Древнее происхождение стекла

Богатую историю стекла прослеживают с помощью современной археологии и материаловедения.

Сегодня стекло – это обычный материал, изделия из которого можно увидеть повсюду. Но в начале своей истории стекло было украшением властителей.

Видео по теме:

- Почему стекло твердое, хотя должно быть жидким?

- Изготовление и применение разных видов стекла: муранское стекло, бытовое стекло для остекления, научное оптическое стекло.

- Стекло — вещество и материал

Тысячи лет назад фараоны Древнего Египта окружали себя им даже после смерти, оставляя археологам потрясающие образцы. В гробнице фараона Тутанхамона находились декоративная палитра для письма [писчий прибор, для нанесения иероглифов – прим. ред.] и два голубых подголовника из цельного стекла, которые, возможно, когда-то поддерживали голову спящих членов королевской семьи. Его погребальная маска украшена вставками из синего стекла, которые чередуются с золотом, обрамляя лицо фараона.

"В мире, наполненном желтоватыми, коричневыми и песочными оттенками более утилитарных материалов позднего бронзового века, цвет стекла – насыщенный синим, пурпурным, бирюзовым, жёлтым, красным и белым – должен был быть самым ярким, не считая драгоценных камней," – говорит он. Эндрю Шортленд, учёный-археолог из Крэнфилдского университета в Шривенхеме, Англия. В иерархии материалов стекло стояло немного ниже серебра и золота и ценилось так же высоко, как и драгоценные камни.

Но по поводу ценного материала остаётся много вопросов. Где впервые было создано стекло? Как оно обрабатывалось, раскрашивалось и распространялось по древнему миру? Хотя многое всё ещё остается загадочным, в последние несколько десятилетий методы материаловедения и повторный анализ артефактов, раскопанных в прошлом, начали прояснять детали.

Этот анализ, в свою очередь, открывает окно в жизнь ремесленников, торговцев и королей бронзового века, а также на международные связи между ними.

На фото: Письма Амарны, глиняные таблички с клинописью древних царей, найденные при раскопках в Телль-эль-Амарне в современном Египте, содержат упоминания о стекле. Экземпляры от ханаанского правителя Идиа из Ашкелона (подобные представленным на фото) включая тот, который комментирует заказ стекла для фараона: "Что касается царя, моего господина, то, заказав немного стекла, я настоящим посылаю царю, моему господину, 30 ("кусков") стекла. Более того, кто тот пес, который не подчинился бы приказам короля, моего господина, Солнца с неба, сына Солнца, которого любит Солнце?"

Стекло, как древнее, так и современное, представляет собой материал, обычно состоящий из диоксида кремния или кремнезема, который характеризуется неупорядоченными атомами. В кристаллическом кварце атомы прикреплены к регулярно разнесенным позициям в повторяющемся узоре. Но в стекле те же строительные блоки – атомы кремния, соединенные с кислородом, – располагаются "шиворот-навыворот".

Археологи нашли стеклянные бусы, датируемые ещё третьим тысячелетием до нашей эры. Глазури на основе тех же материалов и технологий появились ещё раньше. Но именно в позднем бронзовом веке – с 1600 по 1200 год до нашей эры – использование стекла, похоже, действительно стало популярным в Египте, микенской Греции и Месопотамии, также называемой Ближним Востоком (расположенной на территории нынешних Сирии и Ирака).

В отличие от настоящего времени, стекло тех времен часто было непрозрачным и насыщенным по цвету, а источником кремнезема были измельченная кварцевая галька, а не песок. Умные люди прошлого придумали, как снизить температуру плавления измельченного кварца до той, которую можно было достичь в печах бронзового века: они использовали золу пустынных растений, которая содержит большое количество солей, таких как карбонат или бикарбонаты натрия. Растения также содержат известь – оксид кальция, который делает стекло [блестящим и повышает его химическую стойкость – прим. ред.]. Древние стеклодувы также добавляли материалы, придающие стеклу цвет, такие как кобальт для тёмно-синего или антимонат свинца для жёлтого. Ингредиенты, смешанные в расплаве, дают химические подсказки, которые исследователи ищут сегодня.

"Мы можем начать анализировать сырьё, которое использовалось для производства стекла, а затем предположить, откуда оно пришло в мир," – говорит материаловед Марк Уолтон из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, соавтор статьи о материаловедении и археологических артефактах и произведениях искусства в Ежегодном обзоре исследований материалов за 2021 год.

Но эти подсказки привели исследователей не так уж и далеко. Когда Шортленд и его коллеги исследовали происхождение стекла около 20 лет назад, стекло из Египта, Ближнего Востока и Греции казалось химическим двойником, и его трудно было отличить с помощью методов, доступных в то время.

Исключением было синее стекло, благодаря работе химика Александра Качмарчика, который в 1980-х годах обнаружил, что такие элементы, как алюминий, марганец, никель и цинк, вместе с кобальтом, придают стеклу глубокий синий оттенок. Изучая их относительные количества, команда Качмарчика даже отследила кобальтовую руду, используемую для окрашивания в синий цвет, до источника её добычи в определённых египетских оазисах.

Продолжая с того места, где остановился Качмарчик, Шортленд намеревался понять, как древние египтяне работали с этой кобальтовой рудой. Материал, сульфатсодержащее соединение, называемое квасцами, не инкорпорируется в стекло. Но в лаборатории Шортленд и его коллеги воспроизвели химическую реакцию, которую мастера позднего бронзового века, возможно, использовали для создания смешиваемого пигмента. И они создали тёмно-синее стекло, которое на самом деле напоминало египетское синее стекло.

В первые годы этого столетия относительно новый метод дал больше возможностей для понимания. Метод, называемый масс-спектрометрией с индуктивно связанной лазерной абляцией, или LA-ICP-MS, использует лазер для удаления крошечных частичек материала, невидимых невооруженным глазом. ("Это гораздо более приемлемо для музея, чем взять молоток и отбить кусочек," – говорит Шортленд.) Затем применяется масс-спектрометрия для измерения комплекса элементов, создавая химический отпечаток образца.

Основываясь на этом методе, в 2009 году Шортленд, Уолтон и другие проанализировали стеклянные бусины позднего бронзового века, обнаруженные в Греции, которые, по мнению некоторых исследователей, имели собственные мастерские по производству стекла. Анализ показал, что греческое стекло имело либо ближневосточные, либо египетские характерные признаки, что подтверждает идею о том, что Греция импортировала стекло из обоих мест и, хотя она могла обрабатывать стекло, не производила его на месте. Египетские стекла, как правило, содержат более высокие уровни лантана, циркония и титана, в то время как ближневосточные стекла, как правило, содержат больше хрома.

Где изначально создали стекло? На протяжении как минимум 100 лет исследователи обсуждали двух основных претендентов: Ближний Восток и Египет. Из-за некоторых красивых, хорошо сохранившихся стеклянных артефактов, датируемых примерно 1500 годом до н.э., сначала предпочтение было отдано Египту. Но к 1980-м годам исследователи сделали ставку на Ближний Восток после того, как при раскопках обнаружили множество стеклянных изделий в Нузи, провинциальном городке позднего бронзового века на территории современного Ирака, датируемом 1500-ми годами до нашей эры.

Однако примерно в то же время повторный анализ археологических текстов показал, что Нузи был на 100–150 лет моложе, чем предполагалось, и египетская стекольная промышленность того времени, похоже, была более развитой – что снова говорит в пользу Египта.

Но это ещё не конец истории. Стекло может разрушаться, особенно во влажных условиях. Объекты из древних гробниц и городов Египта существовали тысячелетия, чему способствовала почти идеальная среда сохранения пустыни. С другой стороны, ближневосточное стекло из гробниц на поймах Месопотамии чаще подвергалось воздействию воды, которая может выщелачивать стабилизирующие соединения и превращать стекло в хлопьевидный порошок.

Стекло в таком виде трудно идентифицировать и невозможно экспонировать, а это значит, что многие ближневосточные изделия из стекла могут быть потеряны для науки. "Я думаю, что большая часть стекла фактически исчезла," – говорит Шортленд. "Ранние раскопки были меньше обеспокоены этим хлопьевидным, экс-стеклом, чем другими вещами."

Итог: "На данный момент невозможно решить, в какой из областей стекло появилось раньше," – говорит Шортленд.

И ещё сложно определить, где вообще был сделано стекло. Отчасти это связано с тем, что часто производили обмен как готовыми предметами, так и необработанным стеклом, из которого делали бусинки или сосуды.

Стекло помогло объединить древние империи, говорит Тило Ререн, учёный-археолог из Кипрского института в Никосии, который, среди прочего, изучал мастерство изготовления предметов из гробницы Тутанхамона. По его словам, короли отправляли материалы другим правителям, ожидая взамен товаров или верности. Древние описи позднего бронзового века показывают обмен слоновой костью, драгоценными камнями, деревом, животными, людьми и многим другим, и, хотя роль стекла в этом соглашении о дарах и подношениях до конца не изучена, состав артефактов также подтверждает обмен стеклом.

В ожерелье из стеклянных бус, раскопанном в Гуробе, Египет, в районе, который, как считается, когда-то был резиденцией гарема*, Шортленд и его коллеги обнаружили химический признак, связанный с Месопотамией: относительно высокий уровень хрома. Расположение бус предполагало, что украшение, вероятно, было подарено фараону Тутмосу III вместе с ближневосточными женщинами, которые стали женами царя. Благодаря химии, "сейчас мы только начинаем наблюдать, как часть этого обмена происходит между Египтом и другими регионами", – говорит Шортленд.

*Что касается Древнего Египта, сохранившиеся тексты описывают "гарем" как важное экономическое учреждение, поддерживаемое налогами и получающее регулярные продовольственные поставки. С другой стороны, археологические раскопки в некоторых группах домов членов королевской семьи предполагают домашние апартаменты фараона и его женщин. В эти гаремы входили не только египетские женщины и их дети, но и большое количество женщин из других стран, вышедших замуж за египетского правителя, в первую очередь для того, чтобы установить дипломатические связи с хеттскими и митаннийскими правящими дворами. ... Таким образом, гарем фараона в Древнем Египте, по-видимому, был большим и весьма привилегированным женским сообществом, возможно, независимым от самого главного правящего двора. Источник. – прим. ред.

В начале 1980-х водолазы нашли источник таких обменов у побережья Турции на затонувшем судне 1300-х годов до нашей эры, названном Улубурунским кораблекрушением. По словам Кэролайн Джексон, археолога из Шеффилдского университета в Англии, анализ его содержимого раскрывает глобальную экономику. Возможно, это финикийский корабль, отправившийся в экспедицию с дарами. Судно перевозило предметы со всего мира: слоновую кость, медь, олово и даже янтарь с Балтийского моря. С места крушения археологи извлекли груз цветного стекла – 175 незавершённых формы, называемых слитками, для стеклоделия.

Большинство слитков были тёмно-синего, кобальтового цвета, но корабль также переправлял фиолетовые и бирюзовые слитки. Джексон и её коллеги откололи несколько небольших фрагментов от трёх слитков и в 2010 году сообщили, что необработанные стеклянные формы были египетского происхождения, исходя из концентрации следов металлов.

Ещё одна причина, по которой сложно определить места производства стекла, заключается в том, что этот процесс даёт мало отходов. "Вы получаете готовый объект, который, конечно же, попадает в музей," – говорит Ререн. Это привело его и археолога Эдгара Пуша, работавших около 20 лет назад в захламлённом раскопками доме в дельте Нила, задуматься о гончарных изделиях в поисках признаков древней мастерской стеклоделия. Это место, расположенное недалеко от современного Кантира, Египет, было столицей фараона Рамзеса II в 1200-х годах до нашей эры.

Ререн и Пуш увидели, что многие сосуды имели слой, богатый известью, который мог бы служить антипригарным барьером между стеклом и керамикой, позволяя легко вынимать стекло. Некоторые из этих сосудов для производства стекла, в том числе повторно использованная пивной сосуд, содержали белый, похожий на пену полуфабрикат стекла. Ререн и Пуш также связали цвет керамических сосудов с температурой, которую они выдерживали в печи.

При температуре около 900° C сырье могло быть расплавлено, чтобы получить этот полуфабрикат стекла. Но некоторые тигли были тёмно-красными или чёрными, что позволяет предположить, что они были нагреты как минимум до 1000° C – температуры, достаточно высокой для плавления стекла и его равномерного окрашивания для получения стеклянного слитка.

В некоторых тиглях даже остались остатки красного стекла, окрашенного медью. "Мы смогли найти доказательства производства стекла," – говорит Ререн. "Никто не знал, как это должно было выглядеть."

С тех пор Ререн и его коллеги обнаружили аналогичные свидетельства производства стекла и слитков в других местах, включая древний город в пустыне Телль-эль-Амарна, сокращенно Амарна, который на короткое время был столицей Эхнатона в 1300-х годах до нашей эры. И они заметили интересную закономерность. В тиглях Амарны обнаружились только фрагменты синего кобальтового стекла. Но в Кантире, где медь, придающая красный цвет, также использовалась для изготовления бронзы, выкопанные тигли содержат преимущественно фрагменты красного стекла. "Эти люди точно знали, как обращаться с медью – это был их особый навык," – говорит Ререн.

В 20-х годах прошлого века в Кантире египтолог Махмуд Хамза даже раскопал большой корродированный слиток красного стекла. А на участке под названием Лишт тигли со стеклянными остатками содержат в основном фрагменты бирюзового цвета.

Монохромные находки на каждом участке предполагают, что мастерские специализировались на одном цвете, говорит Ререн. Но у ремесленников, очевидно, был доступ ко всем цветам радуги. В Амарне стеклянные стержни, выкопанные на этом месте, вероятно, сделанные из переплавленных слитков, разных цветов, что подтверждает идею о том, что цветные слитки поставлялись и обменивались для обработки стекла во многих местах.

Археологи продолжают исследовать историю стекла в Амарне – и, в некоторых случаях, более тщательно воспроизводят исследования более ранних археологов.

В 1921-22 годах британская группа под руководством археолога Леонарда Вулли (наиболее известного своими раскопками в Уре) проводила раскопки Амарны. "Скажем прямо – он устроил полный беспорядок," – говорит Анна Ходжкинсон, египтолог и археолог из Свободного университета Берлина. В спешке и сосредоточившись на более ярких находках, Вулли не проявил должной осмотрительности при документировании стекла. В 2014 и 2017 годах Ходжкинсон и его коллеги вели раскопки, чтобы собрать пропущенное.

Команда Ходжкинсона нашла стеклянные стержни и осколки по всей территории Амарны, где они вели раскопки. Некоторые из них были обнаружены около домохозяйств с относительно низким статусом без обжиговых печей, что стало загадкой из-за предполагаемой роли стекла как признака статуса.

Вдохновлённые ещё более древним египетским искусством, изображающим двух мастеров по металлу, дующих в огонь из трубок, археологи задались вопросом, можно ли использовать небольшой огонь для обработки стекла. Обливаясь потом, они обнаружили, что могут достигать достаточно высоких температур формируя бусинки при меньшем уровне пламени, чем тот, что обычно связан со стеклоделием. По словам Ходжкинсона, такие крохотные "печи" могли не замечать ранние археологи, поэтому, возможно, обработка стекла была менее привилегированной, чем всегда думали исследователи. "Возможно, женщины и дети тоже были задействованы," – предполагает Ходжкинсон, размышляя о том, сколько рук требовалось для поддержания огня.

Вверху: искусство из гробницы, на котором рабочие-металлурги использовали духовые трубки для вентиляции небольшого костра в эпоху, предшествовавшую Амарне. Внизу: в ходе археологического эксперимента исследователи проверили, можно ли сделать стеклянные бусины, подобные тем, которые были найдены в Амарне, аналогичным образом, дуя в огонь с помощью трубок. Фото: Anna K. Hodgkinson (top), Andreas Mesli (bottom)

Ререн тоже переосмысливает, для кого предназначено стекло, поскольку в торговых городах Ближнего Востока его было очень много, и большие количества отправлялись в Грецию. "Я убежден, что через 5, 10 лет мы сможем утверждать, что стекло было дорогим и специализированным товаром, но не строго контролируемым." – говорит он. Элитный товар, но не только для членов монаршей семьи.

Исследователи также начинают использовать материаловедение, чтобы отследить потенциальную торговлю красителями. В 2020 году Шортленд и его коллеги сообщили об использовании изотопов – версий элементов, различающихся атомным весом, – для отслеживания источника сурьмы, элемента, который можно использовать для получения жёлтого цвета или который может сделать стекло непрозрачным.

"Подавляющее большинство самого раннего стекла – это начало стеклоделия – содержит сурьму." – говорит Шортленд. Но сурьма встречается довольно редко, поэтому команда Шортленда задаётся вопросом, откуда её взяли древние стеклодувы.

Они обнаружили, что изотопы сурьмы в стекле соответствуют рудам, содержащим сульфид сурьмы, или антимонит, из современной Грузии на Кавказе – одно из лучших свидетельств международной торговли красителями.

Исследователи продолжают изучать эпоху, когда появилось первое стекло. Хотя Египту уделяется большое внимание, на Ближнем Востоке есть множество мест, где археологи всё ещё могут провести раскопки в поисках новых зацепок. И с современными ограничениями на перемещение объектов в другие страны или даже за пределы участка раскопок для анализа, Ходжкинсон и другие археологи работают над применением портативных методов в полевых условиях и развивают сотрудничество с местными исследователями. Между тем, многие старые объекты могут дать новые ключи к разгадке, поскольку они снова анализируются с помощью более мощных методов.

Поскольку наши исторические знания о стекле продолжают формироваться, Ререн предостерегает от того, чтобы считать текущие выводы конечными. Хотя археологи, опираясь на записи и то, что известно о культурных контекстах, тщательно определяя значение и историю артефактов, лишь малая часть материалов, которые когда-то были разбросаны на любом конкретном участке, сохранилась до наших дней. "Вы получаете противоречивую информацию, противоречивые идеи," – говорит он. Все эти фрагменты информации в виде стекла "можно собрать разными способами, чтобы получились различные представления".

Автор статьи Кэролайн Уилк, независимый научный журналист из Чикаго, очарована тем, как химия и материалы пересекаются с обществом, как древним, так и современным. В Твиттере @carolynmwilke.

источник https://arstechnica.com/science/2021/11/the-ancient-origins-of-glass/редактура и адаптация Дмитрий Бобров