Спектральный анализ
Спектральный анализ является главным методом определения химического состава веществ. Все горные породы и минералы характеризуются своим составом, точное знание которого необходимо для правильного ведения технологических процессов.
Метод спектрального анализа был сформулирован в 1859 г. немецкими учеными Бунзеном и Кирхгофом. С помощью этого метода были сделаны важнейшие открытия.
Спектральный анализ является физическим методом определения состава вещества. В основе метода лежит изучение спектров испускания, поглощения, отражения, люминесценции. По длине волн, которые испускают атомы элементов, специалисты определяют химический состав того или иного вещества.
Рисунок 1. Спектральный анализ. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
С элементами сложного вещества, массой не более 10 г, спектральный анализ хорошо справляется. Суть спектрального анализа состоит в том, что происходит разложение белого света на составные части.
Пучок света, направленный на грань трехгранной призмы, преломившись, даст на экране радужную полоску – это и есть спектр. Цвет в спектре располагается в строгом порядке. Каждый цвет имеет свою длину волны или частоты.
Уменьшение длины волны в спектре идет от красных лучей к фиолетовым от 0,7 до 0,4 мкм.
Археологи в своей практике используют люминесцентные методы, из них наибольшее распространение получил анализ фотолюминесценции исследуемого вещества.
Люминесценцию регистрируют визуально, либо с помощью спектрографов. Этот анализ делят на качественный и количественный.
Археологи пользуются качественным анализом для того, чтобы обнаружить органические и неорганические вещества на территориях раскопок. Органические вещества – это продукты жизнедеятельности древних людей, оставшиеся в почве.
Концентрация органических веществ говорит о том, что на этой территории находились древние поселения. В процессе исследования вещество уничтожается.
С помощью атомного и молекулярного спектрального анализа определяют химический состав находки, который дает возможность обнаружения всех компонентов, входящих в состав исследуемого объекта.
Спектральный анализ археологических находок
С помощью спектрального анализа археологи исследовали происхождение и распространение древней металлургии меди и бронзы.
Первоначально специалисты считали, что металлургия бронзы и меди свое начало берет в Месопотамии, Египте, Южном Иране. В этих районах она была известна с IV тысячелетия до нашей эры. Следы выплавки меди и изделий из свинца были обнаружены в Малой Азии – Чатал-Хююк, Хаджилар, Чейюню-Тепеси и др. По времени эти находки на тысячу лет старше таких же в Месопотамии и Египте.
Раскопки медного рудника Аи-Бунар, расположенного на территории современной Болгарии и анализ полученных материалов показал, что в IV тысячелетии до нашей эры в Европе был свой источник меди.
Изделия из бронзы делали из руды, добытой на Балканах, в Альпах и Карпатах. Бронза с примесью олова (оловянистая) появилась не сразу, ее предшественником была бронза мышьяковистая, при этом сплавы меди и мышьяка могли иметь естественный характер.
В некоторых медных рудах мышьяк присутствует, а при выплавке частично переходит в металл. Сначала считали, что его примесь качество бронзы ухудшает. Однако массовый спектральный анализ бронзовых предметов позволил установить интересную закономерность.
Мышьяк в определенных концентрациях придает прочность бронзе, но такой металл имеет невзрачный внешний вид. При увеличении концентрации мышьяка бронза теряет свою прочность, зато приобретает красивый серебристый оттенок.
Помимо этого, высокая концентрация мышьяка делает металл легкоплавким, что нельзя сказать о меди. Археологи в результате таких исследований получили доказательства того, что древние «металлурги» хорошо знали свойства бронзы и получали металл с заранее заданными свойствами.
Опыт поколений и собственная интуиция подсказывали древнему мастеру, изготавливающему вещи для различных целей, какие добавки, и в каком количестве нужны для их изготовления. Те районы, которые не имели запасов олова или мышьяка, выплавляли бронзу в виде сплава меди с сурьмой.
Археологи с помощью спектрального анализа установили, что еще на рубеже нашей эры мастера Средней Азии получали такой сплав, который по своему составу и свойствам очень близок был к современной латуни. Например, во время раскопок Тулхарского могильника, датируемого II в. до нашей эры – I в. нашей эры было обнаружено много изделий из латуни – это были серьги, пряжки, браслеты и др.
Бронзовые изделия из скифских памятников Восточной Европы указывали, что в рецептуре сплавов скифской бронзы преемственность от предшествующих культур позднего бронзового века данного региона не прослеживается, на это тоже указывал спектральный анализ.
Однако состав сплавов некоторых вещей по своему составу концентраций был близок восточным районам Южной Сибири и Средней Азии. К тому же данное обстоятельство является дополнительным аргументом в пользу гипотезы о восточном происхождении культуры скифского типа.
Спектральный анализ дает возможность изучать характер распространения не только бронзы, но и других материалов, как во времени, так и в пространстве. Например, есть опыт в изучении распространения кремня в эпоху неолита, стекла и керамики в разные исторические периоды.
В практике археологических исследований, особенно в последние годы, растет роль современных новых методов.
Экспериментальное моделирование древних технологий
При анализе вещества и структуры, позволяющих узнать состав и технологии древних материалов, нужен комплексный подход, а это значит, сочетание с другими методами.
Понять производственные процессы древности помогают методы физического моделирования древних технологий. Это направление называется «экспериментальная археология».
Многие научные учреждения развитых стран, включая нашу страну, создают необычные археологические экспедиции. Цель таких экспедиций заключается в том, чтобы реконструировать на практике образ жизни и уровень технологий древних обществ. Для этого ученые, студенты, аспиранты изготавливают каменные топоры, с помощью которых рубят жерди и бревна, строят загоны для скота, жилища, подобные тем, что были изучены при раскопках.
Они почти полностью повторяют жизненный цикл древних людей – живут в таких жилищах, используют орудия труда, существовавшие в древности, плавят металл, лепят и обжигают глиняную посуду, возделывают пашню, разводят скот и др.
Результаты такого эксперимента подробно фиксируются, анализируются и обобщаются.
Так, например, экспериментальная плавка бронзы и железа позволила ученым лучше понять ряд «секретов», которыми владели древние мастера. Ученые убедились в том, что ряд технологических приемов и навыков кузнецов и литейщиков ореолом волшебства был овеян совсем не напрасно.
Археологи разных стран пытались из выплавленного в сыродутном горне губчатого железа получить крицу, но устойчивого результата достичь не смогли.
На основании экспериментальной плавки медно-оловянной руды из древних выработок Таджикистана, специалисты выяснили, что древние литейщики в отдельных случаях использовали руды с природными ассоциациями разных металлов.
