Хотя археологам давно известно, что люди, жившие в некоторых регионах Ирана, экспериментировали с производством металла около 5 тыс. лет назад, доподлинно неизвестно, как именно они превращали необработанную медную руду в пригодный для использования металл. В Массачусетском технологическом институте нашли способ выяснить это.
Исследователи изучили шлак, найденный в Тепе-Хиссаре — поселении раннего бронзового века на севере Ирана, которое процветало примерно с 3100 по 2900 год до н. э. Оно считается одним из самых ранних центров организованной металлообработки и специализированного ремесла в регионе.
В своей работе команда использовала промышленную рентгеновскую компьютерную томографию для получения трехмерных изображений внутренней части шлака с высоким разрешением. Сканирование показало сеть пор, трещин и капель из различных материалов, а также незначительные изменения плотности, которые указывали на то, как вела себя расплавленная смесь при охлаждении. Это позволило исследователям определить наиболее информативные участки каждого фрагмента до того, как они были разрезаны для изучения изнутри.
После распиливания шлак был исследован с помощью традиционных для археологии методов: рентгенофлуоресцентного анализа, рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии. Они подтвердили наличие первичных плавильных фаз, в том числе магнетита и фаялита с каплями сульфида меди, и показали, как элементы мигрировали или трансформировались в шлаке с течением времени.
Сочетание двух методов позволило получить гораздо более полное представление о процессе плавки, чем при использовании каждого из них по отдельности. Неинвазивное сканирование помогло сохранить артефакты и взять более точные образцы, а распил предоставил химическую информацию. В итоге удалось получить полную картину того, как газы образовывали пустоты в породах во время высокотемпературных реакций, и как мышьяк вел себя в условиях первичной плавки и длительного захоронения.
Создавая цифровые 3D-архивы каждого артефакта и выявляя особенности, скрытые глубоко в шлаке, этот метод исследования открывает новые возможности для изучения древних технологий без повреждения незаменимых материалов. Такой комплексный подход, основанный на знаниях в области металлургии, геохимии, коррозии и термодинамики, может помочь ответить на давние вопросы о доисторическом производстве меди не только в Тепе-Хиссаре, но и во всем древнем мире.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые раскрыли тайные подписи стеклодувов древнего Рима.
