Археология и естественнонаучные методы. Сб. статей

Наиболее ранние находки железных изделий известны на Ближнем и Среднем Востоке. Находки, датируемые до 3000 г. до н. э., имеют, как правило, высокую концентрацию никеля (до 7.5 %). Имеются веские основания полаг ать, что эти предметы изготовлены из мегеоритного железа. В III тыс. до н. э. число высоконикелевых предметов уменьшается по сравнению с железными предметами, не содержащими этого элемента; последние, по-видимому, изготовлены из металлургического железа. Таким образом, спорадическое использование метеоритного железа отмечается значительно раньше, чем начинается массовое металлургическое производство этого металла. По-видимому, сходная ситуация складывается и в Европе, Восточном Средиземноморье, Египте и Юго-Восточной Азии. Идентифицировать предметы, изготовленные из метеоритного железа, можно на основании ряда признаков. Так, Фотос установил, что концентрации никеля в таких находках варьируют от 5 до 12 %, достигая в отдельных случаях 60 %. Содержание микроэлементов (Co, Cu, P, C) в совокупности не превышает 2 %; концентрация кобальта обычно составляет 0.3–0.6 %, фосфора — около 0.25 %. Метеоритное железо состоит, прежде всего, из камасита (a-Fe, феррита, и 5–7 % Ni), причем камасит и теанит (α-Fe, аустенит, 30–50 % Ni) образуют видманштеттную структуру. С помощью электронного микроскопа различаются обе фазы камасита, теанит и фосфорные включения (Fe, Ni₃P), сульфиды (FeS), карбиды (Fe, Ni₃C) и силикаты. Последние по составу отличаются от силикатов, наблюдаемых в кричном железе. По этим признакам можно определить железо метеоритного происхождения даже в полностью корродированных предметах.

На территории Богемии и Моравии нет данных о раннем использовании метеоритного железа. Единственный фрагмент железа XV–XVI вв., найденный в Праге, имеет содержание никеля 4.3 % в зоне темного мартенсита и 19.5 % при слабой протравливаемости полос. Находку следует относить к средневековью, независимо от того, был ли изготовлен предмет из метеоритного или металлургического железа. Концентрация никеля в этом фрагменте находится в пределах, характерных для метеоритного железа, однако, его исследование было проведено недостаточно всесторонне. Следует учитывать, что имеются и другие предметы с подобным содержанием никеля, несомненно относящиеся к средневековью и при этом изготовленные из металлургического железа. Это упоминавшийся топор из Бреслав-Поганско, в котором среди обычного железа (без никеля) выделяется небольшой участок металла в сварном шве с 11.3 % Ni, а в окружающей его перли-ферритной структуре содержится 3.7 % Ni (рис. 2, 1). В этой находке, как и в упоминавшемся фрагменте из Праги, кобальт отсутствует.

Ранние находки изделий из метеоритного железа известны на территории России. Наиболее ранние предметы происходят из Болдырева в Южном Приуралье (Оренбургская обл.). Это долотовидный предмет (рис. 3, 2) с 9.45 % Ni и 0.67 % Со, а также лезвие с 5.5 % Ni и 0.52 % Со, закрепленное в бронзовой рукояти. Находки датируются около 1800 г. до н. э. Железное лезвие из Бичкин Булука в степях Калмыкии имеет концентрацию никеля 3.65 % Ni и 0.5 % Со.

Металлургическое железо с высоконикелевыми участками

Часто участки высокой концентрации никеля спорадически выявляются в сварных швах. Обычно это предметы с многослойной структурой. Такие поковки изготовлены из пакетных заготовок; при шлифовке и травлении может проявляться их красивая структура похожая на дамаск. Одна из наиболее известных находок этого типа — топор из Кьюла (I–IV вв. н. э.). В полосчатой структуре топора присутствует мартенсит с 5 % Ni и 0.7 % Со, а также полосы с 0.6 % Ni и 0.3 % Со. Возможно, что топор изготовлен из заготовки, в состав которой входило металлургическое железо как с высоким, так и с низким содержанием никеля. Существует и другой путь получения такой или близкой полосчатой структуры — пакетование металла, разогретого в горне (при условии, что в железе присутствует никель, хотя бы в небольшом количестве). В Техническом музее Брно проводился эксперимент по выплавке железа и изготовлению ножа из полученной крицы (рис. 4). Концентрации никеля в руде были ниже порога чувствительности приборов, заготовка имела полосчатую структуру, в которой присутствует около 2 % Ni и 1,3 % Со.