Археология и естественнонаучные методы. Сб. статей

Изучая железные изделия Великой Моравии и более раннего периода (VIII–X вв.), Р. Плейнер выделил 8 групп материала в соответствии с химическим составом металла и описал соответствующие рудные источники, которые могли использоваться в ту эпоху. Он также учитывал группу материала с повышенным содержанием никеля. Находки, для которых характерны повышенные концентрации никеля (0.07-0.3 % Ni), а также предметы с повышенным содержанием никеля и фосфора (0.12-0.3 % Ni и 0.09-0.27 % Р) могли изготавливаться из железных руд с повышенным содержанием никеля, известных на западе Моравии в районе Брно. Изделия с высокими показателями никеля и меди (0.04-0.27 % Ni и 0.08 0.86 % Си), или никеля, меди и фосфора (0.05 -0.35 % Ni, 0.06-0.94 % Cu и 0.06-0.53 % Р) могли быть изготовлены из руд восточной части Малых Карпат на юго-западе Словакии. При этом Р. Плейнер отмечал, что его выводы имеют предварительный характер, учитывая трудность определения источников металла. То же относится и к упоминавшейся работе Б.А. Колчина.

Следует упомянуть работу Р.Ф. Телекота о железных изделиях из Швеции. Хольмквист выделил четыре статистических группы находок, исходя из концентрации никеля и кобальта: I — Ni < 0.03 %; Со < 0.015 %; II — Ni < 0.03 %; Со = (0.015 to 0.04)%; III — Ni < 0.03 %; Со > 0.04 %; IV — Ni < 0.1 %; Со > 0.04 %. Установлено, что товарные крицы с территории Северной Швеции соответствуют группе IV, на Готланде присутствуют крицы группы II. В целом, характер распределения групп I, II и III нечеткий. Не вызывает сомнения, что товарные крицы IV группы скорее всего изготовлялись из местных руд, хотя точно локализовать месторождения пока не удалось.

Как показал Р. Плейнер, низкие концентрации никеля в древних и средневековых железных изделиях встречаются часто (рис. 6). Отмечу, что в коллекциях средневековых предметов из Праги XIV–XV вв., а также из памятников Градишко в Давле — Секанка (XIII в.) и Мутейовице (XIII в.) преобладают изделия с содержанием никеля ниже 0,1 %. На более ранних памятниках (Латен — XI в.) доли изделий с содержанием никеля как ниже, так и выше этой границы, как показывает статистический бинарный анализ, приблизительно равны.

До 2000 г. в Чехии не уделялось достаточного внимания изучению структур с повышенным содержанием никеля и кобальта. В настоящее время на ряде памятников выявлено по крайней мере по одной находке с участками повышенной концентрации никеля, обычно в виде полос (рис. 7). Практически в любой количественно представительной коллекции имеются предметы с повышенным содержанием никеля в сварных швах. Попытки определить происхождение находок по количеству никеля, ширине, твердости, форме швов не принесли результата.

Уже упоминалось о работах Р. Плейнера по металлографическому и химическому исследованию железных предметов из Великой Моравии. Содержание никеля свыше 0.2 % установлено в 11 образцах, но лишь на 7 металлографическое исследование установило сварные швы с повышенным содержанием никеля. Четыре находки были изучены ранее, три — недавно с применением микроскопа ЕВАХ. Сравнение результатов см. в табл. 1. В образцах 149, 140 и 10 наблюдается корреляция повышенной концентрации никеля в швах с его количеством в изделии в целом. Образец 123 показывает, что высокий показатель никеля в швах зависит также и от числа нагревов металла, их продолжительности и температуры. Это подтверждается и исследованием образца, полученного из экспериментальной крицы. Если общее содержание никеля в нем составляло 0.02 %, то в швах оно достигало 2.0 % Ni и 1.4 % Со. Оказалось, что полосы с высокой концентрацией никеля могут образовываться в пакетной структуре при использовании руды с весьма низким содержанием никеля. Еще одна проблема — то, что распределение примесей в кричном железе неравномерно, в результате насыщение сварных швов никелем неодинаково. Поэтому установление связи между высоким показателем никеля в швах и его общим содержанием в изделии и тем более в руде выглядит проблематично. Однако в швах может происходить повышение содержания и других элементов, чаще всего мышьяка, иногда меди и хрома. Мышьяк более надежен в смысле локализации источника металла. Он редко присутствует в сварных швах изделий из Богемии или Моравии, здесь преобладают предметы с высокими показателями никеля и кобальта. Предметы с повышенным содержанием мышьяка приведены в табл. 2 (гвоздь от подковы из Борка — XV в., обломок из замка Троски — средневековье, топор — III в. н. э.).

Участки железа с высоким содержанием мышьяка среди находок из Чехии встречаются редко, однако имеются данные о мышьяке в сварных швах (1–2.8 % As) для других территорий. Приведенным данным по концентрации мышьяка в сварных швах соответствуют характеристики двух сварных пакетованных изделий, полученных из экспериментальной крицы: 1) 2.6 % As, 1.7 % Со и 2.7 % № и 2) 2.9 % As, 1.0 % Со и 1.8 % Ni. Эксперимент проводился на территории Чехии французскими исследователями. Использовался гематит из месторождения Каймар-Авейрон во Франции. К сожалению, остается неизвестным, насколько широко изделия с повышенным содержанием никеля и мышьяка в сварных швах распространены в Европе. Несмотря на то, что повышение концентраций этих элементов в швах не отражает их концентраций в руде, однако сам факт такого их поведения указывает на использование определенных типов руд. Возможно, будущие исследования позволят установить, могут ли высокие показатели никеля и мышьяка в сварных изделиях использоваться для определения рудных источников.

По данным современной металлургии, даже небольшая примесь никеля повышает устойчивость железа к коррозии, вызванной атмосферными окислительными процессами. Такие типы стали значительно устойчивее к воздействию кислот и щелочей. Этим объясняется, почему участки высокой концентрации никеля плохо поддаются травлению. Такими свойствами отличается нож из Витебска с повышенным содержанием никеля в сварных швах, опубликованный М.Ф. Гуриным. Здесь процесс коррозии не продвигался в зоны, обогащенные никелем. Могли ли древние и средневековые кузнецы целенаправленно использовать высоконикелевую сталь как материал, устойчивый к коррозии? Это вполне возможно, хотя впервые нержавеющая сталь с 10 % Ni в Богемии получена в 1910 г.

В работах Е. Пясковского неоднократно упоминается сталь, изготовлявшаяся халибами в период античности; ее характерные свойства — серебристый цвет и устойчивость к коррозии. Такая сталь упоминается в трактате «De mirabilimus auscultationibus», приписываемом Аристотелю; упоминается, что ее выплавляли из «черного песка» и камня pyri-machos. Е. Пясковский предполагает, что камень — это хлоантит (FeNCoAs)S ₂, а черный песок — магнетит в соединении с кварцем, получаемый металл — высоконикелевая твердая сталь. Изделия из высоконикелевого железа известны в Польше в IV–VIII вв., предполагается, что их получали из руд с высоким содержанием никеля. Упоминавшийся топор из Ветржно-Бобрка имеет участки с 8.9-17.8 %, максимально до 39.1 % Ni, а также 0.95-1.07 % Со и 0.24-0.42 % (максимально 1.15 %) As. Два браслета из Ченстохова-Раков содержат 18.3 и 12.5 % Ni (более поздние данные — 17.4 % Ni, 0.6 % Со и 0.5 % As). Поскольку все эти изделия изготовлены из металлургического железа, они подтверждают предположение Е. Пясковского о существовании и целенаправленном применении высоконикелевой стали в Польше в период античности.

Пример целенаправленного использования высоконикелевой стали на территории Богемии и Моравии относится к средневековью. Это топор из Мстенице (ХIII-ХV вв.), имевший стальное покрытие с 1.8–2.8 % Ni, 0.3–0.6 % Со и 0.2–0.5 % С. Исследователи полагают, что применение столь развитой технологии связано с умением мастера различать сталь с высоким содержанием никеля и кобальта и использовать ее свойства. Насколько мне известно, это единственный пример такой конструкции изделия на территории Богемии и Моравии.