Фотолюминесценция рассказала историю древнейшего амулета

[Нелли]

Фотолюминесценция рассказала историю выплавки древнейшего амулета

Археологические раскопки в Мергархе
Thoury, M. et al. / Nature Communications, 2016

Французские ученые с помощью фотолюминесцентной спектроскопии выяснили, как был сделан древнейший из известных на сегодняшний день амулет, полученный плавлением. Артефакт был найден в неолитическом поселении на западе Пакистана, его возраст составляет около 6000 лет. Судя по данным анализа, он был выплавлен «одним куском», без последующего сплавления деталей. Интересно и то, что он был сделан из чистой меди, а не из сплава. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Древнейший выплавленный людьми артефакт был найден в 1980 году в неолитическом поселении Мергарх. Это было небольшое сельскохозяйственное поселение, которое люди населяли примерно с 6500 до 2500 года до нашей эры. Здесь были найдены одни из древнейших в Южной Азии доказательств разведения пшеницы, ячменя и полбы и выращивания домашних животных: коров, овец и коз.

Мергархский амулет, выплавленный из меди
Thoury, M. et al. / Nature Communications, 2016

Амулет представляет из себя колесо диаметром около двух сантиметров. По мнению ученых, он был сделан методом литья по восковой модели. Сначала из легкоплавкого материала, например пчелиного воска, создавалась точная модель изделия, которое надо было выплавить. Затем она покрывалась глиной, которую нагревали, так чтобы воск расплавился и вытек, и обжигали. Получалась форма для литья, в нее заливали расплавленный металл и ждали, пока он застынет. Потом литейную форму разбивали и получали готовый предмет.

Авторы новой работы решили исследовать состав амулета и выяснить способ, с помощью которого он был сделан. Ранее исследователи считали, что такой артефакт можно было получить только с помощью литья по восковой модели. Выплавить артефакт сложной формы (колесо со спицами) с помощью разборной формы было невозможно. Однако доказательств своей догадки ученые представить не могли. За тысячелетия металл корродировал до оксида одновалентной меди (Cu2O) и было невозможно определить, как происходил процесс выплавки. Ученые исследовали артефакт с помощью фотолюминесцентной спектроскопии (метода, в помощью которого можно было изучить его микроструктуру), а также сканирующей электронной микроскопии.

Изучение вещества показало, что микроструктура оксида меди не нарушена. Это свидетельствует о том, что амулет был выплавлен «одним куском», а не спаян из нескольких деталей. То есть древние металлурги для изготовления артефакта использовали литье по восковой модели. Также, в отличие от большинства древних предметов, изготовленных из сплава меди с оловом, свинцом или мышьяком, амулет был изготовлен из чистой меди. В составе вещества исследователи обнаружили только продукты окисления меди — оксид и небольшие количества гидрооксида, а также следовые количества железа, серебра, золота и ртути.

По мнению ученых, древние люди, по-видимому, выбрали для выплавки амулета чистую медь за ее высокую ценность и качество. Но медь плавится при достаточно высокой температуре (1085 градусов Цельсия) и обладает не очень хорошей текучестью. Позднее, в III-IV тысячелетиях до нашей эры, металлурги Мергарха стали при выплавке добавлять в медь свинец, что повышало текучесть сплава и понижало температуру его плавления. Позднее, сплав меди со свинцом и метод литья по выплавляемым моделям были заимствованы древними жителями Ближнего Востока. В начале II тысячелетия до нашей эры в Южной Азии начинают широко использовать оловянную бронзу — сплав меди с оловом.

Автор: Екатерина Русакова

[Нелли]

Физики нашли в Пакистане древнейшие следы металлургии на планете

МОСКВА, 15 ноя – РИА Новости. Археологи и металлурги нашли внутри одного из амулетов бронзового века, найденного в Пакистане, первые однозначные следы того, что человечество освоило секрет формовочного литья уже шесть тысяч лет назад, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Человечество впервые встретилось с металлами и осознало их полезные свойства достаточно давно, еще в эпоху первичной колонизации мира за пределами Африки, около 40 тысяч лет назад. Однако умение использовать металлы для изготовления орудий труда и секреты их выплавки появились гораздо позже, во время так называемого халколита, медно-каменного века, начавшегося примерно 7-5 тысяч лет назад.

Как рассказывает Маттью Тури (Mathieu Thoury) из университета Версаля в Жиф-сюр-Иветте (Франция), первые орудия труда и украшения, изготовленные человеком, были достаточно примитивными и "штучными" вещами, больше похожими на каменные орудия труда, чем на современные или средневековые мечи, косы, плуги или пряжки для ремней. Поэтому большинство ученых считало, что "продвинутые" металлургические приемы, такие как формовочное литье, появились гораздо позже.

Тури и его коллеги выяснили, что на самом деле это было не совсем так, изучая один из самых древних образцов металлургического искусства на Земле – медный амулет, найденный в Пакистане, на стоянке Мергарх в Белуджистане в 1974 году. Это поселение является древнейшим следом цивилизованного общества и сельского хозяйства на Индостане, и его жители считаются прародителями знаменитой и загадочной Хараппской цивилизации.

Ученых давно интересовало, как были изготовлены подобные амулеты-бляшки, очень похожие друг на друга по форме и размерам и обладающие необычно высоким качеством для своего исторического периода. Французские археологи попытались найти ответ на этот вопрос, подключив к анализу этих артефактов физиков и используя методы, применяющиеся сегодня при анализе белков или углеродных нанотрубок.

Как объясняют ученые, облучение любого материала при помощи мощных пучков лазера приводит к тому, что его атомы поглощают часть энергии излучения и затем постепенно переизлучают ее на других длинах волн. Частота этих волн и то, когда они появляются, зависит от структуры и состава молекул, поглотивших свет, что позволяет очень точно определять состав "обстреливаемого" лазером вещества по спектру этого повторного излучения.

Используя эту методику, ученые обнаружили, что колесообразные бляшки из Мергарха содержали в себе необычные "паутинообразные" отложения оксида меди внутри "спиц" и "обода" этого медного колеса, распределенные по всей поверхности этого артефакта. Подобные соединения, как объясняют физики, являются следами контакта меди с органикой, и, по словам археологов, указывают на необычную для того времени методику изготовления этого амулета.

Как считают Тури и его коллеги, данный артефакт был изготовлен при помощи революционной для того времени методики так называемого "литья по выплавляемым моделям", древнейшей методики формовочного литья на Земле. Его главным плюсом является то, что оно позволяет изготовлять очень сложные трехмерные конструкции, представляющие собой единый кусок металла, что невозможно реализовать при помощи заливания открытых форм из камня и глины.

Ключевую роль в этом процессе играл воск, из которого древние металлурги лепили модель украшения. Затем они покрывали ее глиной и обожигали получившуюся конструкцию в печи. Весь воск вытекал, а глина спекалась, что превращало ее в своеобразную форму, которую затем древние жители Мергарха использовали для изготовления амулета, заливая ее чистой медью (что тоже было большой инновацией).

Учитывая возраст артефактов из Мергарха, данные бляшки на сегодняшний день являются самым древним примером формовочного литья на Земле. Таким образом, можно говорить, что Пакистан является родиной "продвинутой" металлургии. Как полагают ученые, в дальнейшем традиции и металлургические секреты Мергарха распространились по всему Ближнему Востоку, дав жизнь целой культуре изготовления необычайно красивых восточных металлических украшений с чрезвычайно сложной формой.

© L. Bertrand, T. Séverin-Fabiani, S. Schoeder // IPANEMA CNRS MCC UVSQ / Synchrotron SOLEIL
Процесс литья, схема авторов статьи