Минералогия античных артефактов металлургии Маркульского городища

Колхида являлась одним из важнейших центров черной металлургии Западной Евразии в античную эпоху. Широкая добыча местных железных руд различного типа и выплавка металла отмечались учеными от античных времен до современности ( Khakhutaishvili et al. , 2022). Несмотря на длинную историю изучения и большое количество памятников, детальные минералого-геохимические исследования проведены на ограниченном числе продуктов металлургии Причерноморья ( Erb-Satullo et al. , 2020; Kulkova et al. , 2022; 2023). Поэтому каждый новый памятник с металлургической составляющей позволяет расширить знания о технологии и источниках сырья черной металлургии античной эпохи. Таким памятником стало Маркульское городище, открытое в 2013 г. экспедицией под руководством Г. В. Требелевой ( Требелева и др. , 2015). Памятник расположен в Очамчирском районе Республики Абхазия, датируется IV в. до н. э. – XIV в. н. э. ( Требелева и др. , 2019). В 2021 г. на Маркульском городище на участке «Пифосы» были обнаружены свидетельства о наличии там черной металлургии: железные шлаки и оплавленная керамика.

Основной целью проведенного исследования являлось определение особенностей технологии черной металлургии и типов используемого железорудного сырья на Маркульском городище в III–II вв. до н. э. Задачи работы включали минералого-геохимическую характеристику продуктов металлургии и сравнение с ближайшими аналогичными памятниками Кавказа.

Археологическая характеристика участка

Участок «Пифосы» расположен на юго-западном склоне Маркульского городища между двумя линиями оборонительных стен. Раскопки здесь с 2021 г. ведутся ежегодно. В первый год был разбит небольшой раскоп 2,5 × 3 м, вскрытый на глубину до 4 м по высокому, северо-восточному, борту и на 3 м – по низкому, юго-западному. Перепад глубины образован за счет угла наклона природного склона. Самые верхние слои квадрата представляли собой завалы крупных камней и перемесы слоя грунта между камнями, содержащие средневековую керамику. На глубине около 1,2 м по высокой стороне и около 0,2 м по низкой раскоп вышел на уровень венчика пифоса. Всего в раскопе было обнаружено 5 пифосов iп situ . В 2022 г. раскоп был с расширен на 4 м с юго-восточной стороны и вскрыт на глубину залегания пифосов. В 2023 г. исследования в данном квадрате были продолжены, глубина составила 4,3 м по высокому борту, и раскоп был расширен в северо-западном направлении на 3 м. Таким образом, общая длина по линии СЗ–ЮВ составила 9,5 м, а ширина (по линии СВ–ЮЗ) – 3 м (рис. 1).

В раскопе с обеих сторон (СВ и ЮЗ) по всей его протяженности на глубине от 1,5 до 2 м выявлены блоки песчаника. Для установки пифосов в них были пробиты выемки, повторяющие форму пифоса, примерно на глубину 30–40 см. В целом в раскопе выявлено iп situ 13 пифосов разной сохранности. По типу венчиков и особенностям тулова они датируются позднеантичным – раннесредневековым временем ( Требелева и др. , 2023б). В перемесе слоя на всю толщину грунта залегания пифосов встречаются фрагменты бронзовых предметов (цепочки, пластины,

Рис. 1. План раскопа «Пифосы» на конец сезона 2023 г. Высота отметок по Балтике а – кладка из крупных блоков песчаника; б – кладка эллинистического времени из различных глыб на глинистом растворе; в – галечная глыба, упавшая в ходе землетрясения; г – вырубленные в блоках песчаника выемки под пифосы крючки), пастовые бусы, фрагменты тонкого (1 мм) стекла, с пузырьками внутри, венчики тонкостенных сосудиков из прозрачного, белого матового и синего стекла. Фрагменты малы и фактически не сохранили форму, но в целом эти артефакты характерны для римского периода – примерно I–II вв. н. э. Этим же периодом датируется и найденная в раскопе 2022 г. стеклянная гемма (Требелева и др., 2023а). Наличие артефактов римского периода в слое перемеси грунта склада пифосов неслучайно: под ними был обнаружен могильник этого времени (Требелева и др., 2023б), потревоженный при установке пифосов. Могильник залегает на глубине 2 м по высокому борту.

При углублении ниже могильника раскоп был сужен пространством между блоками песчаника, и ширина по всей его линии составила строго 2,2 м. Укладка блоков напоминала кладку стен из двух рядов крупных (примерно 1 × 1 м) блоков песчаника и более тонких плит (0,3 × 1 м). При этом наблюдается чередование плит из известняка и песчаника. Кладка сделана на глинистом растворе. Определить ширину данной кладки без расширения раскопа невозможно, это задача будущих работ.

Культурный слой ниже могильника представлен плотным глинистым грунтом с небольшой примесью керамики на толщину около 0,4–0,5 м. Ниже него, на глубине около 2,5 м, была выявлена еще одна кладка на глинистом растворе, которая примыкала одним концом к южной кладке из крупных блоков и уходила от нее под небольшим углом. Эта стена, шириной 1,2 м, сложена из различных горных пород (галечные глыбы, песчаник, известняк) мелкого и среднего размеров. Кладка нерегулярная, высота стены примерно около 1 м. В южном углу раскопа под этой стеной был обнаружен череп человека, лежащий лицом вниз. Культурный слой рядом со стеной и частично в верхней ее части представлен серо-коричневатым суглинком с большим количеством керамики и шлаков, а также зашлакованной (превратившейся в шлак) керамики. Всего в слое было обнаружено около 0,8 м3 шлака. По наличию фрагментов древнегреческих чернолаковых сосудов, а также синопской черепицы датировать этот слой можно III–II вв. до н. э.

Материалы и методы

В работе исследована небольшая коллекция продуктов металлургии, полученная в ходе раскопок нижних горизонтов Маркульского городища в 2022 г., датируемых III–II вв. до н. э. (рис. 1). Петрографическое описание образцов по пяти прозрачным шлифам и минераграфическое описание по шести полированным аншлифам выполнены на оптическом микроскопе Olympus BX 51. Состав минералов и включений металла установлен в шести аншлифах методом сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионным микроанализом (Tescan VEGA 3 sbu, ускоряющее напряжение 20 кВ, живое время 120 с, поглощенный ток на эталоне Со ~ 260 рА).

Результаты исследования

Металлургический шлак (образец МарГ-1) – тяжелый, плотный, слабопористый фрагмент размером 6 × 7 см (рис. 2). Минералогия шлака представлена новообразованными оливином, вюститом, герцинитом и реликтами железных руд, матрицей для которых служит низкокремнистое стекло. Оливин образует крупные призматические, а также мелкие цепочечные и скелетные кристаллы (рис. 3: а ). Крупные кристаллы представлены фаялитом с составом Fe_1,61-1,73Mg_0,17-0,34Ca_0,01-0,08Si_1,01-1,02O₄, цепочечные – кирштейнитом с составом Fe₁₂₆Ca₀₆₇Mg₀₀₃Si₁₀₁O₄. Вюстит образует скелетные кристаллы и глобулярные индивиды. Герцинит представлен идиоморфными кристаллами размером до 20 мкм, минерал характеризуется составом (Fe_1,07-1,14Mg_0,02-0,04)_1,11-1,16(Al_1,68-1,76 Fe_02-024Ti_004-008)₂O₄. Включения металла в шлаке представлены железом, без значительного количества примесей (табл. 1), оно образует капли размером до 70 мкм, частично окисленные по периферии (рис. 3: в ). Исходная руда в шлаке фиксируется в виде единичных реликтовых включений лимонита, оплавленных по периферии (рис. 3: б ). В реликте лимонита отмечено включение металлической меди размером 20 мкм.

Пористые шлаки (образцы МарГ-2, 3, 4, 5-1, 5-2) – фрагментированные обломки высокопористых разностей размером до 5 см (рис. 2). На разных участках раскопа пористые шлаки схожи, немного различаясь лишь степенью пористости и ожелезненности.

Шлаки характеризуются пористой текстурой, пустоты составляют от 20 до 90 % площади шлифов. Основной матрицей является стекло, зачастую сильно ожелезненное, в котором содержатся обломки минералов и горных пород, а также новообразованные фазы. За исключением некоторых отличий, минералогически все пористые шлаки схожи между собой.

Таблица 1. Состав металлических включений в шлаках и оплавленном фрагменте керамики с Маркульского городища, мас. %

Материал	№ образца	Fe	Cu	Ti	Si	Сумма	Точка анализа
Горновой шлак	МарГ-1	99,7				99,7	Капля железа
		5,5	94,4			99,9	Самородная медь в реликте железной руды
Пористый шлак	МарГ-3	99,4	0,6			100,0	Капля железа
Оплавленный фрагмент керамики	МарГ-6	99,0		0,7	0,1	99,8	Капля железа

В образце МарГ-2 поры составляют до 90 % объема. Микроскопически шлак в межпоровом пространстве характеризуется стекловатой структурой. В стекле находятся обломки частично или полностью расплавленных и перекристаллизованных зерен кварца (с образованием кристобалита или кварцевого стекла) и плагиоклаза, в разной степени ожелезненных. Встречаются оплавленные зерна рудных минералов (магнетит, титаномагнетит, ильменит) и обломки зерен оливина, оплавленные и перекристаллизованные. Наряду с обломками исходных зерен оливина находятся новообразованные удлиненные и скелетные кристаллы мелилита и пластинки муллита. Эти данные свидетельствуют о возможном присутствии в исходной шихте осадочных глинистых пород наряду с содержащим железистые минералы базальтоидом.

Образцы МарГ-3 и МарГ-4 содержат меньшее количество пор (около 50 % объема породы). Большую часть минеральных включений составляют реликтовые пироксен и монтичеллит, новообразованные волластонит, мелилит и муллит. Менее распространены кварц, плагиоклаз, магнетит. Частично расплавленный исходный материал представлен тонкообломочным агрегатом зерен кварца, плагиоклаза и оливина с отчетливыми следами плавления. В участках полного плавления исходного материала основная масса интенсивно ожелезнена, состоит из стекла, местами содержит тонкие зерна муллита. Встречаются участки с повышенным содержанием тонкого кварц-серицитового агрегата, окрашенного охрами железа в красновато-бурый цвет. Судя по размеру и составу реликтовых и новообразованных минералов, исходный материал получен из мелко раздробленных ожелезненных базальтоидов и осадочных пород.

Образцы МарГ-5-1 и МарГ-5-2 отличаются значительно меньшим количеством пор (около 20 % объема площади образца) и неоднородностью строения: встречаются участки как сложенные стеклом и новообразованными фазами (пироксен, кристобалит, муллит), так и частично оплавленные, содержащие реликтовые включения плагиоклаза, пироксена, оливина, слюды, карбонатов, кварца, рудных минералов и единичные зерна шпинели. Весьма интересным является участок шлифа в образце МарГ-5-2 с крупнопористой текстурой и другим составом исходного материала, который представлен зернами кварца, азурита, малахита, возможно самородной меди (рис. 4). На границе двух видов шлака, один

Рис. 2. Продукты железной металлургии Маркульского городища

МарГ-1 – горновой шлак; МарГ-2, 3, 4, 5 – пористые шлаки; МарГ-6 – оплавленная керамика из которых образовался за счет исходного гетерогенного обломочного материала, а другой из тонкообломочного глинистого материала и базальтовых обломков, обнаружено обособление малахита размером около 1 мм.

В образцах МарГ-3 и МарГ-5-2 отмечаются капли восстановленного железа с примесью меди (0,6 мас. %) размером до 30 мкм (рис. 3: г ; табл. 1).

Ошлакованная керамика (образец МарГ-6) представлена фрагментами керамических плиток (черепицы?) размером до 5 см, черного и бурого цветов, средней пористости. На фрагментах керамики фиксируются следы высокотемпературного воздействия: оплавление и ошлакование.

Материал ошлакованной керамики – пористая неоднородная смесь буроватого цвета. Поры составляют около 40 % объема площади шлифа. Керамика сформирована обломками зерен минералов и горных пород, сцементированных стекловатой массой. Встречаются участки со следами плавления и течения стекловатой массы, окрашенные в зеленые и бурые цвета. Характерна в этих участках пористая текстура, в которой поры неправильной бухтообразной формы, ориентированные в одном направлении. Местами в них встречаются скопления игольчатых зерен муллита, создающих войлочноподобную структуру.

Среди минеральных включений преобладают обломки кварца, обычно угловатой формы в виде одиночных зерен или сростков. Кварц интенсивно деформирован, оплавлен, иногда с образованием кристобалита. Реже встречаются обломки зерен плагиоклаза, калиевого полевого шпата, клинопироксена. Образец

Рис. 3. Минералогия продуктов железной металлургии Маркульского городища а – скелетные кристаллы оливина и вюстита в горновом шлаке; б – реликт железной руды (бурого железняка) с включением самородной меди в горновом шлаке; в – капля железа в горновом шлаке (МарГ-1); г – мелкие капли железа в пористом шлаке (МарГ-3); д, е – скопления капель железа и вюстита в оплавленном фрагменте керамики (МарГ-6). Фото в отраженном свете

Обозначения минералов: Ol – оливин; Wus – вюстит; Lim – лимонит; Cu – самородная медь; Fe – железо; Gl – стекло сильно ожелезнен. В межпоровом пространстве, где наиболее интенсивно проявлено плавление исходного материала, встречаются скопления пластинок муллита часто в ассоциации с гематитом. Реликтовые обломки горных пород представлены кремнистыми алевролитами, они также содержат следы плавления в виде стекловатой каймы в краевых частях. Наиболее интересными в керамическом фрагменте являются следы металлургического воздействия, представленные участками металлургического шлака и скоплениями частично окисленных капель восстановленного железа (рис. 3: д, е).

Обсуждение результатов

Наличие фрагментов металлургических шлаков, особенно пористых разновидностей, свидетельствует о выплавке железа непосредственно на Мар-кульском городище, предположительно в III–II вв. до н. э. Небольшой масштаб раскопок и коллекции образцов пока не позволяет нам установить весь комплекс особенностей металлургического процесса. Тем не менее первые выводы можно сделать по типологии и минералогии продуктов металлургии.

Рис. 4. Зерно малахита (Mlc) в пористом шлаке. Образец Марг-5-2. Фото в проходящем свете, с анализатором

Вероятно, образец тяжелого плотного шлака (МарГ-1) пока является единственным найденным на Маркульском городище горновым шлаком. Морфология и минералогия этого фрагмента схожи с горновыми шлаками эллинистического периода соседнего региона Западной и Центральной Грузии ( Erb-Satullo et al. , 2020). Пока сложно сказать, почему на Маркульском городище не были обнаружены выпускные шлаки, которые обычно являются наиболее распространенным материалом при раскопках железоплавильных комплексов. Возможно, это также связано с ограниченным масштабом раскопок.

Фрагменты пористых шлаков, широко представленные на памятнике, вероятно, являются продуктом взаимного переплавления и вспенивания внутригор-новых металлургических шлаков и внутренней глиняной обмазки горна. Этот вывод можно сделать по наличию в них как шлаковых фаз (восстановленное железо, вюстит), так и глинисто-песчаниковой составляющей.

Интерес вызывает редкая находка оплавленной керамики – фрагмент плоской керамической плитки (черепицы?), сырьем для производства которой, по-видимому, служила каолиновая глина с примесью зерен кварца, плагиоклаза, полевого шпата, обломков глинисто-кремнистых алевролитов и кремней. В керамической плитке наблюдаются высокая степень температурной переработки исходного материала и привнос шлаковой составляющей. Наличие большого количества капель железа, скопления скелетных кристаллов вюстита в оплавленном керамическом фрагменте позволяет предположить, что плитка могла использоваться как вторичное сырье при строительстве металлургического горна.

Пока при раскопках Маркульского городища не были обнаружены железные руды, использовавшиеся для выплавки металла. Тем не менее минералогическое исследование шлаков позволяет предполагать особенности рудной базы комплекса. Многие исследователи металлургии железа древней Колхиды предполагали, что одним из важнейших источников сырья служили магнетитовые пески прибрежных отложений Черного моря, другим типам рудных месторождений придается меньшее значение (Аджинджал, 1969. С. 218, 224; Бгажба, 1983. С. 11–14; Хахутайшвили, 1987; Купарадзе, 2013). Однако последние исследования эллинистических металлургических комплексов Западной и Центральной Грузии не подтверждают повсеместное использование магнетитовых песков. Исследование железных шлаков и фрагментов руды указывают на использование железорудных (гематит-кварцевых) кор выветривания (Erb-Satullo et al., 2020). Минералогические особенности артефактов металлургии Маркульского городища также указывают на использование бурожелезняковых руд. В шлаках не было обнаружено реликтовых агрегатов магнетита и титаномагнетита, характерных для прибрежных россыпей, зерно ильменита обнаружено в единственном случае – в образце МарГ-2. А частично оплавленный обломок бурого железняка, сложенный тонкими срастаниями окси-гидроксидов железа и силикатных минералов, оказался единственным рудным реликтом в горновом шлаке (образец МарГ-1). Обращает на себя внимание также медесодержащая ассоциация в железных шлаках Маркульского городища. Она представлена примесью меди в некоторых каплях железа, включением самородной меди в реликте бурожелезняковой руды в горновом шлаке и реликтовыми зернами малахита и азурита в пористых шлаках. Самородная медь является типичным акцессорным минералом для лимонитовых кор выветривания колчеданных месторождений (Смирнов, 1955. С. 124, 125). Показательно также наличие реликтовых зерен малахита и азурита в пористом шлаке (образец МарГ-5-2). На основании этих фактов мы предполагаем, что на Маркульском городище могли использоваться бурожелезняковые руды верхних горизонтов зоны окисления медноколчеданных или медно-железоскарновых месторождений. Наиболее вероятным источником железных руд для Маркульского городища могут быть бурые железняки медно-пирротиновых проявлений в бассейне р. Кодор, расположенные к северу от памятника. Проявления приурочены к дайкам долеритов. Оруденение представлено пиритом, пирротином, халькопиритом, арсенопиритом, галенитом, сфалеритом, молибденитом, образующими гнездообразные скопления и рассеянную вкрапленность (Букия и др., 1971). Возможно, именно с долеритами связаны реликтовые оливин, пироксен и плагиоклаз, фиксируемые в пористых шлаках. На месторождениях бассейна р. Кодор отмечены участки выплавки железа (Аджинджал, 1969. С. 224).

Шлаки Маркульского городища – не первый случай использования зоны окисления сульфидных месторождений Причерноморья для получения железа. Так, при изучении ритуальных железных топоров в металле было выявлено большое количество сульфидов: пирита, халькопирита и акантита, что позволило предположить использование медноколчеданных месторождений в качестве источника сырья ( Kulkova et al. , 2023).

Выводы

На Маркульском городище в III–II вв. до н. э. металлургия железа базировалась на бурожелезняковых рудах. Предположительными источниками сырья служили медноколчеданные месторождения территории бассейна р. Кодор. Ближайшим аналогом являются места выплавки железа эллинистического времени в Западной и Центральной Грузии ( Erb-Satullo et al. , 2020).

Изучение продуктов металлургии Маркульского городища пока не выявило использования в качестве железной руды прибрежных магнетитовых россыпей.

Наше исследование представляет предварительную характеристику артефактов металлургии железа на Маркульском городище. Чтобы полностью реконструировать технологию выплавки, установить используемые месторождения, масштаб производства железа и возможный экспорт, например, в близлежащий древнегреческий полис Гюэнос, необходимо продолжить археологические и ар-хеометаллургические изыскания.