Анализ структуры и состава древних материалов
Качество металлических изделий и их свойства, способы изготовления и обработки металла – это те вопросы, которые часто возникают у археологов. Ответы на них дают металлографические методы исследования, в том числе, относительно простой метод микроскопического изучения шлифов, основанный на том, что различные способы обработки железа, бронзы и других металлов в структуре металла оставляют характерные «следы». Участок металлического изделия тщательно полируют и под микроскопом определяют технику изготовления по различимым «следам».
Благодаря применению данного метода ученые установили, что в Европе в период гальштатского времени появились навыки пластической обработки железа и делались первые попытки изготовления стальных клинков посредством науглероживание железа и его закалки.
Исследование железных изделий латенской эпохи методом металлографики показало, что технология изготовления стали в это время была полностью освоена. Эта технология включала сложные способы получения сварных лезвий, причем высокого качества. Секретами такого производства владели и скифо-сарматские культуры Восточной Европы.
С помощью металлографического анализа ученые также установили последовательность совершенствования технологии обработки медных изделий трипольской культуры за длительный период времени. Раннетрипольские мастера, по всей вероятности, технологию литься еще не знали, но в технике ковки и варки делали большие успехи.
Рисунок 1. Металлографический анализ. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Конечно, лучшие результаты дает сочетание металлографических исследований с такими методами анализа как спектральный, химический, рентгеноструктурный и др.
К металлографическому анализу по своей технике близким является петрографический анализ. В обоих случаях исходным объектом анализа является заполированный участок предмета (шлиф), рассматриваемый под микроскопом.
Особенности изучаемого материала определяются по природе, количеству зерен, их размерам, благодаря чему можно определить его месторождение. Шлиф от керамики дает возможность определить минералогический состав глины и ее микроструктуру.
Параллельный анализ глины из предполагаемых древних карьеров позволяет идентифицировать изделие с сырьем.
Петрографический анализ трудоемкий и требует большого количества шлифов. Изучение тканей, кожи, изделий из дерева посредством анализа структуры древних материалов также позволяет выявить особые технологические приемы, которые были характерны для данного периода и культуры.
Физические методы исследования состава артефактов
Для того чтобы восстановить историю человечества археологи изучают уцелевшие предметы. Изучение артефактов начинается с визуального исследования находки, после которого применяются физические методы изучения.
С их помощью археологи получают дополнительную информацию о материале находки и технологи ее изготовления. Информация о материале находки сводится к определению вида сырья и определению его источника.
Вид сырья позволяет установить характер разделения труда в том обществе, а способ изготовления выяснить технические возможности этого общества.
Для определения материала древней находки археология использует материаловедческие методы – минералогический, изотопный и химический.
Физические методы при исследовании археологических находок предпочтительны, потому что почти не разрушают образец. Для этого широко используются оптическая эмиссионная спектроскопия, рентгеновский, флуоресцентный, нейтроно-активационный анализы.
Керамические находки на основе химического анализа сортируются по группам. Так проводится различение между глинами, из которых сделана керамика. При сравнении состава глин керамики с местными источниками глины, находки можно привязать к определенным месторождениям сырья.
Например, при исследовании микенской и минойской художественной керамики, проведенном Кэтлингом с помощью оптического эмиссионного спектрального анализа, было проанализировано более 1000 керамических черепков. Сопоставляя концентрацию 9 химических элементов, специалисты отличили минойскую керамику от микенской. Минойская керамика была изготовлена на острове Крит, а микенская – на материковой части Греции.
На основании работы Кэтлинга также удалось отличить местную керамику средиземноморских поселениях от привозной с Крита и Микен, хотя местные и привозные изделия были одинаковой формы и раскраски.
В результате исследования специалисты выяснили, что Микены свою керамику вывозили на Эгейские острова, на Кипр, в Сирию, Египет.
Для металлических изделий, в принципе, тоже можно провести химический анализ, сгруппировать металлические находки на его основе и определить источник руды.
Но применение химического анализа в этом случае ограничивается неоднородностью концентрации анализируемых элементов примеси, которые присущи месторождению руды.
Неоднородности будут накладываться и в готовом изделии – они зависят от способа выплавки руды, от возможности использования металлического лома, который мог иметь отношение к другим рудным месторождениям.
Технологии изготовления
Технология изготовления керамики имеет свои особенности. Ценные сведения о технологии смешивания, формовки и обжига глины можно получить, исследуя тонкие керамические слои с использованием минералогического микроскопа.
Если длинные минеральные включения идут параллельно стенкам сосуда, то можно сделать вывод, что сосуд формовали не вручную, а с помощью гончарного круга.
Наличие некоторых минералов в готовом изделии говорит, например, о температуре обжига. Наличие кальцита указывает на то, что температура, при которой велся обжиг, была не выше 750-850 градусов, потому что при более высокой температуре кальцит разлагается.
Что касается исследования металлических изделий, то в данном случае методика состоит в изучении вырезанных из образцов полированных и протравленных шлифов под металлографическим микроскопом.
При данном изучении выявляется внутренняя кристаллическая структура металла, которая дает информацию о методах литья и последующей обработки изделия.
Рисунок 2. Структура металлов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Холодная обработка, например, ковка, дает удлиненные зерна и многочисленные полосы скольжения. При отжиге металла кристаллы двойникуются – соседние кристаллы вырастают зеркальными друг другу, а не удлиняются.
Так, например, было проведено металлографическое исследование серебряных головок, располагавшихся на медных заклепках, которые украшали бронзовый кинжал минойской культуры (о. Крит). В результате исследователи установили, что эти два металла соединились благодаря образованию медно-серебряного эвтектического сплава на границе раздела.
Эта технология соединения металлов применялась примерно за 1400 лет до нашей эры, а до этого удивительного открытия считалось, что данная технология была разработана Болсовером из Шеффилда, который в 1743 г. изготовил «шеффилдскую пластину».
Для того чтобы медно-серебряная эвтектика образовалась без расплавления серебра, необходимо температуру поддерживать в пределах 780-960 градусов. Данное свидетельство говорит только о том, что древние мастера по металлу были высококлассными профессионалами.
Используя разнообразные методы исследования, археологи получают больше фактов, которые помогают точнее восстановить далекое прошлое человечества.
