ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. ΜΕΘΟ ΟΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. ΜΕΘΟ ΟΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Ελένη Γιαννούλη, Περικλής Ακρίβος Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, Τµήµα Χηµείας, Θεσσαλονίκη 1. Εισαγωγή Από την προϊστορική ακόµη περίοδο η εξαγωγή µετάλλων έδωσε το έναυσµα για την εντυπωσιακή εξέλιξη των πολιτισµών εκείνων οι οποίοι κατόρθωσαν να εξορύξουν, να καθαρίσουν και να παραλάβουν µέσω κατάλληλων µεταλλουργικών διαδικασιών τα µέταλλα που ήταν διαθέσιµα στην περιοχή τους ή σε κοντινές περιοχές. Τα µέταλλα αυτά χρησιµοποιήθηκαν για την κατασκευή εργαλείων και σκευών µε στόχο τη βελτίωση της ποιότητας ζωής των πληθυσµών που τα κατείχαν αλλά, κυρίως, για την κατασκευή όπλων µε στόχο την επέκταση των ορίων επικράτειας των ίδιων πληθυσµών. εν είναι τυχαία η ονοµασία χαρακτηριστικών περιόδων της ανθρώπινης ιστορίας, ως εποχών του µπρούντζου και του σιδήρου αντίστοιχα. εν είναι επίσης άτοπο να θεωρήσει κανείς την εποχή της βιοµηχανικής επανάστασης και το αµέσως επόµενο διάστηµα ως την εποχή του χάλυβα ενώ η σύγχρονη εποχή µπορεί οπωσδήποτε να περιγραφεί ως η εποχή του αργιλίου και του πυριτίου λόγω της εξαιρετικά ευρείας χρήσης των ίδιων των µετάλλων ή κραµάτων τους στην αεροπλοϊα και στην πληροφορική. Ακόµη και σήµερα η αναζήτηση νέων πηγών ορυκτών καθώς και η επανεξέταση της χρήσης παλιών ορυχείων είναι σηµαντικά, πολύ περισσότερο αφού οι πλουτοπαραγωγικές πηγές του πλανήτη είναι πεπερασµένες και η περιεκτικότητα των αποθεµάτων µειώνεται ενώ δεν είναι πάντοτε απλή, εφικτή ή οικονοµική η επανάκτηση των πρώτων υλών, ειδικότερα των µετάλλων από τα κράµατά τους. Από την άποψη αυτή υπάρχει πάντοτε το ενδιαφέρον να βρεθούν στοιχεία που να αναφέρονται σηµεία εκµετάλλευσης (µε την κυριολεκτική έννοια) καθώς και οι µεθοδολογίες εκµετάλλευσης των συγκεκριµένων σηµείων. Για τους λόγους αυτούς το αντικείµενο της αρχαιοµεταλλουργίας έχει αποκτήσει ενδιαφέρον και απασχολεί ολοένα και περισσότερους επιστήµονες διεθνώς. 2. Επιµέρους ειδικότητες στην αρχαιοµεταλλουργία Συνοπτικά η Αρχαιοµεταλλουργία συνίσταται από µελέτες των δοµών στη διαδικασία εκµετάλλευσης κοιτασµάτων, των εργαλείων, των απορριµµάτων καθώς και των τελικών µεταλλικών αντικειµένων που προέκυψαν από την εποχή του µπρούτζου µέχρι και την πρόσφατη περίοδο. Ερευνά κατασκευές, τόσο επάνω όσο και κάτω από το έδαφος στην περιοχή εκµετάλλευσης, καθώς και τις διαδικασίες που ακολουθούσαν το κλείσιµο ενός ορυχείου και εξετάζει τις τεχνικές που έχουν χρησιµοποιηθεί τόσο για την εκσκαφή όσο και για τη µεταφορά και την παραπέρα µεταλλουργική κατεργασία των µεταλλοφόρων ορυκτών. Συγκεντρώνει στοιχεία για τη φύση και την έκταση της εξόρυξης, της µεταλλουργίας, της µετέπειτα κατεργασίας του µετάλλου µέχρι να δώσει τα τελικά µεταλλικά αντικείµενα (όπλα, σκεύη, εργαλεία), ενδεχοµένως και για τις εµπορικές οδούς τόσο των πρώτων υλών όσο και των τελικών αντικειµένων. Κατά συνέπεια µπορεί να συνεισφέρει στην ανάλυση της οικονοµικής ανάπτυξης και της κοινωνικής δοµής τόσο στην περιοχή των ορυχείων όσο και στις περιοχές που ήταν σε επαφή, σε εξάρτηση ή σε εµπορική σχέση µ αυτήν. Από τους µέσους χρόνους αρκετά κείµενα κάνουν αναφορά σε παλιότερες γραπτές πηγές ενώ παραθέτουν στοιχεία από 1 of 5

2 τις τρέχουσες τότε πρακτικές διαδικασίες µεταλλουργίας. Ένα από τα πρώτα σύγχρονα κείµενα που ασχολούνται εκτενώς µε τη Χηµεία είναι το De Re Metallica του Georg Bauer (γνωστού ως Agricola), δηµοσιευµένο στα Το βιβλίο αυτό έχει ενδιαφέρον τόσο ως πηγή των διαδικασιών που πραγµατοποιούνταν στην εποχή του, όσο και ιστορικό όσον αφορά αναφορές του σε παλιότερες «συνταγές». Έτσι, ο καθαρός ιστορικός έχει ένα ενδιαφέρον να ερευνήσει, τις περιοχές όπου έζησε ο Bauer, να ερευνήσει για υπολείµµατα των κατασκευών ή να επιχειρήσει να διακρίνει τις παλιές στοές από πιθανές νεότερες που χρησιµοποιήθηκαν στην ίδια περιοχή. Ο αρχαιολόγος, εκτός από την επιτόπια µελέτη των εγκαταστάσεων που χρησιµοποιήθηκαν για το ορυχείο αυτό καθεαυτό µπορεί να επιχειρήσει να σχεδιάσει ένα χάρτη αλληλεπιδράσεων µε γειτονικές κοινότητες. Ο σύγχρονος µεταλλειολόγος ενδιαφέρεται για τη µελέτη των µεθόδων εξόρυξης και εµπλουτισµού που χρησιµοποιούσαν οι παλιότεροι καθώς και το υλικό το οποίο άφησαν πίσω τους όταν σταµάτησε η εξόρυξη. Ένα ορυχείο εγκαταλείπεται όταν η εξαγωγή του µετάλλου δεν είναι εφικτή ή οικονοµική. Για παράδειγµα είναι γνωστό ότι οι Ρωµαίοι δεν είχαν τρόπο να ανακτήσουν άργυρο από µεταλλεία όπου στο ορυκτό η περιεκτικότητα του µετάλλου ήταν κάτω από 150 ppm. Αυτό σηµαίνει ότι ένα τέτοιο ορυχείο µπορεί να περιέχει υλικό µε περιεκτικότητα περίπου 100 ppm κάτι που µπορεί να αποδειχθεί εκµεταλλεύσιµο µε τις σύγχρονες τεχνικές. Οι συγκεκριµένες τεχνικές κατεργασίας του άµορφου υλικού που προκύπτει από την αρχική φάση της εκκαµίνευσης, αφήνουν επίσης συγκεκριµένου τύπου υπολείµµατα τόσο σε σύσταση όσο και σε µορφή. Από τα υπολείµµατα αυτά µπορεί επίσης να εξαχθούν συµπεράσµατα για το είδος των χρησιµοποιούµενων τεχνικών για την αρχική τουλάχιστον κατεργασία των µετάλλων πριν αυτά οδηγηθούν στα εργαστήρια των τεχνιτών για την τελική τους µορφοποίηση. Φυσικά, τα περισσότερα στοιχεία στις έρευνες των παραπάνω τα δίνει, εκτός από την προσεκτική ανασκαφή ενός χώρου όπου υπάρχουν υπολείµµατα µεταλλευτικών εργασιών, η ποιοτική και ποσοτική ανάλυση των αντικειµένων ή και στοιχείων του περιβάλλοντος χώρου. Η ανάλυση αυτή πραγµατοποιείται φυσικά από εξειδικευµένους αναλυτικούς χηµικούς, οι οποίοι είναι σε θέση, µε τη χρήση διάφορων φασµατοσκοπικών κυρίως µεθόδων, να προσδιορίσουν τη σύσταση τόσο των µεταλλικών αντικειµένων που εντοπίζονται σε ένα αρχαιολογικό χώρο όσο και στα ερείπια των µεταλλευτικών εγκαταστάσεων (ορυχείων, καµινιών, εργαστηρίων, αποθηκών κλπ). Σχήµα 1. Μεταλλικό κύπελλο από τη Μεσοποταµία και εκµαγείο κατασκευής ξίφους από τη Μογγολία. 3. Μεταλλεία, κατεργασία, τελική διαµόρφωση και χρήση των µεταλλικών αντικειµένων. Η Αναλυτική Χηµεία είχε από παλιά κυρίαρχη θέση στη µελέτη των αρχαιοτήτων. Ο πατέρας του κλάδου αυτού της Χηµείας Martin Klaproth είχε εργαστεί σε µεγάλο βαθµό στην ανάλυση καθρεπτών της Ρωµαϊκής περιόδου κατά τον 18 ο αιώνα και στον 2 of 5

3 επόµενο ήταν πολλοί αυτοί που συνέχισαν το έργο του. Η προσπάθεια της πρώιµης αυτής περιόδου χηµικής ανάλυσης εντοπιζόταν στον προσδιορισµό της σύστασης του κράµατος ενός µεταλλικού αντικειµένου µε στόχο τη διευκρίνιση της περιοχής εξόρυξης του αρχικού µετάλλου και στη συνέχεια της προσέγγισης του τρόπου µεταφοράς του στη θέση όπου ανακαλύφθηκε. Βέβαια για να υπάρξει η σύνδεση αυτή είναι απαραίτητο να γίνουν κάποιες αρχικές υποθέσεις. Η πρώτη σχετίζεται µε την ύπαρξη συγκεκριµένης περιεκτικότητας σε µέταλλο µόνο σε µια περιορισµένη περιοχή. Φυσικά υπάρχουν περιπτώσεις µε σηµαντικές διαφοροποιήσεις στην περιεκτικότητα του µεταλλεύµατος ακόµη και σε µικρές αποστάσεις µεταξύ τους ενώ ακόµη και η διορθωτική υπόθεση ότι παλιότερα η εκµετάλλευση µπορούσε να πραγµατοποιηθεί µόνο στα επιφανειακά στρώµατα του εδάφους έχει αποδειχθεί ότι δεν αληθεύει πάντοτε. Η δεύτερη υπόθεση αναφέρεται στη µικρή µεταβολή της σύστασης του µετάλλου κατά τη διαδικασία µορφοποίησής του, κάτι όµως το οποίο δεν ευσταθεί σε ορισµένες περιπτώσεις, ειδικά για τον µόλυβδο και τα οξείδια του αρσενικού και του ψευδαργύρου που ως πτητικά µπορεί να αποµακρυνθούν από ένα υλικό που τήκεται ή θερµαίνεται σε θερµοκρασία που πλησιάζει τους 1000 C. Συνεπικουρεία στη διαδικασία εντοπισµού της πηγής ενός µεταλλικού αντικειµένου έχει προκύψει στην σύγχρονη εποχή από τη δυνατότητα εκπόνησης µελετών σε µικρά δείγµατα των µεταλλικών αντικειµένων είτε µε την εφαρµογή οπτικής µικροσκοπίας είτε µε τον έλεγχο της ισοτοπικής αναλογίας κάποιων στοιχείων, κυρίως του µολύβδου. Η µελέτη στο µικροσκόπιο της µικροδοµής δίνει στοιχεία για την κατεργασία που έχει υποστεί το υλικό µετά τη χύτευση. Υλικά που έχουν υποστεί ανόπτηση εµφανίζουν ευµεγέθεις κόκκους και διάσπαρτα µικρά συσσωµατώµατα από ευτηκτικά µείγµατα που παρήχθησαν κατά τη διαδιακσία, ενώ υλικά που δεν έχουν κατεργαστεί θερµικά εµφανίζουν µεγάλο αριθµό διάσπαρτων µικρών κρυστάλλων που ανήκουν σε διάφορες κρυσταλλικές φάσεις του αρχικού υλικού. Με τη µεθοδολογία αυτή είναι δυνατόν να εντοπιστούν ακόµη και απόπειρες παρουσίασης ενός τεχνητά παλαιωµένου µεταλλικού αντικειµένου ως αρχαίου, εφόσον είναι γνωστό από την ιστορία και την αρχαιολογία ποιες ήταν οι επικρατούσες µέθοδοι κατεργασίας των µετάλλων στην εποχή στην οποία φέρεται να ανήκει το αντικείµενο. Σχήµα 2. Μεγέθυνση δειγµάτων από δύο υλικά µε την ίδια περίπου χηµική σύσταση. Πρόκειται για δείγµατα µπρούτζου µε περιεκτικότητες 10% Sn και 15% Pb αριστερά και 9% Sn και 12% Pb δεξιά. Το δείγµα στα αριστερά έχει υποστεί ανόπτηση. Η µελέτη της σύστασης τόσο ποσοτικά όσο και µορφολογικά, έχει αποδειχθεί χρήσιµη στη δηµιουργία χαρτών αλληλεπίδρασης µεταξύ γειτονικών πολιτισµών καθώς και εµπορικών δρόµων εντός µιας συγκεκριµένης επικράτειας [1]. Για παράδειγµα η ισοτοπική σύσταση του µολύβδου σε µπρούτζους που έχουν ανακαλυφθεί στα όρια της 3 of 5

4 επικράτειας των Χιτιτών, έδειξε πρώτον µεν ότι υπήρχε σηµαντική διαφορά ως προς τη σύσταση των αρχικών µεταλλευµάτων αναλόγως της περιοχής προέλευσής τους, άρα και µεγάλη πιθανότητα εντοπισµού της περιοχής προέλευσης ενός µπρούτζινου αντικειµένου, δεύτερον δε φανέρωσε ότι υπήρχε εκτενής εξόρυξη χαλκού τόσο από την περιοχή του Πόντου όσο και από την οροσειρά του Ταύρου, η οποία τροφοδοτούσε τα εργαστήρια που κατά κανόνα ήταν εγκατεστηµένα στις αστικές περιοχές [2]. Αυτό υποδεικνύει επίσης την ύπαρξη από πολύ νωρίς τεχνικών χύτευσης καθώς δεν θα ήταν πρακτική η µεταφορά µικρών και ακανόνιστων σε µάζα και σχήµα ποσοτήτων µετάλλου από τον χώρο εκκαµίνευσης στο χώρο κατεργασίας που συχνά απείχαν αρκετές δεκάδες χιλιόµετρα. Ο κασσίτερος απαντά σε περιορισµένες περιοχές µόνο και κατά συνέπεια από τα πολύ παλιά χρόνια η κατοχή ορυχείων κασσιτέρου ή η ασφαλής εµπορική οδός προς µια τέτοια περιοχή ήταν καίριας σηµασίας για ένα πολιτισµό, προφανώς όχι µόνο για τα οικονοµικά οφέλη από το σχετικό εµπόριο. Στη Μογγολία για παράδειγµα, την περίοδο πριν τον 3 ο π.χ. αιώνα ήταν διαδεδοµένη η χρήση αρσενικού στα κράµατα του χαλκού, κατόπιν όµως και κατά την περίοδο από τον 3 ο π.χ. µέχρι τον 2 ο µ.χ. αιώνα, χρησιµοποιήθηκαν ευρέως κασσίτερος και µόλυβδος [3]. Αυτό προδίδει µια πιθανότατα επιβεβληµένη ανάγκη λόγω διακοπής εµπορικών σχέσεων, προδικάζει όµως και την ανάπτυξη µιας νέας τεχνολογίας όσον αφορά την κατεργασία του νέου προϊόντος. Το αρσενικό ως κύριο συστατικό των ορειχάλκων είναι κάτι που απαντάται συχνά σε δείγµατα από τη νότια Σιβηρία και την κεντρική Ασία κάτι που υποδεικνύει είτε δρόµους εµπορίου για το αρχικό υλικό είτε γενικότερες επαφές και µετακινήσεις τεχνητών. Ακόµη, σύγχρονες µελέτες σε τόπους κατασκευής µεταλλικών αντικειµένων έδειξαν ότι στην Ευρώπη η κατεργασία του µπρούτζου δεν είχε ως µοναδικές εισόδους τις δύο ακραίες χερσονήσους του νότου, αφού στοιχεία κατεργασίας και µάλιστα µε διαφορετικές κατά τόπους τεχνοτροπίες εµφανίζονται χρονικά πολύ κοντά, σε σηµεία αρκετά αποµακρυσµένα από τα παραπάνω, όπως για παράδειγµα στην κεντρική Γαλλία και την Αυστρία [4]. Ο σίδηρος έγινε προσιτός για κατασκευή εργαλείων και όπλων σχετικά αργά λόγω της θερµοκρασίας τήξης του (1535 C) που δεν ήταν δυνατόν να επιτευχθεί στους παλαιότερους απλούς φούρνους. Ωστόσο στην περιοχή των 1150 C. τήκεται το µείγµα του σιδήρου µε µια περιεκτικότητα περίπου 4% σε άνθρακα, κάτι που οι αρχαίοι µεταλλουργοί πιθανότατα ανακάλυψαν καταρχήν κατά λάθος αλλά στη συνέχεια το οργάνωσαν σε µόνιµη βάση. Ωστόσο η παρουσία του άνθρακα δίνει στο τελικό προϊόν µια τάση για θρυµµατισµό, οπότε πρέπει στη διαδικασία κατεργασίας του προϊόντος να γίνει κάποιου τύπου έλεγχος της περιεκτικότητάς του σε άνθρακα. Η δοµή των φούρνων και η φύση του καυσίµου ήταν επίσης σηµαντικά τεχνολογικά στοιχεία που έδωσαν ώθηση στη µεταλλουργία του σιδήρου. Ο σίδηρος που παράγεται µε µια τέτοια διαδικασία είναι αρκετά µαλακός ώστε να υποστεί σφυρηλάτηση έτσι ώστε να λάβει ένα σχήµα ενώ παράλληλα αποµακρύνονται µε τον τρόπο αυτό µερικές ακόµη προσµίξεις που πιθανόν έµειναν από την προηγούµενη διαδικασία στο καµίνι. Το προϊόν αυτό ονοµάζεται σφυρήλατος σίδηρος και η παραγωγή του είναι αρκετά χρονοβόρα. Από την άλλη ο σίδηρος µε µεγάλη περιεκτικότητα σε άνθρακα, εξαιτίας του χαµηλότερου σηµείου τήξης του µπορεί να τακεί και να µπει σε καλούπια ώστε να µπορεί να χρησιµοποιηθεί όποτε είναι επιθυµητό. Το προϊόν αυτό ονοµάζεται χυτοσίδηρος και στη µεν Ευρώπη έγινε γνωστό κατά τον 13 ο αιώνα µ.χ. στη δε Κίνα και Ινδία φαίνεται ότι ήταν γνωστός ήδη από τον 5 ο αιώνα π.χ. Όπως φαίνεται από τα 4 of 5

5 παραπάνω, η έκφραση «εποχή του σιδήρου» δεν αντιστοιχεί σε οικουµενική χρονική περίοδο αλλά έχει διαφορετική χρονική αναφορά για διάφορους λαούς. Γενικά εκτιµάται ότι η αρχαιότερη περίπτωση χρήσης σιδερένιων εργαλείων µπορεί να είναι το 2000 π.χ. στην Ανατολία, στην Αφρική έγινε γνωστή κατά το 600 π.χ. µέσω της Αιγύπτου και της Νουβίας ενώ στη δυτική Αφρική πρέπει να έφθασε κατά το 300 π.χ. 4. Μεταλλουργία και επίδραση στο περιβάλλον Υπάρχει λοιπόν µια σαφής επίδραση της µεταλλουργίας και της κατοχής µεταλλικών αντικειµένων στην εξέλιξη της ιστορίας. Ωστόσο υπάρχει και πρέπει να συνεκτιµηθεί η επίδραση της µεταλλουργίας, τουλάχιστον στους αρχαίους πολιτισµούς, στον περιβάλλοντα χώρο όπου τόσο η εξόρυξη καθεαυτή όσο και η αποψίλωση των δασών µε στόχο την παραγωγή του απαραίτητου κάρβουνου έχουν αλλοιώσει σηµαντικά ολόκληρες περιοχές. Οι αποθέσεις υλικών στο πεδίο κατακλύσεως των ποταµών (flood plain) είναι πλούσιες σε ιζήµατα που έχουν προέλθει από γειτονικές περιοχές και µε την έννοια αυτή αποτελούν ένα είδος αρχείου για τη χρήση της γύρω περιοχής στη διάρκεια των περασµένων αιώνων. Φυσικά, το κυριότερο στοιχείο αποτελούν οι αποθέσεις σε βαρέα µέταλλα [5]. Προφανώς επίσης η κύρια πηγή των µετάλλων αυτών είναι οι µεταλλουργικές διαδικασίες που πραγµατοποιούνται είτε ακριβώς επάνω είτε πολύ κοντά στον ταµιευτήρα του ποταµού [6]. Κατά συνέπεια, η εξόρυξη µετάλλων σε συνδυασµό µε άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες έχει αφήσει ένα είδος δακτυλικού αποτυπώµατος στην επακόλουθη µόλυνση κυρίως από βαρέα µέταλλα όπως µόλυβδος, ψευδάργυρος και χαλκός. Οι µεταβολές της συγκέντρωσης των µετάλλων αυτών κατά τις διάφορες ιστορικές περιόδους, καθώς προκύπτουν από µεταβολές στην ανθρώπινη δραστηριότητα, µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως ένα έµµεσο µέτρο χρονολόγησης των αποθέσεων στο πεδίο κατακλύσεως [7]. Επειδή η ανακατανοµή των βαρέων µετάλλων µετά την αρχική απόθεσή τους δεν είναι σηµαντική, τα ιζήµατα της κοίτης των ποταµών µπορούν να χρησιµεύσουν ως απεικόνιση των ιστορικών µεταβολών στην ποιότητα των ρύπων. Προφανώς επίσης, η ρύπανση αυτού του είδους σχετίζεται άµεσα µε τη µεταλλευτική ιστορία της περιοχής. Επιπλέον, είναι δυνατόν να µπορεί να γίνει αντιληπτή µια διαφοροποίηση των συνθηκών πριν και µετά τη µόλυνση που προκάλεσε η µεταλλευτική δραστηριότητα. Αναφέρονται περιπτώσεις στη βιβλιογραφία όπου έγινε δυνατός ο χρονικός προσδιορισµός µιας τέτοιας µόλυνσης µε αρκετή ακρίβεια και επιτεύχθηκε συσχέτισή της µε συγκεκριµένα στρώµατα του ποτάµιου ιζήµατος. Βιβλιογραφία 1 I. Gilead, S. Rosen, IAMS Newsletter, 18 (1992) 11 2 K. A. Yener, Biblical Archaeologist, 58 (1995) 2 3 J.-S. Park, W. Honeychurch, A. Chunag, J. Archaeol. Sci., 38 (2011) P.T. Craddock, στο Early metal mining and production, P.T. Craddock (ed), Edinburgh University Press, (1995) σελ H. Middelkoop, J. Geosci., 79 (2000) 411; J.C. Knox, Geomorphology, 79 (2006) M. Macklin, J. Ridgway, D.G. Passmore, B. Rumsby, B. Appl. Geochem., 9 (1994) S.A. Lecce, R.T. Pavlowsky, Geomorphology, 38 (2001) 85 5 of 5