предположительно, легла в основу легенды о золотом руне. В Египте была своего рода монополия на производство – более ста золотых рудников в Нубийской пустыне и рудники в Восточной пустыне. Серебро стало характерным металлом северо-востока Малой Азии – района поселения хеттов, название столицы которых писалось символом, обозначающим серебро. Серебро и свинец встречались вместе в галените (сульфиде свинца), который преобразовывали в свинцово-серебряный сплав прокаливанием, чтобы избавиться от части серы, а затем нагревали до более высокой температуры, благодаря чему содержание серы снова снижалось и сплав образовывался в нижней части печи; древесноугольное топливо предотвращало повторное окисление. Иногда металлическое серебро лежало в основе прослоек галенита. Свинцово-серебряный сплав расплавлялся в тигле из пористой глины (чаше для купелирования) и обдувался струей воздуха. Свинец окислялся и удалялся, о завершении процесса говорило внезапное появление сияющей «пуговки» серебра. Купелирование, появившееся, вероятно, в 3000–2500 годах до н. э., также применялось для очистки золота. Неочищенное золото смешивалось со свинцом и загружалось в чашу для купелирования, свинец и примеси удалялись за счет окисления от воздушной струи.
Серебро и золото стали мерилом стоимости, однако для тех же целей ранее применяли медь и свинец, которые по-прежнему были самыми распространенными средствами платежа в сравнении с драгоценными металлами. Медь – один из первых металлов, освоенных человеком. В свободном состоянии и больших количествах она встречается редко, хотя известно о находках глыб весом в несколько сотен тонн. Огромный спрос на медь вызвал ее масштабную добычу: в Малой Азии, Армении и Эламе, где шумеры добывали медь еще в 3500 году до н. э., на острове Кипр, откуда медь вывозили жители Италии и называли ее купрум (лат. Cuprum), в египетских центрах, описанных в Книге Иова, и во многих регионах Европы. В древности шахтеры пользовались каменными орудиями, а позже бронзовыми. Рудная жила разрабатывалась в скале горизонтально, иногда на 50 ярдов; однако в результате раскопок в Венгрии обнаружили вертикальные стволы до 6 футов в диаметре, иногда сдвоенные для вентиляции, в которые спускались по зазубренному стволу дерева или даже (в одной шахте) с помощью трехступенчатой лебедки. Шахтеры работали по системе разработки парными штреками, оставляя целики руды нетронутыми для поддержки кровли проходов, которые они прорезали в жиле. Если мешала скала, ее устраняли огневыми горными работами – разводили костер, нагревали скалу и раскалывали ее, поливая холодной водой. Ранние методы добычи металлических руд, несомненно, основаны на опыте кремнедобытчиков, работавших на глубинах около 12 метров.
Извлечение металла из различных типов медных руд подразумевает сложный процесс плавления. Например, в Восточных Альпах, где около 20 тысяч тонн меди добыли за период 1300–800 годов до н. э., руда и топливо сваливались вместе для плавления, и после трех последовательных этапов очистки чистота меди составляла только 95 процентов. Для дальнейшей очистки медь следовало расплавить с древесным углем и обработать струей воздуха.