Сколько тысяч лет назад люди научились обрабатывать металлы
Обновлено: 27.09.2024
Мы с вами живём на железной планете. Распространённость железа в земной коре — 4,65 %, это четвёртый показатель после кислорода, кремния и алюминия. При этом в мантии его содержание составляет 14 %, а земном ядре — 86 %. Оттого не удивительно, что освоение железа было вопросом времени, и что именно на нём мы построим нашу цивилизацию.
Представьте, что о существовании металла ничего не известно. Люди использовали то, что лежало прямо под ногами и прежде всего это камни, палки и кости животных.
Процесс создания первых орудий был максимально примитивным — они обтёсывали камни, ударяя друг об друга, и заостряли таким образом нужный конец.
Позже люди научились приделывать к камням древки и получили первые топоры. Таким каменным топором уже можно было срубить большое дерево, но на это могли уйти недели. Не то чтобы у первобытных людей была нехватка свободного времени, но такие темпы не позволяли им развиваться как виду.
Среди прочего людям попадались и красновато-зелёные «камни». Тогда они не знали, что это самородки меди и традиционно пытались обтёсывать ударами — куски от меди не отламывались, но менялась сама форма металла.
Медь мягче и куда эластичнее камня — из неё проще было создавать изделия методом холодной ковки, то есть без нагревания. Обрабатывали медь и методом горячей ковки: бросали самородки в костры и печи. Температура плавления меди относительно невысокая — 1083 °С. А поскольку природные металлы редко находятся в чистом виде и состоят преимущественно из примесей, температура плавления была ещё меньше. Костра под потоками ветра было достаточно, чтобы взаимодействовать с самородками меди и создавать из неё предметы.
Из-за мягкости медь в меньшей степени была пригодна для охоты и работы на полях, но получила большую популярность в ритуальных целях и в качестве украшений благодаря красивому красноватому блеску.
На смену медному веку пришёл бронзовый . Бронзу люди получили в результате сплава меди и олова: в костры с медью попадали различные примеси, среди которых было и олово.
По характеристикам они превосходили медные, отличались большей твёрдостью и устойчивостью к коррозии. К тому же бронза обладала меньшей температурой плавления, чем медь — 950 °С. Хоть бронза и прослужила людям многие сотни лет, её доминирование в мире тоже завершилось — сырья для изготовления железа было многократно больше, оно было доступнее и превосходило бронзу в твёрдости.
До того, как люди научились обрабатывать железную руду, они пользовались железом метеоритного происхождения. Прослеживается это и в ранних названиях металла: древние египтяне называли его «небесным телом», шумеры «небесной медью», а в греческом и латинском языках он именовался «звёздным».
Когда прославленный испанский конкистадор Эрнан Кортес спросил у ацтекских вождей, откуда у них ножи, они показали ему на небо.
Такое железо было редкостью, считалось драгоценным как золото и потому использовалось больше в ритуальных целях. Его было недостаточно, чтобы человечество вступило в новый этап истории, вытеснив бронзу.
Считается, что первыми освоили производство железа хетты около двух тысяч лет до нашей эры — это территория современной Анатолии в Турции. Но железная металлургия распространялась по миру неравномерно и довольно неспешно.
Первым металлургическим агрегатом для добычи железа из руды был сыродутный горн. Поначалу их рыли на склонах холмов, чтобы создавалась естественная воздушная тяга. Позднее их стали рыть прямо в земле, над ямой пристраивали купол с отверстием, а воздух подавали сбоку с помощью мехов из шкур животных. Их ещё называют «волчьи ямы».
Пространство изнутри покрывали толстым слоем огнеупорной глины, чтобы сохранять жар. В ширину такой горн был в среднем один метр, а в высоту не более полуметра.
Сначала в печь закладывали древесный уголь и разжигали его, затем сверху загружали слоями поочерёдно руду и древесный уголь. Количество руды могло доходить до 20 кг. Воздух подавали с помощью мехов, которые приводились в движение руками или ногами. Температура в рабочем пространстве горна достигала 1100—1350 °С, что было недостаточно для того, чтобы полностью расплавить малоуглеродистое железо, но достаточно, чтобы через специальный жёлоб вытекали расплавленные шлаки.
В зависимости от размера печи, руды и давления воздуха обработка могла занимать от нескольких часов до нескольких дней. Когда процесс заканчивался, печь разрушали и доставали крицу — кусок пористого железа с включениями несгоревшего древесного угля и примесями шлака. Что делали дальше? Вручную методом ковки удаляли из крицы уголь и шлаки до тех пор, пока не получали пригодное железное сырьё для создания инструментов.
Поначалу такое производство не было эффективным: вес крицы составлял не более 20 % от заложенной руды — основная масса вытекала со шлаком.
Со временем люди научились получать железо эффективнее. Для этого они увеличивали высоту горна и совершенствовали механизмы продувки. Например, в Китае использовали водяное колесо, которое приводило в движение ящики с воздухом. Так они достигали температуры 1350 °С — достаточной для производства чугуна.
Сыродутный горн с различными изменениями просуществовал до конца 19 века, а в некоторых особенно удалённых регионах им пользуются до сих пор как самым доступным способом добычи железа.
В будущем расскажем про появление домниц, влияние чугуна на металлургию и освоение стали.
Обработка металла в древности. Как человечество вошло в железный век
Как известно, основным материалом, из которого первобытные люди изготавливали орудия труда, был камень. Не зря сотни тысяч лет, прошедшие между появлением человека на земле и возникновением первых цивилизаций называют каменным веком. Но в 5-6 тысячелетиях до н. э. люди открыли для себя металл. Скорее всего, первое время человек относился к металлу точно так же, как к камню. Он находил, например, медные самородки и пытался обрабатывать их точно так же, как камень, т. е. с помощью обивки, шлифования, отжатия отщепов и т. д. Но очень быстро стала ясна разница между камнем и медью. Может быть, даже, первоначально люди решили, что от металлических самородков толку не будет, тем более что медь была достаточно мягкой, и орудия, которые из нее изготавливались, быстро выходили из строя. Кто придумал плавить медь? Теперь мы никогда не узнаем ответа на этот вопрос. Скорее всего, все получилось случайно. Раздосадованный человек бросил камешек, который показался ему неподходящим для изготовления топора или наконечника стрелы, в костер, а затем с удивлением заметил, что камешек растекся блестящей лужицей, а после прогорания огня – застыл. Потом понадобилось только немного поразмыслить – и идея плавки была открыта. На территории современной Сербии был найден медный топор, созданный за 5 500 лет до Рождества Христова. Правда, медь, конечно, уступала по многим характеристикам даже камню. Как уже говорилось выше, медь – слишком мягкий металл. Его основным преимуществом являлась плавкость, позволявшая изготавливать из меди самые различные предметы, но по прочности и остроте она оставляла желать лучшего. Конечно, до открытия, например, златоустовской стали (Статья «Русский булат из Златоуста»), должно было пройти еще несколько тысячелетий. Ведь технологии создавались постепенно, сначала – неуверенными, робкими шажками, методом проб и бесчисленных ошибок. Вскоре медь была вытеснена бронзой, сплавом меди и олова. Правда, олово, в отличие от меди, встречается далеко не везде. Не зря в древности Британия носила название «Оловянные острова» – многие народы снаряжали туда торговые экспедиции за оловом. Медь и бронза стали основой древнегреческой цивилизации. В «Илиаде» и «Одиссее» мы постоянно читаем о том, что греки и троянцы были одеты в медные и бронзовые доспехи, использовали бронзовое оружие. Да, в древности металлургия во многом обслуживала именно военных. Пахали землю нередко по старинке, деревянным плугом, да и, например, водостоки можно было сделать из дерева или глины, но на поле битвы бойцы выходили в прочных металлических доспехах. Однако бронза как материал для оружия имела один серьезный недостаток: она была слишком тяжелой. Поэтому со временем человек научился выплавлять и обрабатывать сталь. Железо было известно еще в те времена, когда на Земле шел бронзовый век. Однако сыродутное железо, получавшееся в результате обработки при небольшой температуре, было чересчур мягким. Большей популярностью пользовалось метеоритное железо, но оно было очень редким, найти его можно было лишь по случайности. Однако оружие из метеоритного железа было дорогим, иметь его было очень престижно. Египтяне называли кинжалы, выкованные из упавших с неба метеоритов, Небесными. Принято считать, что широкое распространение обработка железа получила у живших на Ближнем Востоке хеттов. Именно они около 1200 г до н. э. научились выплавлять настоящую сталь. На некоторое время ближневосточные державы стали невероятно могущественными, хетты бросали вызов самому Риму, а филистимляне, о которых упоминается в Библии, владели огромными территориями на современном Аравийском полуострове. Но вскоре их технологическое преимущество сошло на нет, ведь технологии выплавки стали, как оказалось, было не так уж сложно позаимствовать. Главной проблемой было создание горнов, в которых можно было достичь той температуры, при которой железо превращалось в сталь. Когда окрестные народы научились строить такие плавильные печи, производство стали началось буквально во всей Европе. Конечно, многое зависело от сырья. Ведь люди лишь относительно недавно научились обогащать исходное сырье дополнительными веществами, придающими стали новые свойства. Например, римляне насмехались над кельтами, ведь у многих кельтских племен сталь была настолько плохой, что их мечи гнулись в сражении, и воины должны были отбежать в задний ряд, чтобы выпрямить клинок. Зато римляне преклонялись перед изделиями мастеров-оружейников из Индии. Да и у некоторых кельтских племен сталь не уступала знаменитой дамасской. (Статья «Дамасская сталь: мифы и реальность») Но, в любом случае, человечество вступило в железный век, и его уже нельзя было остановить. Даже широчайшее распространение пластмасс, произошедшее в ХХ веке, не смогло вытеснить металл из большинства сфер человеческой деятельности.
Сколько тысяч лет назад люди научились обрабатывать металлы
С. В. Колпаков, Н. А. Селунская
Всеобщая история. История Древнего мира. 5 класс
Вы открываете эту книгу и сразу же отправляетесь в самое необычное и увлекательное путешествие, которое можно себе представить. Это путешествие нельзя совершить на самом деле, но от этого оно не теряет своей заманчивости: его можно и нужно проделать мысленно – это движение в глубь времен, в отдаленное прошлое человечества.
Вы узнаете, как и когда произошел человек, как от занятия охотой он перешел к земледелию и скотоводству, как приручил животных, научился добывать металлы, получать бронзу и железо. Узнаете, как в различных частях Земли жили разные сообщества людей, строя города и развивая свою культуру, как отправлялись в далекие странствия, как побеждали грозную стихию природы.
Вы побываете в Древнем Египте и Вавилонии, Иране, Индии и Китае, в Древней Греции и Риме, узнаете о том, как появились письменность и цифры, как воздвигались гигантские египетские пирамиды и сфинксы, как вавилонские мудрецы впервые разработали привычный нам счет времени по минутам, часам, дням, неделям и месяцам, как индийцы первыми в мире стали играть в шахматы, как китайцы изобрели компас и стали выращивать чай.
А каким увлекательным будет ваше путешествие к берегам Эллады – в Древнюю Грецию, и к берегам Италии – в Древний Рим! Ведь именно в Греции возникли Олимпийские игры, здесь совершал свои подвиги отважный герой Геракл, здесь жил Гомер – создатель поэм «Одиссея» и «Илиада», и великий полководец Александр Македонский. В Древнем Риме вас ждет встреча с легендарными героями и воспевшими их подвиги поэтами, со знаменитыми правителями и полководцами Юлием Цезарем и Августом, чьими именами названы июль и август – лучшие месяцы в году, и с храбрым Спартаком – предводителем восставших рабов.
Изучая древнюю историю других народов, вы лучше поймете и культуру нашей страны. Русский алфавит, как и алфавиты некоторых других славянских народов, был разработан на основе греческого; частично из греческого языка, частично из латыни к нам пришли названия месяцев; многие наши имена – греческого или латинского происхождения. Некоторые выражения древних вошли в русскую речь, стали нашими пословицами и поговорками.
Путешествуя в глубь веков, вы убедитесь в том, как важно знать прошлое: ведь без этого трудно понять современность и предвидеть будущее. А будущее принадлежит вам, ребята, – людям XXI века.
По специальности я – востоковед и антиковед, и мне самому посчастливилось побывать во многих государствах Азии, в Греции и Италии, я постоянно путешествую в древние страны Востока и античного мира, изучая древнюю историю. Поэтому знаю, каким увлекательным, загадочным и полезным будет ваше странствие в глубь веков, и приглашаю вас в это необычное путешествие.
История – это наука о прошлом. Она имеет много периодов, и вы начинаете знакомиться с самым первым из них – историей Древнего мира. На страницах этого учебника вас ждет рассказ о появлении и жизни первых людей, об их борьбе за существование. Вы узнаете о том, как со временем менялся облик и образ жизни человека, как возникали древнейшие государства.
Изучать историю необходимо, потому что она хранит память о прошлом человечества, о его успехах и ошибках. На этих ошибках надо учиться, чтобы не повторять их. Нужно помнить и о достижениях прошлого, чтобы не пришлось вновь искать ответы на вопросы, уже однажды найденные. История поможет вам не только узнать, как жили люди прежде, но и понять, как они стали такими, какие есть. Изучая историю, вам будет легче понять события современности, предвидеть будущее.
Археологи раскапывают древнее захоронение
О прошлом человечества рассказывают исторические источники. Ведь человечество существует тысячи лет, и осталось очень много «следов», изучая которые можно воссоздать картины из жизни людей. Что же это за «следы»?
Ученые обнаружили множество останков древних людей, по которым узнали, как выглядел когда-то человек. Рядом с останками часто находили орудия труда, различную утварь. Учеными найдены и остатки жилищ. На стенах некоторых из них сохранились изображения, рассказывающие о жизни людей. Все эти следы деятельности человека называются вещественными историческими источниками.
Из глубокой древности до нас допели мифы и легенды – рассказы о богах и героях. Эти рассказы восходят к временам, когда еще не было письменности. Поэтому они передавались из уст в уста. В мифах и легендах часто содержатся бесценные сведения о представлениях древних людей.
Огромную помощь в изучении истории оказывают сохранившиеся до наших дней письменные источники. Возможность записывать важнейшие события люди получили около 5 тысяч лет назад, когда была изобретена письменность. Письменные источники часто содержат такую информацию о жизни народов Земли, которую мы больше ниоткуда не можем почерпнуть.
Учебник состоит из четырех разделов, которые включают одну или несколько глав, посвященных определенной теме. Главы, в свою очередь, разделены на параграфы. В тексте параграфов, кроме информации по теме, есть задания, обозначенные особыми значками. Эти задания необходимо выполнять при работе с текстом и прилагаемыми к нему иллюстрациями. В конце каждого параграфа, под заголовком «Подведем итоги», вы найдете краткий вывод по изученному материалу, объяснение новых слов и важнейшие даты, которые надо запомнить. Завершаются параграфы «Вопросами и заданиями».
История обработки металлов
Человечество начало осваивать металлообработку на заре своего появления. Этот важный технологический процесс сопровождал становление цивилизации на протяжении всех тысячелетий. Металлы дали названиям целым эпохам развития первобытного общества: медный век, бронзовый, железный.
В ходе металлообработки сплавы и металлы меняют свою форму, габариты и физико-механические свойства, в соответствии с производственными задачами.
Возникновение металлобработки
Согласно данным археологов и ученых, первые попытки воздействия на металлы предпринимались еще в доисторическую эпоху. Материалом служило метеоритное железо, медь, золото. Методом холодной ковки люди учились изготавливать из металлов первые инструменты.
Считается, что выплавка в сыродутной печи зародилась в Индии в XII веке до н. э. Почти одновременно эта технология начала применяться на Кавказе и в Анатолии (Османская империя, территория современной Турции).
Также обнаружены свидетельства использования железа при выплавке и изготовлении орудий и инструментов в 1200 году до н. э. в Африке южнее Сахары. Кованое железо применялось уже в первом тысячелетии до нашей эры.
Какие материалы обрабатывались?
После меди была освоена бронза, представляющая собой сплав меди и олова. Многие бронзовые изделия дошли до наших дней – и их изящество поражает. Да, по современным меркам они выглядят довольно грубо, но для того времени это просто вершина мастерства.
Ученые полагают, что бронза была изобретена случайно – просто в какой-то момент смешали в процессе плавления медь и олово. Новый металл получился более твердым, но при этом пластичным и легко поддающимся обработке. Орудия труда из бронзы были в разы удобнее и практичнее, чем медные или каменные – они обладали прочностью и долговечностью, при этом были довольно легкими.
Железный век пришел на смену бронзовому в начале первого тысячелетия до нашей эры.
Основное количество предметов из железа относятся к третьему веку, но технически металлообработка метеоритного железа началась гораздо раньше. В какой-то момент люди научились добывать железо из недр планеты, а не просто собирать на поверхности остатки метеоритов. Это был один из ключевых моментов развития человечества – люди поняли, что залежей металла гораздо больше, его можно найти где угодно.
Первые технологии металлообработки
Около 500 лет до нашей эры появился примитивный токарный станок – это была простая система, в которой заготовка зажималась тисками, помощник ее вращал, а мастер вытачивал резьбу. Изначально на таких станках обрабатывалось дерево и кость, позже – металл.
Машины, созданные специально для обработки металлов, предположительно, начали появляться в Греции в 1200 году до нашей эры. Подобные устройства были обнаружены и в Египте примерно в тот же период.
Одним из первых металлообрабатывающих станков является устройство, напоминающее механическую швейную машину с педальным приводом. Нажатие ногой на педаль запускало вращение металлической заготовки. К ней прижимали долото, стамеску – и в процессе такого механического воздействия деталь принимала нужную форму. Это называлось вытачиванием.
Основные вехи в развитии металлообработки
В средние века появились машины, работающие за счет падающей воды. Примерно в это же время были изобретены и получили широкое распространение ручные инструменты для обработки металла: пилы, сверла, молотки.
До конца XVIII века, пока не началась промышленная революция, металлообработка велась старыми способами. Но многое стало меняться в 1775 году, когда Джон Уилкинсон изобрел устройство для вытачивания цилиндров - это открытие обеспечило толчок для создания парового двигателя.
Современная металлообработка и ее возможности
До XX века массовое производство изделий из металла было востребовано, преимущественно, в военной промышленности.
Сегодня металлообработка является одной из основных технологий, на которой построена современная цивилизация. Постепенно приоритет смещается в сторону пластика, но без металлообработки невозможно представить ни одну отрасль – все современное оборудование изготовлено из металлов или с их применением.
Основные методы обработки металлов:
- Литьё
- Обработка металлов давлением
- Механическая обработка
- Сварка металлов
Сейчас технологии металлообработки позволяют менять металл до неузнаваемости, получая любые формы и любое количество деталей.
Первые металлурги
Около 9 тыс. лет назад люди открыли для себя металлы. Древнейшие свидетельства этого найдены на востоке Малой Азии. Люди, населявшие эту территорию, научились обрабатывать самородную медь. Медь – мягкий податливый металл, его можно ковать холодным. Именно так из неё делали бусы и булавки.
Чуть позже появились украшения из другого металла – золота. Со временем из меди начали делать орудия труда: первыми стали медные сверла. Оказалось, что у меди немало преимуществ по сравнению с камнем: она не такая хрупкая, ей можно придать любую форму, а если что-то не получилось, орудие можно перековать или заточить по-новому. Однако самородки меди и золота встречаются редко.
Настоящая металлургия появилась, когда люди научились выплавлять медь и золото из руды. Для этого сначала использовали гончарные печи, температура в которых достигала 800 градусов Цельсия: ее было достаточно, чтобы расплавить медь, содержавшую примесь серы. Затем металл заливали в каменные формы. Но у медных орудий был серьёзный недостаток: они легко гнулись. Золото было гораздо твёрже, но слишком редко встречалось и слишком дорого стоило, чтобы делать из него лезвия и топоры. Проблему удалось решить, когда к меди стали добавлять немного олова. Так получили сплав бронзы. Он был не только прочнее чистой меди, но и легче поддавался отливке. Из бронзы отливали те части орудий и оружия, которые должны были сочетать твёрдость и остроту лезвия. Из неё же делали вазы, украшения, статуэтки, детали мебели.
Независимо друг от друга центры обработки меди, золота и бронзы появились и в других, как правило горных, районах Азии, Европы и Центральной Америки.
Следующим шагом в развитии металлургии стало освоение железа. Первыми кузнецами были древние хетты, жившие на территории современной Турции 3,5 тыс. лет назад. Железо разогревали в печах, но их температуры не хватало для того, чтобы металл расплавился. Получалась твёрдая масса – крица, состоящая из железа и шлака. Её разогревали докрасна и ковали тяжёлыми молотами, пока шлак не отделится от металла, а изделие не примет нужную форму. Для прочности к железу примешивали древесный уголь, а раскаленные инструменты и оружие из железа закаляли в ледяной воде.
Примерно 2,5 тыс. лет назад китайские мастера научились строить плавильные печи с высокой температурой. В них они впервые получили чугун.
Преимущества железа перед другими металлами были очевидны. Железная руда встречается гораздо чаще, чем медная. Предметы из железа очень прочны и долговечны, а их стоимость существенно ниже, чем медных и бронзовых. Это привело к быстрому переходу от бронзового века к железному.
Распространение металлических орудий труда привело к дальнейшему прогрессу земледелия, способствовало развитию ремёсел и торговли, усилению неравенства, обогащению знати. Появление оружия из бронзы и железа превратило столкновения из-за земли и скота в ожесточённые войны.
Развитие общества не только ускорилось, но и стало неравномерным. Группы людей, расселившиеся по огромным пространствам суши, оказались в несхожих природных условиях. На самых благоприятных территориях Ближнего Востока, Северной Африки и Юго-Восточной Азии переход от первобытности и цивилизации начался в энеолите – медно-каменном веке. В других районах Земли это стало возможно только после освоения бронзовых, а в большинстве случаев – железных орудий труда. Сами сроки перехода от камня к металлу и от бронзы к железу на разных территориях не совпадали и могли расходиться на тысячелетия.
Читайте также: