Вопрос 20. Железный век. Общая характеристика. Этапы освоения железа человеком.

Археологическая эпоха железа, или железный век — третья из технологических макроэпох в истории человечества (вслед за каменным веком и эпохой энеолита и бронзы). Термином «ранний железный век» принято обозначать первую стадию эпохи железа, приблизительно датируемую в пределах рубежа II- I тыс. до н.э. — середины I тыс. н.э. (с определенными хронологическими вариациями для разных регионов).

Употребление в археологической науке термина «железный век» имеет долгую предысторию. Впервые идея существования эпохи железа в человеческой истории была четко сформулирована в конце VIII — начале VII в. до н.э. древнегреческим поэтом Гесиодом.

В 19 веке О. Монтелиус отметил, что нельзя указать единую абсолютную дату смены эпохи бронзы эпохой железа на всей территории ойкумены; отсчет начала железного века для каждого региона следует вести с момента преобладания железа и сплавов на его основе (в первую очередь, это сталь) над другими материалами в качестве сырья для оружия и орудий труда.

Позиция Монтелиуса нашла подтверждение в последующих археологических разработках, которые показали, что сначала железо использовалось как редкое сырье для украшений (иногда в сочетании с золотом), затем — все чаще для производства орудий труда и оружия, постепенно вытесняя медь и бронзу на второй план. Таким образом, в современной науке показателем наступления железного века в истории каждого конкретного региона является использование железа рудной природы для изготовления основных форм орудий труда и оружия и широкое распространение железной металлургии и кузнечного дела.

Наступлению железного века предшествует длительный подготовительный период, относящийся к предшествующим технологическим эпохам.

Еще в энеолите и бронзовом веке люди иногда использовали железо для производства некоторых украшений и простейших орудий труда. Однако первоначально это было метеоритное железо, постоянно поступающее из космоса. К выработке железа из руд человечество пришло значительно позднее.

Изделия из метеоритного железа отличаются от изделий из железа металлургического (т.е. полученного из руд) в первую очередь тем, что в составе первых отсутствуют какие-либо шлаковые включения, тогда как в составе металлургических такие включения, хотя бы в малых долях, неизбежно присутствуют как следствие операции восстановления железа из руд. Кроме того, метеоритное железо обычно отличается гораздо более высоким содержанием никеля, чем обусловливается значительно большая твердость такого железа.

В связи с высоким содержанием никеля (от 5 до 20%, в среднем 8%), увеличивающим хрупкость, метеоритное сырье обрабатывалось преимущественно холодной ковкой — по аналогии с камнем. Вместе с тем некоторые изделия из метеоритного железа были получены в результате применения горячей ковки.

Наиболее ранние железные изделия датируются еще VI тыс. до н.э. и происходят из погребения энеолитической культуры Самарра в Северном Ираке. Это 14 небольших бусинок или шариков, несомненно, сделанных из метеоритного железа, а также четырехгранный инструмент, который мог быть сделан из рудного железа (это, конечно, исключительный случай).

Значительно большее количество изделий метеоритной природы (в основном ритуально-церемониального назначения) относится к периоду бронзового века.

Наиболее знамениты такие изделия, как древнеегипетские бусы конца IV — начала III тыс. до н.э. из Герца и Медумы (памятники додинастического периода); кинжал с рукоятью, обложенной золотом, из царского могильника Ура в Шумере (гробница Мескалаздуга, датируемая сер. III тыс. до н.э.); булава из Трои I (2600-2400 гг. до н.э.);- наконец, вещи из гробницы Тутанхамона (около 1375 г. до н.э.), в числе которых: кинжал с железным клинком и золотой рукоятью, железное «око Гора», прикрепленное к золотому браслету, амулет в виде подставки для головы и 16 тонких магико-хирургических железных инструментов (ланцеты, резцы, долота), вставленных в деревянную основу. На территории бывшего СССР первые изделия из метеоритного железа появляются ранее всего в Южном Приуралье и на Саяно-Алтайском нагорье. Это датируемые концом IV-III тыс. до н.э. цельножелезные и биметаллические (бронзово-железные) орудия и украшения, изготовленные металлургами ямной и афанасьевской культур с помощью холодной и горячей ковки.

Очевидно, предшествующий опыт использования метеоритного железа никак не повлиял на открытие эффекта получения железа из руд. Между тем именно последнее открытие, т.е. действительное зарождение черной металлургии, имевшее место еще в бронзовом веке, предопределило смену технологических эпох, хотя и не означало немедленного окончания бронзового века и перехода к эпохе железа.

Можно выделить две важнейших стадии освоения рудного железа:

1-я стадия — открытие и совершенствование способа восстановления железа из руд — так называемого сыродутного процесса.

2-я стадия — открытие способов преднамеренного получения стали (технология цементации), а впоследствии способов ее термообработки с целью увеличения твердости и прочности изделий.

Сыродутный процесс осуществляйся в специальных печах, куда загружались железная руда и древесный уголь, разжигавшийся при подаче не нагретого, «сырого» воздуха (отсюда название процесса). При этом происходила своего рода «варка» железа.

Первоначально сыродутный процесс осуществлялся в ямах, обложенных огнеупорной глиной или камнями, затем стали строить небольшие печи из камня или кирпича, порой с использованием глины. Накачивание воздуха мехами через керамические сопла. В открытую яму этот воздух поступал сверху, в печь — через отверстие в нижней части конструкции.

Восстановленное железо концентрировалось в тестообразном виде на самом дне печи, образуя так называемую горновую крицу — железную зубчатую массу с включениями несгоревшего древесного угля и с примесью шлака. В более совершенных вариантах сыродутных печей жидкий шлак выпускали из горна по желобу.

Из горновой крицы, которую в раскаленном виде извлекали из печи, можно было изготавливать изделия только после предварительного удаления этой шлаковой примеси и устранения пористости. Поэтому непосредственным продолжением сыродутного процесса была горячая ковка горновой крицы, состоявшая в ее периодическом нагревании до «ярко-белого каления» (1400-1450 градусов) и в проковывании ударным инструментом. В результате получалась более плотная масса металла — собственно крица, из которой посредством дальнейшего проковывания делали полуфабрикаты и заготовки соответствующих кузнечных изделий. Еще до переработки в полуфабрикат крица могла становиться единицей обмена, для чего ей придавали стандартный размер, массу и удобную для складирования и транспортирования форму — лепешковидную, веретенообразную, бипирамидальную, полосчатую. В тех же целях самим полуфабрикатам могли придавать форму орудий труда и предметов вооружения.

Открытие сыродутного процесса могло произойти, в результате того, что при выплавке меди ил свинца из руд в плавильную печь помимо рудной руды и древесного угля загружались (в качество материалов для удаления «пустой породы») железосодержащие породы, в первую очередь гематит. В связи с этим уже в результате медеплавильного процесса могли случайно появляться первые частицы железа. Не исключено, что соответствующие печи могли послужить прототипом сыродутных.

Находки наиболее ранних сыродутных печей связаны с территориями Малой Азии и Восточного Средиземноморья. Не случайно именно из этих регионов происходят и древнейшие изделия из рудного железа.

На территории бывшего СССР опыты по выработке кричного железа интенсивнее всего протекали в Закавказье, на Северном Кавказе и в Северном Причерноморье.

До нас дошли такие ранние железные изделия на рудной основе, как нож первой четверти II тыс. до н.э. из погребения катакомбной культуры у с. Герасимовка (Белгородская обл.), нож и шило третьей четверти II тыс. до н.э. из поселений срубной культуры Любовка (Харьковская обл.) и Ташлык (Николаевская обл.). Открытие сыродутного процесса — важнейший шаг в освоении железа человечеством, ибо если метеоритное железо встречается относительно редко, то железные руды распространены гораздо шире медных и оловянных. При этом железные руды часто залегают весьма неглубоко; в ряде районов, как, например, в области Форест-оф-Дин в Великобритании или у Кривого Рога на Украине, железную руду можно было добывать при поверхностных разработках. Широко распространены болотные железные руды, в особенности в северных областях зоны умеренного климата, а также руды дерновые, луговые и т.д.

Сыродутный процесс постоянно развивался: увеличивались объемы печей, совершенствовалось дутье и т.д. Однако предметы из кричного железа были недостаточно твердыми до тех пор, пока не был открыт способ получения стали (сплава железа с углеродом) и пока не добились увеличения твердости и прочности стальных изделий путем специальной термической обработки.

Первоначально была освоена цементация — намеренное науглероживание железа. Как таковое науглероживание, но случайное, непреднамеренное, приводившее к появлению так называемой сырцовой стали, могло происходить и ранее в ходе сыродутного процесса. Но затем этот процесс стал регулируемым и осуществлялся отдельно от сыродутного. На первых порах цементация производилась посредством многочасового нагревания железного изделия или заготовки до «красного каления» (750-900 градусов) в древесной или костной среде; затем стали использовать другие органические вещества, содержащие углерод. При этом глубина науглероживания была прямо пропорциональна высоте температуры и длительности нагревания железа. С увеличением содержания углерода возрастала твердость металла.

На увеличение твердости был также направлен прием закаливания, состоявший в резком охлаждении предварительно нагретой до «красного каления» стальной вещи в воде, в снегу, в оливковом масле или в какой-либо другой жидкости.

Скорее всего, процесс закалки, как и науглероживание, был открыт случайно, и его физическая сущность, естественно, оставалась загадкой для древних кузнецов, отчего мы часто сталкиваемся в письменных источниках с весьма фантастическими объяснениями причин усиления твердости железных изделий при закаливании.

Однако закаленной стали была присуща определенная хрупкость. В связи с этим древние мастера, стремясь увеличить прочность стального изделия, совершенствовали термическую обработку; в ряде случаев они применяли операцию, противоположную закаливанию, — термический отпуск, т.е. нагревание изделия только до нижнего порога «красного каления», при котором происходит трансформация структуры, — до температуры, не превышающей 7271радусов. В результате несколько снижалась твердость, но возрастала прочность изделия.

В целом освоение операций цементации и термической обработки — длительный и очень сложный процесс. Большинство исследователей полагают, что районом, где раньше всего произошло открытие этих операций (как и самого сыродутного процесса) и где их совершенствование шло быстрее всего, была Малая Азия, и прежде всего район проживания хеттов и связанных с ними племен, в особенности горы Антитавра, где уже в последней четверти II тыс. до н.э. делали качественные стальные изделия.

Именно совершенствование технологии обработки кричного железа и производство стали окончательно решили проблему конкуренции между железом и бронзой. Наряду с этим, в смене бронзового века железным существенную роль сыграла широкая распространенность и сравнительная легкость разработки железных руд.

Кроме того, для некоторых районов ойкумены, лишенных залежей руд цветных металлов, дополнительным фактором развития черной металлургии явилось то, что по разным причинам традиционные связи этих регионов с рудными источниками, обеспечивавшими цветную металлургию, оказались разорванными.