Древнейшие артефакты из метеоритного железа: мифы и реальность

В истории освоения человеком черных металлов особое место занимают проблемы метеоритного железа. Это связано с тем, что до сих пор остается много спорных вопросов, касающихся этой темы. Среди них такие принципиальные, как выбор критериев при идентификации соответствующих артефактов и роль метеоритного железа в становлении черной металлургии.

Долгое время ранние находки из черного металла считались изготовленными из метеоритного железа просто по факту своей древности. С началом применения аналитических методов при изучении археологических артефактов появилась объективная доказательная база для решения этого вопроса.

Общепризнано, что диагностирующим признаком метеоритного железа является высокое содержание никеля, хотя исследователи и расходятся в определении доли этого элемента, необходимой для достоверности выводов о метеоритном происхождении металла. Большинство специалистов склоняются к мнению, что содержание никеля в метеоритном железе превышает 5 % (Buchwald, 1977. P. 223; Photos, 1989. P. 404). Например, это следует из гистограммы распределения никеля в 700 образцах, приведенной в статье В. Бухвальда (Buchwald, 2005. Р. 23. Fig. 11)2.

Ю. Ялчин считает, что железо с содержанием никеля ниже 5 % не может считаться метеоритным без дополнительных (металлографических) анализов ( Yalçin , 1999. P. 180). Некоторые специалисты также полагают, что содержание никеля 3–5 % не может свидетельствовать о его безусловно метеоритном происхождении, но говорит о возможности использования редких типов руд богатых никелем ( Blomgren , 1980; Bronson , 1987).

С другой стороны, высокое содержание никеля в железе не обязательно свидетельствует о его внеземном происхождении. Польский исследователь Е. Пясковский высказал мысль о том, что ранние железные артефакты с высоким содержанием никеля могли быть получены металлургическим способом из высоконикелистых руд. Основанием для подобного вывода послужили проведённые им металлографические исследования группы изделий гальштатского и латенского периода с территории Польши. Приведенные данные достаточно выразительны, например, в структуре металла двух гальштатских браслетов (с содержанием никеля 18,25 и 12,47 %) были обнаружены включения шлака, неизбежного спутника железа, полученного в ходе сыродутного процесса ( Piaskowski , 1982. P. 238).

В недавнее время появились археологические и экспериментальные свидетельства того, что железные руды, содержащие никель, так называемые латериты, применялись в железопроизводстве древней Греции ( Photos , 1989).

В результате исследований И. Гошека и М. Ф. Гурина установлено, что высокое содержание никеля наблюдается в металлургическом железе в районе сварных швов ( Гошек , 2005; Гурин , 1987. С. 37). При этом известны сварные швы с содержанием никеля свыше 15 % и даже 20 % ( Гошек , 2005. С. 138). Интересные данные получены при изучении образца, взятого из экспериментальной крицы: «если общее содержание никеля в нем составляло 0,02 %, то в швах оно достигало 2,0 % Ni и 1,4 % Co» (Там же. С. 146).

Таким образом, и высокое содержание никеля ещё не может служить однозначным фактором в определении метеоритного происхождения железа. Большое значение имеет также содержание кобальта (в метеоритах содержание этого элемента составляет не менее 0,6 %). На основании приведённых данных мы видим, что химический состав не может служить главным аргументом в пользу метеоритного происхождения предметов. В этом плане наиболее эффективным дополнением к данным химического анализа является (если позволяет сохранность предмета) металлографическое исследование.

Интересная сводка древнейших (более сорока) артефактов (V–II тыс. до н. э.), считающихся по литературным данным изготовленными из метеоритного железа, приведена в работе Э. Фотос ( Photos , 1989. P. 408, 409). Из этого списка видно, что аналитическому (химическому или спектрографическому) исследованию была подвергнута лишь половина изделий. Как свидетельствуют полученные данные, только у трех образцов содержание никеля превысило 5 % (бусы-пронизки из Герзеха, фрагмент орудия из Ура и амулет из Дейр-эль-Баха-ри). Исходя из вышесказанного, именно эти три артефакта с определенной долей достоверности можно считать изготовленными из метеоритного металла.

Следует отметить, что даже аналитические исследования не всегда приводят к однозначному выводу. Об этом красноречиво свидетельствует история с идентификацией девяти бусин (bead), которые происходят из двух захоронений могильника Герзех на севере Египта и датируются около 3200 г. до н. э. Сразу оговорим, что, судя по форме – свернутые в трубочку тонкие пластинки металла (1,5–1,7 см в длину и 0,3–1,3 см в диаметре), эти изделия правильнее назвать пронизками. Проведенный в 20-х гг. XX в. химический анализ одной из прони-зок показал высокое содержание никеля (7,5 %), что позволило интерпретировать металл предмета как метеоритное железо ( Desch , 1929; Wainwright , 1932). Однако исследование другой пронизки продемонстрировало низкое содержание никеля ( Dowland, Bannister , 1939. P. 85–112).

Низкое содержание никеля (около 0,2 %) показал и анализ трех пронизок из погребения 67, проведенный на электронном микроскопе в 90-х гг. XX в. ( El Gayar , 1995). Учитывая значимость артефактов, Отдел египтологии Музея Питри в Лондоне, где хранятся находки, счел возможным предоставить эти про-низки для повторного изучения. Исследования проводились в Центре физики высоких энергий Венгерской академии наук в Будапеште. В результате было установлено, что содержание никеля в металле составляло от 6 до 9 %, кобальта – от 0,4 до 0,5 %. Полученные данные и их сравнение с составом метеоритов из Аргентины, дата падения которых совпадает с датировкой предметов из Гер-зеха, позволили авторам сделать однозначный вывод о том, что пронизки изготовлены из метеоритного металла ( Rehren et al ., 2013).

Полученный вывод подтвердил анализ в лаборатории Университета Манчестера еще одной пронизки из этого же погребения, хранящейся в Музее Манчестера ( Johnson et al ., 2013). Исследование химического состава продемонстрировало содержание никеля в 4,8 %, кобальта – 0,6 %. В результате рентгеновской томографии обнаружена типичная для метеоритного железа структура видман-штетта, в котором удлиненные зерна тэнита располагаются в более широких полосах камасита (Ibid. P. 999).

Таким образом, на сегодняшний день пронизки из Герзеха можно считать достоверно доказанными древнейшими изделиями из метеоритного железа. При этом следует подчеркнуть, что технология их изготовления (плющение, гибка и т. д.) сходны с приемами, применявшимися мастерами при работе с медью и золотом ( Rehren et al ., 2013. P. 4789).

Нельзя не отметить, что целый ряд находок, считавшихся ранее изготовленными из метеоритного железа, в настоящее время на основании аналитических исследований к таковым не относятся. Так, наиболее известный биметаллический кинжал с железным клинком из гробницы Тутанхамона, который долгое время считался изготовленным из метеоритного металла (Lucas, 1948. P. 272), на основании рентгеноспектрального флуоресцентного анализа, показавшего слишком низкое для метеоритов содержание никеля (2,8 %), может считаться откованным из металлургического железа (Helmi, Barakat, 1995; Buchwald, 2005. P. 25). Из списка «метеоритных» могут быть исключены «шарики» из Тепе Сиалка II (4600–4100 гг. до н. э.), оказавшиеся, как показали аналитические данные, изготовленными из железного минерала – магнетита (Pigott, 1984).

Спорным является происхождение знаменитого топорика из Угарита (1450–1350 гг. до н. э.) с лезвием из черного металла и богато украшенной втулкой из цветного металла. В результате химического и металлографического анализов Л. Брун пришел к заключению о его изготовлении из металлургического железа ( Schaeffer , 1939), полученного из пирротита – железной руды с высоким содержанием никеля (хотя первоначально у исследователя и было предположение о его метеоритном происхождении на основании относительно высокого содержания никеля – 3,25 %). Металлографический анализ показал, что металл содержит включения, присущие кричному железу и отсутствующие в железе метеоритного происхождения. Однако позднее В. Виттер предположил, что железо из пирротита, принимая во внимание уровень техники эпохи бронзы, получить было невозможно, а следовательно, железо топора с относительно высоким для металлургического железа содержанием никеля имеет метеоритное происхождение ( Witter , 1942). При этом, по мнению исследователя, использовался метеорит класса атакситов, микроструктуру которых трудно отличить от земного железа. Но, как следует из классификации метеоритов (Метеориты России. [Электронный ресурс]), атакситы относятся к наиболее редкому классу метеоритов, другой же их особенностью является самое высокое среди метеоритов содержание никеля (выше 16 %), что не согласуется с содержанием никеля в топоре из Угарита (3,25 %). С нашей точки зрения, весомым аргументом в пользу определения железа этого артефакта как металлургического является наличие в структуре металла шлаковых включений ( Schaeffer , 1939. P. 110).

На территории Восточной Европы первая находка, интерпретированная как изделие из метеоритного железа, обнаружена более 80 лет назад в кургане 6 урочища Бичкин-Булук близ г. Элиста (Калмыкия). Это листовидный наконечник копья, датирующийся концом II – началом I тыс. до н. э. ( Синицын , 1948. С. 159). Металл сохранился плохо, что не позволило исследователям провести металлографический анализ. Заключение о метеоритном происхождении железа было сделано на основании химического и спектрального анализа, которые показали присутствие никеля (3,65 %) и кобальта (0,1 %), а также небольшое содержание таких элементов как кремний, марганец, ванадий, магний, кальций, германий, медь ( Шрамко и др ., 1965. С. 203). На наш взгляд, указанное содержание никеля и практическое отсутствие кобальта не позволяет однозначно определить железо исследованного наконечника как метеоритное.

Классическим примером комплексного исследования древнейших железных находок (металлография и определение химического состава), чему способствовала хорошая сохранность артефактов, может служить изучение уникальных железных предметов середины III тыс. до н. э. из памятника древнеямной культуры. Артефакты происходят из самого крупного (№ 1) из исследованных в Приуралье курганов ямного времени у с. Болдырево, в Ташлинском районе Оренбургской обл. (Моргунова, 2014. С. 195). Здесь было вскрыто богатое погребение со сложной надмогильной конструкцией. В состав погребального инвентаря входило несколько железных предметов: долотовидное орудие, биметаллическое орудие типа тесла (с железным лезвием и медной втулкой), предмет дисковидной формы. Следует подчеркнуть, что находки из Болдырево на сегодняшний день являются наиболее древними изделиями из черного металла на территории Северной Евразии.

Для аналитического изучения предметы были переданы в Лабораторию естественнонаучных методов Института археологии РАН (подробное описание результатов анализов см.: Терехова и др ., 1997. С. 33–39). Выявленные металлографические признаки позволили сделать предварительное заключение, что при изготовлении исследованных предметов использовался метеоритный металл. Анализ химического состава изделий³ подтвердил предварительное заключение о его метеоритном происхождении (содержание никеля от 5,3 до 9,45 %, кобальта от 0,47 до 0,67 %). При этом было уточнено, что оба исследованных предмета откованы из железа метеоритов, относящихся к типу палласитов. Судя по химическому составу, сырьем служили разные метеориты. При изготовлении орудий использовались те же приемы горячей ковки и те же температурные режимы, что и при работе с медью. Для упрочнения рабочей части изделий применялась ковка в холодную (наклеп).

Таким образом, в настоящее время имеется весьма ограниченное количество железных предметов, датируемых эпохой бронзы, при изготовлении которых достоверно использовалось метеоритное железо. Основная их часть сосредоточена на территории Ближнего Востока и представлена небольшими по размерам изделиями: пронизками, булавками, амулетами. Понятно, что использование такого материала, как метеоритное железо, не могло быть сколько-нибудь регулярным ( Бидзиля и др. , 1983. С. 9; Coghlan , 1956. P. 36). Во-первых, железные метеориты составляют незначительную часть всех выпавших на Землю болидов, среди которых преобладают каменные⁴. Во-вторых, локализовать место падения метеорита было возможно только для сравнительно крупного тела. И, наконец, древние мастера могли использовать лишь небольшие осколки метеоритов, поскольку имеющиеся в их распоряжении инструменты не позволяли откалывать или отпиливать куски от многокилограммовых болидов. Все вышесказанное свидетельствует о том, что изготовление предметов из метеоритного железа носило случайный характер.

Возникает вопрос: могло ли сыграть знакомство человека с метеоритным железом какую-то роль в открытии способа металлургического получения железа? По мнению В. В. Иванова, железо начало приобретать самостоятельную значимость в результате «отождествления железа, получаемого при металлургическом эксперименте, с метеоритным железом» ( Иванов , 1983. С. 39). Автор, говоря о «металлургическом эксперименте», по всей видимости, имеет в виду плавку медных сульфидных руд, в ходе которой железо могло получаться в качестве побочного продукта. Должны заметить, что ни по виду, ни по форме, ни по механическим свойствам эти материалы совершенно несопоставимы. Как побочный продукт металлическое железо представляло собой незначительные частички относительно мягкого металла, не пригодного для изготовления каких-либо предметов. Оно требовало целого ряда дальнейших действий (спекания, проковки и т. д.) для получения монолитного полуфабриката. Что касается метеоритного металла, то это неправильное по форме, монолитное, довольно твердое образование (сопоставимое по твердости с высокоуглеродистой сталью), ничем не напоминающее частички светлого металла, получаемые в качестве побочного продукта при плавке сульфидных руд.

На наш взгляд, знакомство человека с метеоритным металлом никак не повлияло на открытие способов металлургического получения железа. В пользу этого можно привести следующие аргументы. Известно, что наиболее древние изделия (вторая половина III тыс. до н. э.), изготовленные из металлургического железа, происходят с территории Анатолии: лезвие кинжала с золотой рукоятью, две булавки с золотыми головками и подвеска (Аладжа Хююк, 2400–2100 гг. до н. э.), меч с обсидиановым навершием (Дорак, 2400–2300 гг. до н. э.) ( Waldbaum , 1978. P. 20). В то же время достоверно идентифицированных артефактов из метеоритного железа в этом регионе до настоящего времени не выявлено. Следует оговориться, что в литературе в свое время фигурировало несколько предметов из анатолийских памятников, которые считались изготовленными из метеоритного металла. Это навершие из Трои, булавка и крестообразная бляшка из Аладжа Хю-юка ( Waldbaum , 1980. P. 73). Однако после проведения аналитических исследований определение материала этих артефактов как метеоритного не подтвердилось. Оказалось, что для навершия из Трои использован вообще не металл, а, по словам Э. Перницки, «железная руда из зоны окисления медного месторождения» ( Pernicka , 1990. Ѕ. 61). Предметы из Аладжа Хююка остаются под вопросом из-за недостаточно высокого содержания никеля (к сожалению, в публикациях не приведено содержание кобальта) ( Coghlan , 1956. P. 33; Photos , 1989. P. 408).

Еще более очевидным представляется отсутствие связи между метеоритным и металлургическим железом на примере Египта. Изделия из метеоритного железа, как упоминалось выше, известны здесь уже в конце IV тыс. до н. э. (про-низки из Герзеха). Но при этом о местном железопроизводстве можно говорить не ранее VIII–VII вв. до н. э. ( Pleiner , 2000. P. 22; Snodgrass , 1980. P. 365). Указанный хронологический разрыв, не заполненный промежуточными этапами, свидетельствует о том, что процесс обработки метеоритного металла не привел к появлению металлургического железа.

Итак, несмотря на то, что знакомство человека с метеоритным железом произошло раньше освоения способа металлургического получения железа, эти процессы, на наш взгляд, никак не были связаны. Обработка метеоритов ограничивалась лишь механическим воздействием с целью трансформации формы и никак не увязывалась с процессом превращения веществ.