FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2019
176 городов
September – November 2019
312 cities
11-13 октября 2019
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры
21-22 сентября 2019 года
22-23 октября 2019 года
29-30 ноября 2019 года
7-8 сентября 2019 года
27-29 сентября 2019 года
4-5 октября 2019 года
10-12 октября 2019 года

Античные и средневековые материалы

Материальный мир старейших оседлых общин, которые благодаря хорошим урожаям и росту населения смогли основать первые города и обосноваться в них, зависел от непосредственного окружения того или иного поселения. Поэтому жилища могли представлять собой пещеры, выкопанные в иле (в китайском Шэньси) или известняке (в Центральной Анатолии), легкие деревянные каркасы со стенами из бамбука и глины в Японии, строения из необожженного кирпича к югу от Сахары, кропотливо сложенные каменные дома в Средиземноморье и высокогорной Азии, из массивных бревен – в Скандинавии и России, из обожженного кирпича или цементированного камня – в континентальной Атлантической Европе. Среда обитания была стратегически важной еще по одной причине. Как указывает Адcхед (Adshead, 1997), в Китае и в Восточной Азии в целом люди предпочитали легкие деревянные дома, а не прочные каменные и кирпичные строения европейского типа из-за частых и весьма разрушительных землетрясений; а я бы указал также на ежегодные тайфуны и крупные наводнения. Еще одной причиной было то, что китайцы предпочитали низкие первоначальные затраты при высокой стоимости обслуживания, что прямо противоположно европейскому подходу. Значимы здесь и исторические реалии: в Европе Средних веков и времен Возрождения люди восхищались монументальными каменными строениями Римской империи и пытались им подражать. Некоторые из первых оседлых общин быстро освоили строительство монументальных сооружений, для возведения которых требовались не только изобретательные методы добычи камня и его транспортировки к месту строительства, но и (что в корне отличает такие сооружения от доисторических мегалитов) тщательная, порой весьма детальная и точная резка камня и сборка массивных конструкций либо производство и кладка кирпича в огромных количествах. Некоторые из древних обществ также создали весьма сложную инфраструктуру для обслуживания своих растущих городов; лучшим примером можно назвать римские акведуки. Первые оседлые общества Ближнего Востока, Средиземноморья и Восточной Азии были также первыми цивилизациями, представители которых научились плавить металл. Поначалу это были только медь и олово, а плавильные работы не отличались большими масштабами, так как металл использовался только в военных и декоративных целях; но позже они также освоили производство цинка, свинца, железа, ртути, серебра и золота. На Ближнем Востоке, в Индии и Европе железо стало основным металлом примерно после 1200 г. до н. э.; через некоторое время кустарное производство обеспечивало поставку этого металла в количествах, достаточных для производства гвоздей, используемых в строительстве и кораблестроении, изготовления подков, инструментов и деталей механизмов, а также многочисленных видов оружия. Такое развитие металлургии сподвигло Кристиана Томсена (1836) разделить историю эволюции материалов на три века: каменный, бронзовый и железный; однако такая последовательность была не повсеместной, так как в истории некоторых обществ — лучшим примером которых является, пожалуй, Египет до 2000 г. до н. э. — имелся и медный век, а другие общества перешли из каменного века сразу в железный, минуя бронзовый. В любом случае с точки зрения совокупных материальных потоков все доиндустриальные общества оставались в деревянном веке: в лесной среде именно древесина была повсеместным материалом, из которого изготавливались инструменты, посуда, принадлежности и механизмы. Когда люди впервые стали применять древесину в качестве строительного материала, использовавшаяся ими древесная фитомасса представляла собой мелкие стволы, ветви, кустарники, и только когда появились каменные тёсла (а затем — хорошие металлические топоры), а люди приобрели необходимые навыки плотничества, стали появляться массивные бревенчатые дома из специально формованных и соединяемых пиломатериалов; еще позже возникли металлические пилы, с помощью которых изготавливались доски и иные элементы с точной нарезкой. Как правило, дома в доиндустриальные времена строились плохо и долговечностью не отличались; однако те из них, которые были построены надлежащим образом, оказывались на удивление прочными даже в муссонном климате, где они подвергались воздействию обильных дождей. Так, деревья, ушедшие на постройку пагоды Хорю-дзи в Японии — старейшей из сохранившихся деревянных построек, — были срублены 1400 лет назад. Примечательно, что японские (а также корейские и китайские) дома строились без крепежей; вместо этого их каркасы, балки и крыши скреплялись очень точными врезными и пазовыми соединениями, что не только позволяло дереву свободно расширяться и сжиматься под воздействием колебаний атмосферной влажности, но и выдерживать частые землетрясения. Более того, высокие пагоды, по сути, были неуязвимы для землетрясений благодаря синбасира (心柱)— центральному столбу, который не использовался в качестве опорного, а действовал, скорее, как массивный стабилизирующий маятник (Atsushi, 1995). Аналогичный принцип используется при строительстве современных небоскребов, в верхних частях которых подвешиваются огромные бетонные или стальные блоки. Дерево также было единственным материалом, использовавшимся в античные времена и средневековье для изготовления корпусов и мачт океанских судов. Маленькие речные лодки изготавливались из ствола одного дерева; согласно Гомеру, Одиссей срубил 20 деревьев, чтобы построить свой корабль (Одиссея 5:23). Масса этих деревьев составила 10–12 тонн. Египетские суда, на которых переправлялись каменные обелиски, были значительно тяжелее, а вот корабли, впервые пересекшие Атлантический океан, — удивительно легкими: на строительство одного судна викингов (если исходить из данных хорошо сохранившегося гокстадского судна, построенного примерно в 890 г. н. э.) требовалась древесина 74 дубов (включая 16 пар весел). Типичное средиземноморское судно было небольшим и в течение тысячелетия со времен падения Римской империи до начала первых больших межконтинентальных морских экспедиций конца пятнадцатого века практически не менялось в размерах. Благодаря своей прочности камень был наиболее предпочтительным материалом при строительстве постоянных конструкций (акведуков и дорог), погребальных (пирамид и гробниц), а также религиозных и церемониальных сооружений (храмов, порталов, дворцов, башен, обелисков и статуй). Многие каменные строения впечатляют своим размером, но особенно выделяются египетские пирамиды в Гизе: пирамида Хеопса остается крупнейшим когда-либо воздвигнутым сооружением из камня (при высоте 195 метров на ее возведение потребовалось 2,5 миллиона камней средней массой 2,5 тонны), при этом более шести миллионов тонн камня были уложены с вызывающей восхищение точностью. На ее фоне великие мезоамериканские пирамиды (Теотиуакана и Холула) кажутся менее впечатляющими, и не только потому, что Пирамида Солнца с плоской крышей в Теотиуакане немногим выше 70 метров (вместе с храмом), но и потому, что изнутри она в основном состоит из почвы, щебня и сырцового кирпича и только снаружи отделана камнем и отштукатурена известковым раствором. Другие каменные строения примечательны широкой распространенностью, некоторые — сложностью и кажущейся воздушностью, которая контрастирует с тяжестью материала (средневековые соборы), некоторые представляют собой пример невероятно точной подгонки и размещения камней. Во времена Римской империи большая часть камня уходила на строительство грамотно сконструированных акведуков (включая эстакадные мосты, дюкеры (напорные водоводы), а также распределительные сети в городах) и обширной дорожной сети (cursus publicus); а вот монументальные сооружения, за исключением триумфальных арок, строились из кирпича, облицованного мрамором. Каменные памятники весьма замысловатой конструкции часто встречаются в Южной и Юго-Восточной Азии (включая Ангкор Ват – крупнейший в мире индуистский храм в Камбодже и Борободур – крупнейший в мире буддийский памятник на о. Ява), а также в Мезоамерике и Южной Америке (памятники цивилизации майя, ацтеков и инков, включая камни очень точной резки, из которых состоит комплекс Пума Пунку близ Тиауанако в Боливии). Самым большим каменным сооружением Африки является овальная стена города Большой Зимбабве; на ее строительство, начавшееся после 1100 года н. э., потребовалось около 1 миллиона каменных блоков (Ndoro, 1997). В средневековой Европе каменная архитектура достигла беспрецедентных высот как в прямом, так и в переносном смысле: европейцы начали строить весьма смелые и сложные сооружения, такие как огромные соборы с арочными сводами, арочными контрфорсами и высокими шпилями (Fitchen, 1961; Schutz, 2002). Прак (2011) пишет, что такого прогресса удалось достичь благодаря удивительно простым основополагающим принципам модульных конструкций (лично передаваемым конструкторами и строителями друг другу), которые на месте дополнялись некоторыми экспериментальными решениями. Наиболее очевидным общим элементом каменной строительной индустрии является добыча камня в карьерах (эта задача была наиболее сложна для древних строителей; например, в распоряжении каменщиков Древнего Египта имелись только медные стамески и долеритовые молоты), очень точная отеска, нередко — необходимость в транспортировке материала по суше и воде на большие расстояния, а также весьма изобретательные способы размещения массивных компонентов. Даже сегодня мы поражаемся изобретательности и мастерству тех, кто занимался добычей, транспортировкой и обработкой этих огромных камней, продумывал схемы и организацию их укладки, часто с очень малыми допусками. Это в особенности относится к монолитам (использовавшимся для создания статуй, стел или обелисков: восемь из них римляне привезли из Древнего Египта), оставшимся от древних цивилизаций: нам по-прежнему остается только догадываться, какие технологии и какие методы организации строительных работ понадобились для возведения пирамид на плато Гиза или для точнейшей подгонки многоугольных камней, составляющих массивные стены Саксайуамана и Ольянтайтамбо – памятников архитектуры инков. Мы также не знаем точно, как древним египтянам удалось организовать перевозку тысячетонной каменной статуи кораблем по Нилу на расстояние 270 км от Асуана до Фив. Неудивительно, что точные детали хода строительства этих сооружений остаются неизвестными: единственное, в чем мы можем быть уверены, так это в том, что это потребовало тщательного планирования и весьма эффективного управления поставками материалов и строительными работами, что особенно верно для тех строений, которые были завершены в, как нам сейчас представляется, невероятно короткие сроки. Так, на возведение крупнейшей из египетских пирамид ушло всего 20 лет (2703– 2683 гг. до н. э.). Парфенон, хоть и отличается простой стоечно-балочной конструкцией, может похвастаться лучшими пропорциями в истории, при этом он был построен всего за 15 лет (447–432 гг. до н. э.). Великолепный собор Святой Софии в Константинополе — относительно «легкое» строение, впечатляющее в основном своими огромными сводами — и вовсе удалось построить менее чем за пять лет (527–532). При этом от закладки фундамента и до освящения некоторых европей соборов проходили столетия: так, строительство Нотр-Дама длилось почти два столетия, с 1163 по 1345 год; собор Святого Вита, сейчас являющийся главной достопримечательностью Пражского Града, был начат в 1344-м и закончен только в 1929 г. Очевидно, что мы не можем количественно оценить ежегодный расход объема или массы строительного камня в античных или средневековых обществах; однако можно рассчитать расход материалов в некоторых из наиболее масштабных проектов. Так, порядок величины расхода материалов на дороги древних римлян можно определить следующим образом: возьмем за среднюю ширину дороги 4 метра (ширина сохранившихся итальянских via составляет от 2,4 до 7,5 метра), за минимальную глубину — 1 метр (дороги состояли из брусчатки поверх слоев гравия, гальки, глины и песка). Если не учитывать последующие ремонтные работы, на первоначальное строительство 85 тысяч километров основных дорог потребовалось бы 425 млн м3 заполнителя (песка и гравия) и карьерной породы. На аллювиальных (наносных) равнинах основным строительным материалом стал глиняный кирпич: зиккураты, дворцы и стены в царствах Месопотамии строились как из самана (сырцового кирпича), так и из более качественного обожженного. Кирпич был необходим для строительного бума в имперском Риме, когда для строительства массивных сооружений потребовался относительно недорогой и быстрый в изготовлении материал, который к тому же можно было производить на месте. Внешняя же отделка таких зданий была мраморной. Поначалу кирпичи делались из трамбованной глины — обычной смеси глины, воды, песка, рубленой соломы или навоза, которая укладывалась в деревянные формы, а затем высушивалась на солнце. Шумеры, вавилоняне и ассирийцы изготавливали такие кирпичи в огромных количествах; так, в Вавилоне был даже принят стандартный формат кирпича: квадратные призмы 40 × 40 × 10 см, из которых строились дома, дворцы и башни. Поскольку такие кирпичи не отличаются хорошим качеством, даже самые массивные сооружения со временем превратились в кучи глины. Исключения весьма немногочисленны, и среди них прежде всего необходимо отметить Чога Занбиль — частично сохранившийся памятник эламской архитектуры в иранском Хузестане: три этажа из пяти все еще стоят (Porada, 1965). Остальные же ступенчатые храмовые башни с плоскими крышами — знаменитые месопотамские зиккураты, — построенные после 2200 г. до н. э., сейчас являют собой лишь небольшие насыпи на пустошах. Кирпичи, обожженные в дровяных или угольных печах, впервые начали использовать в Месопотамии; они также были широко распространены в античной Европе и Азии, оставаясь важнейшим повсеместным строительным материалом для многих народов Старого Света до появления бетона и конструкционной стали. Узкие и продолговатые римские кирпичи (45 × 30 × 3,75 см) облицовывались мрамором во всех монументальных строениях; однако даже после того, как этот защитный слой разрушился, они хорошо сохранялись в сухом средиземноморском климате, где их низкая теплопроводность помогала поддерживать прохладную температуру в помещениях жарким летом. Из кирпича римляне также строили здания с удивительно широкими сводчатыми потолками. У римлян было множество разных способов кладки кирпича и использования его в сочетании с камнем и деревом (наиболее распространенными технологиями были opus reticulatum, vittatum, mixtum, и  testaceum). Все эти способы хорошо видно на руинах древних строений, лишившихся мраморной облицовки. Строения из обожженного кирпича оказались более прочными (хотя, естественно, нуждались в некотором ремонте) даже в тропическом климате Азии. Так, многие ступы (stūpa в переводе с санскрита означает буквально «куча земли») — огромные конструкты, схожие с курганами и предназначенные для хранения буддийских реликвий, — сохранились в течение более тысячи лет (Longhurst, 1979). К наиболее замечательным примерам таких массивных сооружений из обожженного кирпича относятся ступа Махабодхи (храм Бодхгая), построенная на месте просветления Будды 2500 лет назад, облицованная песчаником великая ступа в деревне Санчи близ Бхопала (диаметр основания — 36 метров, высота – 15 метров), ступа Пхра Патхом Чеди в Таиланде и 122-метровая Джетаванарамая в Анурадхапуре, Шри-Ланка, построенная примерно 1700 лет назад (Bandaranayake, 1974; Pant, 1976). На строительство Джетаванарамаи ушло, по разным оценкам, от 93 до 200 миллионов кирпичей, на 60% состоящих из мелкозернистого песка и на 35% из глины (Leach, 1959). Обожженная керамика и каменная керамика (последняя после обжига отличается гораздо более низким водопоглощением) также использовались для изготовления кровельной, напольной и декоративной плитки. Керамическая кровельная плитка или черепица широко использовалась в средиземноморских регионах, начиная с античных времен, хотя наиболее ранние экземпляры глазурованного кирпича и декоративной плитки можно найти даже в еще более древних месопотамских строениях. Некоторое время спустя напольную и стенную плитку стали производить с весьма разнообразной отделкой (глазурованная и неглазурованная, мозаичная и с ручной росписью); особо замысловатым и интересным плиточным орнаментом отличались работы средневековых строителей мусульманского мира, которые хорошо умели подбирать цвета и форму. Несколько менее красочная древняя традиция использования плитки также наблюдается в некоторых европейских странах, в особенности в Италии, Испании и Португалии. В морской торговле средиземноморских стран основным видом контейнеров были глиняные амфоры (Twede, 2002). В этих керамических кувшинах люди перевозили вино, оливковое масло, а также обработанные пищевые продукты, например, римский рыбный соус под названием garum. Римляне также пользовались деревянными бочками; умелые ремесленники-бондари изготавливали такие бочки из клёпок из твердых пород древесины, стянутых железными обручами; на одну типичную бочку уходило около 50–60 кг древесины (Twede, 2005). В Средние века именно в таких бочках европейцы хранили и перевозили жидкости, а также маринованные и соленые продукты. Фарфор является самым качественным материалом, производимым из обожженной глины, а именно из каолина — мягкой белой каолинитовой глины, незаменимой в изготовлении изысканных керамических изделий. Этот материал был изобретен примерно в шестнадцатом веке до н. э. (во времена династии Шан) в Китае; вскоре его начали производить также в Японии и Корее. Нарушить восточноазиатскую монополию удалось только в начале восемнадцатого века, когда настоящий фарфор начали производить и в Европе: сначала в Германии и Франции, затем и в Великобритании (Atterbury, 1982). Возведение прочных сооружений из кирпича и плитки требовало хорошего связующего материала. Первые глино-грязевые растворы были слабыми; превосходный цементирующий материал удалось создать благодаря кальцинации известняка (CaCO3 ), в результате которой получается негашеная известь CaO, из которой, в свою очередь, делается гашеная известь Ca(OH)2 . Как уже было сказано ранее, сушка известняка предшествовала эпохе древнейших централизованных империй, а гашеная известь повсеместно использовалась уже в Древнем Египте. Давидовиц (2002) вызвал немало споров своими утверждениями о том, что блоки, из которых построены пирамиды в Гизе, не были карьерным камнем. По его мнению, они состоят из смеси гранулированного известнякового заполнителя и щелочного связующего соединения на алюминиево-силикатной основе; заливка блоков осуществлялась на месте. Хотя эта гипотеза отвергнута большинством египтологов, она до сих пор находит своих сторонников даже среди материаловедов. Римлянам приписывают изобретение бетона, но это не совсем так. Бетон является смесью цемента, наполнителей (песка и гальки) и воды. В свою очередь, цемент является тонкоизмельченной смесью известняка, глины и металлических оксидов, обожженных в печах при высокой температуре. В римском opus cementitium не было цемента; эта смесь, достаточно прочная для применения в строительстве огромных сводов и куполов, не являлась тем, что мы сейчас называем бетоном. Opus cementitium содержал наполнители (песок, гравий, камни, обломки кирпичей и плитки) и воду, однако связующим компонентом был известковый раствор (Adam, 1994). Смесь гашеной извести и вулканического песка, добытого вблизи Путеоли около горы Везувий (pulvere puteolano, позже стала известной как пуццолан), обладала превосходными свойствами, могла затвердевать даже под водой и использовалась в строительстве не только массивных и прочных стен, но и великолепных сводов. Кессонированный потолок Пантеона (118–126 гг. н. э.) с пролетом купола 43,2 м оставался непревзойденным в течение почти двух тысячелетий (хотя купол Сан-Пьетро, спроектированный Микеланджело и завершенный в 1590 году, приблизился к этому рекорду: ширина его пролета составила 41,75 метра). Последним изобретенным в древности материалом, для производства которого требовалась температурная обработка, стало стекло (Macfarlane and Martin, 2002). Древнейшим осколкам месопотамского стекла порядка 5000 лет. Искусство изготовления стеклянных изделий стремительно развивалось в эпоху Нового царства в Древнем Египте, стеклянные предметы нередко находят на местах раскопок римских поселений, однако только в Средние века стекло стало действительно важным материалом как для строителей (что подтверждается многоцветными соборными окнами с их замысловатым рисунком), так и для повседневного использования, отличным примером которого являются искусно изготовленные кубки из венецианского и чешского стекла. До середины девятнадцатого века единственным широко распространенным способом изготовления стекольных панелей ограниченных размеров было так называемое «лунное стекло», или кронглас. Мастер-стеклодув надувал большой пузырь из расплавленного материала воздухом из своих легких; затем этот пузырь скручивали в диск с кругом посередине, диаметр диска мог достигать одного метра. После охлаждения диск нарезали на панели. Такое стекло было слишком дорогим, и простые люди не могли позволить себе остекление своих домов. Повсеместным явлением стеклянные окна стали только в начале современной эпохи. Однако наиболее значимым достижением античного мира в сфере использования материалов стало не широкое применение в повседневной жизни самых разнообразных органических (дерева, костей, шкур, текстиля животного и растительного происхождения), строительных (камни, глина, песок, бетон) или декоративных материалов (плитка и стекло), а создание методов выплавки и производства изделий из постоянно расширяющегося списка металлов. Добыча руды и выплавка металлов стали важным шагом вперед, начавшимся с применения меди и ее сплавов, а затем и железной руды. Железо стало основным металлом в Древней Греции и Древнем Риме — в двух великих средиземноморских цивилизациях, чьи достижения столь сильно повлияли на историю Европы и всего мира. Чистая медь отличается мягкостью и ковкостью, из нее легко получить сплавы, поэтому медь была первым металлом, которым люди каменного века начали пользоваться еще 10 000 лет назад. Поначалу работа с медью не включала плавку, так как люди брали кусочки выходящего на поверхность самородного чистого металла и формовали их холодным способом либо подвергали многократному нагреву и ударам молота (отжигу). Плавкой и литьем меди начали заниматься более 6000 лет назад, сначала в Месопотамии. В сказании о Гильгамеше — величайшем эпосе шумеров, созданном примерно две с половиной тысячи лет до нашей эры — упоминаются медная шкатулка и бронзовый стержень; кроме того, на местах раскопок на территории древних империй этого региона находили медные ножи, топоры и копья. Тысячу лет спустя эту технологию освоили в Египте, примерно 3500 лет назад она распространились и в Китае. Благодаря обилию руд, содержащих сульфиды меди, она была самым широко применимым металлом в период с 3000 по 1000 год до н. э. Восстановление руды (температура плавления Cu довольно высока — 1083°C) сначала производилось с помощью дров и угля в обложенных глиной ямах, затем в небольших глиняных печах; металл очищали посредством дальнейшего нагрева. Производство меди из повсеместно встречавшихся сульфидов (колчедана) было несколько сложнее: руда измельчалась вручную, позднее для этого стали использовать запряженных лошадей и молоты, приводимые в движение водяными колесами; затем ее обжигали, чтобы удалить примеси серы и различные сопутствующие металлы (As, Fe, Pb, Sn, Zn). Обожженную руду плавили в шахтных печах, затем выплавляли еще раз, чтобы получить медь со степенью чистоты 95–97%. Древесина уходила в огромных количествах, и именно выплавка меди стала основной причиной исчезновения лесов в Средиземноморье, в особенности в Испании и на Кипре. Однако отожженная медь была слишком мягким металлом и не отличалась высокой прочностью на растяжение. Поэтому более прочная и твердая бронза стала первым практичным сплавом в истории, и именно ее Кристиан Томсен использует в своем теперь уже классическом делении истории человечества на каменный, бронзовый и железный век (Thomsen, 1836). Бронза — это медный сплав, на 5–30% состоящий из олова (обычно на 10%). Его прочность на растяжение в 4 раза выше, чем у отожженной меди, а твердость — почти в шесть раз, поэтому бронза была хороша в качестве материала для ножей, мечей, топоров и медалей, а также для колоколов и музыкальных инструментов. Латунь — сплав меди (от 50 до 85%) и цинка; его начали плавить только в первом веке до н. э., а широкое распространение он и вовсе получил не раньше позднего Средневековья. Благодаря цинку прочность и твердость сплава становятся примерно в 1,7 раз выше, чем у холоднотянутой меди, при этом сохраняются ковкость и устойчивость к коррозии. Пьютер — сплав, в основном состоящий из олова (около 90%) с добавлением сурьмы и меди. Помимо меди, олова, бронзы и латуни, древние металлурги научились работать и с другими цветными металлами: цинком, свинцом, ртутью, серебром и золотом. Анализ свинца, найденного в гренландском ледяном керне, сделал возможным реконструкцию самой длинной в мире последовательности данных о производстве металла. По оценкам Hong и соавт. (1994), масштабная выплавка свинца и серебра древними греками и римлянами увеличила производство свинца с 250 тонн в год в 750 г. до н. э. до практически 80 тысяч тонн к 50 г. н. э. Именно свинец, благодаря низкой температуре плавления и хорошей ковкости, рассматривался в качестве основного материала для водопроводных труб в римских городах; однако в основном этот металл использовался в напорных дюкерах (обратных сифонах) — трубах U-образной формы, связывавших напорный резервуар с приемным резервуаром, расположенным несколько ниже на противоположном берегу реки или оврага. Римские инженеры предпочитали использовать такие сифоны там, где для соединения двух краев впадины потребовался бы каменный мост высотой более 50–60 метров. Тысячу лет спустя, во времена упадка и застоя, царивших после краха Римской империи, производство свинца застряло на уровне примерно 12,5 тысячи тонн; и только в середине восемнадцатого века общемировое производство этого металла побило рекорды Античности. В Античности и в Старом, и в Новом свете из золота и серебра изготавливались ювелирные изделия и декоративные предметы, самым знаменитым из которых является, пожалуй, погребальная маска Тутанхамона, сделанная примерно в 1320 г. до н. э. Кроме того, из этих металлов чеканились монеты; их качество и ценность нередко понижались за счет добавления более дешевых металлов. Самый известный пример такой девальвации — история снижения ценности римского денария (Salmon, 1999). Patterson (1972) дает следующую приблизительную оценку ежегодного производства серебра у древних греков и римлян: по 25 тонн в год между 350 и 250 гг. до н. э., по 200 тонн между 50 г. до н. э. и 100 г. н. э. и вновь по 25 тонн в четвертом веке н. э. Ртуть была компонентом мазей и косметических средств (худшего применения ей, пожалуй, и не придумаешь), затем стала ключевым элементом в экспериментальной алхимии. Железные руды были широко распространены; многие ранние находки изобиловали металлом (чистый магнетит содержит 72% железа): на многих участках его можно было добывать без проходки шахт, однако для выплавки этого металла требуется более высокая температура, чем для производства меди или свинца. Первые железные артефакты датируются примерно 5000 годом до н. э., однако повсеместно этот металл стали использовать менее 3000 лет назад, причем как в Древнем Египте, так и в Азии. Чугун — сплав железа с углеродом — был первым черным металлом, но по прочности на растяжение он не превосходил холоднотянутую медь, а по твердости лишь незначительно превосходил бронзу. Однако обилие железных руд и медленный прогресс в плавке металлов постепенно привели к тому, что железо стало самым важным металлом античных времен — и остается таковым до сих пор, если судить по его доле в совокупной массе. В третьей главе я подробно расскажу о том, почему мы все еще живем в железном веке: суммарный расход прочих металлов равен лишь малой доле расхода железа. Ввиду относительно высокого содержания углерода (от 2 до 4,3%) чугун демонстрирует низкую прочность на растяжение (ниже, чем у бронзы и латуни), низкую ударопрочность и очень низкую пластичность. Однако этот сплав отличается хорошей прочностью при сжатии, благодаря чему подходит в качестве материала для множества различных инструментов, посуды и иных предметов: от гвоздей до подков, от горшков до каминных решеток и оружия, включая тяжелое огнестрельное оружие и пушечные ядра. Но там, где металл подвергается большим нагрузкам, чугун использовать бы не получилось: колонны из железа со своей задачей справляются, но вот железные балки не смогли бы выдержать вес высотных зданий. Поначалу железо выплавляли в простых частично закрытых горнах, в которых получались относительно небольшие (примерно по 50 кг) куски металла, загрязненного шлаком. Кричные горны постепенно превратились в небольшие шахтные печи, которые затем стали основой для первых доменных печей, изобретенных в четырнадцатом веке в регионе Рейн-Маас; при плавке металла в столбчатом корпусе такой печи, насыщенные моноксидом углерода, горячие газы движутся вверх, за счет чего при температуре свыше 1600°C происходит восстановление железа из железных оксидов. В течение последующих пяти столетий размеры доменных печей были ограничены, так как энергии угля было недостаточно для обработки больших объемов шихты, состоящей из железной руды и известняка (использовавшегося для удаления примесей). Фундаментальные инновации, ставшие предпосылкой массового производства недорого железа, возникли только в конце восемнадцатого века, когда на смену углю пришел металлургический кокс. Старейшим способом получения стали является науглероживание (диффузионное насыщение), то есть добавление углерода к практически безуглеродному губчатому железу — малым пористым массам железа и шлака из кричных горнов путем длительного нагрева в угле. Так получали верхний слой закаленной стали с равномерным распределением углерода, необходимого для оружейных сталей; достичь нужного эффекта можно было только повторной ковкой (Birch, 1968). Обезуглероживание (удаление углерода путем оксигенации) чугуна впервые произвели в Китае эпохи Хань, где с помощью данной технологии получали прочный сплав, пригодный для изготовления из него цепей подвесных мостов через глубокие ущелья. Но такое применение металла было, скорее, исключением, так как сталь оставалась очень дорогой и потому ограниченной в использовании до девятнадцатого века.

Источник: Создание современного мира. Материалы и дематериализация. Глава 2.

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Первый снимок черной дыры

Астрономы впервые получили прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики М 87 и ее тени.

 

 

 

Как бактерии проводят электричество

Электропроводящие выросты на поверхности бактериальных клеток устроены подобно обычным электрическим проводам – с проводящей внутренней частью и изолирующей обмоткой.

 

 

 

 

Вездесущий натрий

Крупинки натрий-хлора в солонке, бензоат в газировке и лаурилсульфат в шампуне — натрий окружает нас если не повсюду, то, по крайней мере, на кухне и в ванной.

 

 

Новости в фейсбук

Случайные статьи

От 3D-принтеров к 4D

Не проходит удивление от поразительных вещей, которые можно изготавливать с помощью 3D-принтеров. Попробуем оценить разработку инженеров из Массачусетского Технологического Института (МТИ) – четырехмерную (4D) печать.

В клетке. 92 + х

92 + Х

Проекты грантополучателей РНФ в области аддитивных технологий представлены на международной конференции

В клетке. Брошь миссис Мак Вильямc.

БРОШЬ МИССИС МАК ВИЛЬЯМC

Просто добавь азот: ученые улучшили углеродные наноматериалы