Томас Дерри
Краткая история технологий. Идеи, процессы и устройства, при помощи которых человек изменяет окружающую среду с древности до наших дней
Развитие сельского хозяйства в 1500–1700 годах
Прогресс в европейском сельском хозяйстве был крайне неравномерным. Под стать отменному рациону питания англичан и голландцев, объявленному в соседних странах обжорством, были их превосходные технологии. Германия после Тридцатилетней войны в 1648 году больше столетия выводила свое сельское хозяйство на тот высокий уровень, на каком оно было в конце Средневековья: реальная заработная плата немца в 1700 году была вполовину меньше, чем в 1500 году. Вместо свиней разводили овец, ибо площадь лесов постепенно уменьшалась; появился зимний корм для скота – практика, пришедшая из Италии через Фландрию, помогала содержать зимой достаточно большое поголовье скота. Почвы Франции в целом были низкокачественными, хотя физиократы прославляли земледельцев XVIII века. За исключением мелкого земледелия в предместьях Парижа, на западе и северо-западе, Франция оставалась страной со средневековыми сортами посевных культур, неселекционными животными и старомодными орудиями труда. А вот нидерландцы импортировали зерновые в тогдашний самый густонаселенный регион Европы, при этом самостоятельно выращивая ячмень и хмель для пивоварения, табак и различные технические культуры (часть которых шла на экспорт) и уже славились своими огородами, плодовыми деревьями и тюльпанами. Помимо морских завоеваний новых земель, голландцы особо тщательно и бережно обрабатывали небольшие земельные участки (у них был сложный девятилетний цикл посадок культур) и регулярно вносили удобрения – навоз, отходы производства и обычный городской мусор.
Рис. 20. Крытая удлиненная повозка XIX в. из Линкольншира
Рис. 21. Изогнутая повозка из Уилтшира
В Англии XVI века развивалось огородничество и выходила важная, основанная на опыте литература по сельскому хозяйству. Тем не менее даже усилия Королевского общества не способствовали развитию новых сельскохозяйственных методов и выведению новых культур, хотя был создан Сельский комитет для изучения сельскохозяйственных практик через два года после получения первого королевского патента в 1662 году. В конце XVII века коммерсанты инвестировали в помещичьи земли; установился баланс между выращиванием зерновых и производством шерсти. Новаторы Джетро Талл, Чарльз Тауншенд и Роберт Бейквелл привезли из-за рубежа усовершенствованные методы и новые полезные культуры, в том числе репу из Нидерландов и клевер из Испании. Англичанам повезло, что их социальная система давала зажиточному новатору-землевладельцу престижное положение в обществе, стимулируя интерес менее успешных землевладельцев.
Одним из нововведений в английском сельском хозяйстве XVIII века стали трех- и четырехтонные глубокие крытые удлиненные повозки (рис. 20), которые также использовались в Европе, и широкие изогнутые повозки – с запада Англии (рис. 21). Они применялись на крупных фермах; под эти повозки разработали типовые модели конской сбруи. К концу XVIII века конская упряжь была почти такой же, как сейчас, с тщательно сконструированным хомутом (наиболее значимая деталь); более легкие и облегающие хомуты применялись в холмистых районах с частым перепадом высот. Садовые ножи и кустарниковые ножи меньшего размера, изготовленные кузнецами с учетом особенностей местности, в основном применялись в Англии, после того как выгоны, необрабатываемые земли и узкие полосы земли сменились полями с заборами (важным умением стала кладка кирпичей и штукатурение).
Рис. 22. Рядовая сеялка Джетро Талла. По оригинальным чертежам, 1701 г.
Однако значимее всего была научная система выращивания растений, предложенная Джетро Таллом, который пытался побороть нерентабельные привычки сельскохозяйственных работников. В 1701 году он предложил делать борозды и высевать семена рядами (рис. 22). Такой прием повышал урожайность в сравнении не только с методом неравномерного распределения семян (хотя данный метод применялся до конца XIX века), но и с существовавшей практикой посева в лунки, сделанные в ряд железным сажальным колом. Лошадь, тянувшая нарезчик борозд, также тащила сзади борону, чтобы засыпать семена землей. Посев семян рядами позволил использовать конный пропашник, который Талл привез из Франции в 1714 году. Его стремление сохранять почву рыхлой и без сорняков особенно повысило урожайность репы; ему удавалось увеличивать среднюю урожайность пшеницы от одной трети среднего количества семян, высеваемых на неудобренной почве, 13 лет подряд. Прямые ряды посевов на полях и обильные урожаи (урожайность пшеницы со времен Средневековья увеличилась втрое) – заслуга последователей Талла, которых хватало как среди английской знати и дворянства, так и среди трезвомыслящих шотландских реформаторов.
Мелиорация
В XVI–XVII веках бурно развивалась мелиорация, сильно изменившая облик Нидерландов и расширившая посевные площади в Италии, Франции и Англии. В Нидерландах мелиорация была серьезной проблемой на протяжении всего Средневековья – периода, когда римские методы обработки земли оказались бесполезными, увеличилось количество осадков, а подтопление земель составляло примерно 10 сантиметров в столетие. Залив Зейдер-Зе достиг наибольшей площади к 1287 году, в этом же году 50 тысяч человек утонули в нем во время шторма. Голландцы волей-неволей становятся экспертами в строительстве дамб и отведении воды по каналам; уже в 1106 году голландских специалистов приглашают работать в Германию. Тем не менее вплоть до конца Средневековья голландцы потеряли больше территорий своей страны, чем восстановили.
В пособии по строительству дамб, написанном в Голландии в 1578 году, представлены методы возведения дамб и защитных сооружений, сопоставимые с методами сегодняшнего дня. Валунная глина укладывалась в основание дамбы; часть дамбы, обращенная к морю, укреплялась сначала глиной и ивняком, морскими водорослями, соломой или камышом, а затем частоколом из коротких свай, промежутки между которыми заполнялись пучками хвороста. В XVI веке голландцы разработали новую методику сухой кладки, благодаря которой затопляемый участок на удаленной от моря территории систематически занимался под пашни. Местность, с которой предстояло отвести воду, окаймлялась прочным земляным валом, а вокруг него делалась глубокая канава. На валу устанавливались дренажные мельницы, перекачивающие воду с территории внутри вала во внешнюю канаву; из канавы вода уходила в реку или канал. Применяемое для этих целей черпачное колесо, приводимое в движение ветряной мельницей, изобрели в XIV веке.
Один из нескольких неудачных проектов осушения Понтийских болот (источника размножения малярийных комаров) площадью примерно 800 квадратных километров предложил Леонардо да Винчи: во многих других регионах Италии были подобные проблемы регулирования водоемов ради здоровья населения, навигации и добывания пищи. Итальянские ученые издавна изучали поведение рек. Галилей в свое время отвечал за воды Тосканы, позже итальянские ученые продолжили его исследования, и к концу XVIII века итальянский математик написал, что «искусство строительства гидрологических сооружений в Италии достигло совершенства».
В этом отношении Франция и Англия обязаны своему прогрессу скорее Голландии, а не Италии. Французский король Генрих IV отправил в Генеральные штаты Нидерландов запрос прислать «четырех квалифицированных специалистов в строительстве дамб», чтобы помочь ему в военных операциях, но позже решил, что мелиорация земель также восстановит благосостояние его несчастной страны. Рядом указов была создана Ассоциация (подобие Контрольного совета в Нидерландах), работавшая до отмены Нантского эдикта в 1685 году.
Английские болота занимали около 700 тысяч акров территории; они в значительной степени защищались древними набережными на побережье Линкольншира и осушались четырьмя тихоходными реками; в 1540 году ими заинтересовались крупные аббатства, расположенные в болотистой местности. Надежда получить долгосрочную большую прибыль от капитальных вложений заставила осушать обширные болота между возвышенностями Нен и Норфолк. Результаты исследования 1589 года показали, что почти вся земля находится над уровнем моря, поэтому для мелиорирования нужно вручную прорыть каналы определенного размера по кратчайшему пути к морю. Но эту работу только в 1630 году начала группа во главе с графом Бедфордом и совместно с известным голландцем Корнелиусом Вермуйденом (главным инженером группы), который уже осушил 70 тысяч акров в Йоркшире (Хэтфилд-Чейз). Схема, разработанная в 1653 году, подразумевала дренаж за счет гравитации; очень быстрый успех схемы вскоре доказал ее негодность – уходящая вода уносила с собой торфяной и даже иловый слой, в результате чего поверхность земли опустилась и вода перестала течь.
К этому времени в Великобритании появились дренажные мельницы голландского типа. В книге «Английские методы мелиорации» (англ. The English Improver Improved) 1652 года дается ссылка на конные, а также ветряные мельницы и описывается процесс подъема воды черпачным колесом, цепным водоподъемником или ковшом. До конца XVII века англичане полностью переделали ветряную мельницу для откачки воды, но даже это важное и весьма актуальное технологическое нововведение принесло мало пользы для осушения болот, ибо в ту эпоху политики противились централизованной организации работ, в отличие от Нидерландов и Франции.
Глава 3
Производство для бытовых нужд
Истоки гончарного дела
Гончарное дело, скорее всего, возникло из мастерства плетения корзин, однако приобрело важное значение только после того, как человек эпохи неолита стал вести оседлый образ жизни: дичь жарилась над костром, но зерновые и бобовые, которые сейчас составляют большую часть рациона человека, требовали медленного приготовления в жаропрочной емкости. Тогда, и только тогда появился повод для широкомасштабного использования емкостей, которые легко делались и также легко разбивались. Глина была в изобилии, а эффект ее затвердевания от огня первобытный человек заметил, сделав глиняный очаг. Керамика хрупка, но нетленна, поэтому керамические изделия чаще всего находят во время археологических раскопок. Но хотя керамика впервые появилась в неолитических поселениях, до возникновения городской культуры, развитие гончарного дела связано прежде всего с городами; горожане распространяли керамику в отдаленные районы, но, когда городское влияние снизилось, гончарное дело пошло на спад. Например, в Великобритании во 2-м тысячелетии до н. э. было много хорошей керамики средиземноморского происхождения, а почти все следующее тысячелетие – очень мало.
Тем не менее гончарное дело заслуживает почетного места среди бытовых ремесел, ибо за века производство керамики и ее вид изменились сравнительно мало. Гончарный круг появился примерно в 3000 году до н. э., но был значительно усовершенствован только в XIX веке. Перед гончаром всегда стояли три задачи: выбор, перемешивание и увлажнение глины; формование изделия; сушка и обжиг изделия, в результате чего оно становилось твердым и прочным. О ранних методах отбора, промывки и замешивания глины с водой известно очень мало. Вторая стадия процесса – формование – изменилась с изобретением гончарного круга. Подготовленный кусок глины помещался в центр быстро вращающегося колеса (по крайней мере 100 оборотов в минуту) и под легчайшим давлением рук гончара поднимался, принимая округлую форму. Изделие, которое неспециалист лепил бы руками несколько часов, гончар делал на гончарном круге за несколько минут, одновременно добиваясь идеальной симметрии изделия. Таким образом, гончарный круг, снизивший мышечное усилие со стороны гончара практически до нуля, стал одним из первых многочисленных трудосберегающих устройств, на основе которых развилась современная промышленность. Не сохранилось ни одного древнего гончарного круга, поэтому невозможно определить, как такое устройство возникло; вероятно, однажды кто-то решил сформовать изделие на вращающемся столе (рис. 23). Простейший круг вращался на оси, вставленной в паз в камне. Раскручиваемый вручную круг позволял сформовать один горшок, потом круг увеличили, чтобы повысить скорость вращения, а по центру сверху расположили круг меньшего диаметра, на котором формовали изделия. Так появился гончарный круг с двумя «колесами», при этом нижнее вращалось ногой гончара, палкой или помощником за счет троса. К VI веку до н. э. гончарный круг использовался как токарный станок для нарезания пазов и молдинга.
Рис. 23. Гончары с гончарным кругом и печью. Египетская лепная композиция, 1900 г. до н. э.
Дабы уменьшить пористость изделия, его высушивали и до обжига покрывали тонким слоем глины, а потом полировали галькой или специальным инструментом, чтобы закрыть поры и сделать изделие водонепроницаемым. На заре развития гончарного дела большие горшки обычно делались двухсекционными, чтобы секции не прогнулись под собственным весом перед сушкой; после предварительной сушки секции горшка соединяли. По тому же методу делали горшки с узким горлышком.
Во время обжига в структуре глины происходят сложные процессы, природа которых зависит от многих факторов, но особенно от максимальной температуры нагревания. Первобытный человек, вероятно, обжигал керамику при температуре 450–700 °С, при которой из глины просто выпаривалась вся влага. При достаточно высоких температурах (750–800 °С) в крупных кострах или простых печах в глине за счет структурных химических реакций повышается прочность и снижается пористость. При еще более высоких температурах структура керамики становится стекловидной; однако такая температура достигалась только в сравнительно современных печах; в древние времена гончары крайне редко обжигали изделия при температуре выше 1000 °С. Обжиг – процесс длительный, требующий много топлива. Чаще всего топливом служила древесина, а при необходимости навоз, торф и трава. Часть керамики продавали необожженной, и покупатель обжигал ее самостоятельно.
Горшки изначально сушили над домашним очагом, потом над костром, разведенным хворостом, а затем обжигали в костре, который не гас несколько дней, при этом горшки присыпались землей или другим материалом, исключающим доступ воздуха (по принципу печки на древесном угле). Считается, что в такой печке температура достигала 750–800 °С – примерно на 150° ниже температуры, необходимой для обжига афинских ваз. Неизвестно, когда появились такие печи, но примеры их использования прослеживаются начиная с 4-го тысячелетия до н. э. До Нового времени чаще встречались вертикальные печи, а не горизонтальные, в основном они строились в регионах, где умели делать кирпичную кладку. Вертикальные печи были куполообразными; горячий воздух, генерируемый в очаге, уходил через дымоход. Горшки для обжига ставились на глиняный пол-настил с отверстиями, а печь запечатывалась глиной: непрямой нагрев изделий предотвращал их загрязнение дымом и сажей. Долго удерживать горячие газы и равномерно распределять их в верхней и нижней части печи отчасти научились в горизонтальной печи, где дымоход устанавливался горизонтально между топкой и дымовой трубой, находившимися в противоположных концах печи. Горизонтальные печи применяли в Римской Британии, однако вертикальные печи строили чаще до Нового времени в других странах, за исключением Китая.
Работы у гончаров всегда было много. Благодаря выработанному ими эстетическому чувству они занимали особое положение в обществе. В ранние времена гончарные изделия украшали, разрисовывая их природными красками на основе оксидов металлов, а позже органическими или неорганическими красками. По форме изделия имитировали дерево или корзину, а позже их стали оформлять так, будто они сделаны из листового металла. Производство гончарных изделий при помощи гончарного круга требовало развитого чувства формы; бесспорно, гончарное дело развилось с поразительной скоростью и как искусство, и как ремесло. Сначала в Коринфе, а затем в Афинах производство керамики для обширного зарубежного рынка стало мощной индустрией, почти не уступающей современной; однако лучшие аттические гончарные изделия превзойти по красоте не удается. Успехи древних металлургов, например в Уре, отчасти зависели от мастерства гончара, который поставлял им литейные формы из обожженной глины.
Истоки производства текстиля
С древнейших времен человек не только лепил горшки и вазы, но и переплетал растительные или животные волокна, создавая необходимые вещи. Вполне вероятно, что корзины, циновки и даже веревки человек эпохи палеолита делал раньше текстильных материалов, для которых требовалась витая или формованная нить и перекрестная ткацкая структура – основа-уток. Однако это всего лишь гипотеза. Среди самых ранних образцов текстиля, найденных в Египте и относящихся к началу 5-го тысячелетия до н. э., циновки, плетеные круглые корзины и примитивные ткани; веревки и канаты появились в Египте несколько веков спустя.
В настоящее время веревки и канаты производятся из искусственных волокон – для прочности; однако в основном материалы и технология плетения корзин, циновок и веревок за 7 тысяч лет практически не изменились. По плетеной круглой корзине 3400 года до н. э. можно сказать, что ее плели по круговой от основания и украшали вертикальными цветными стежками, проходящими между прутьями. По такой же технологии плели корзины из скрученных материалов, камышовые циновки и более сложные корзины на каркасе из стоек. Производство канатов для морского транспорта и масштабного строительства бытовым ремеслом не было, но его необходимо упомянуть из-за технологического процесса кручения. Камыш, кожа, пальмовое волокно и трава альфа применялись еще в древности. Обычно процесс состоял из трех операций: скручивание волокон в нить, скручивание нитей в пряди, а прядей – в канат; чтобы готовый канат не разматывался, нити скручивались в пряди в направлении противоположном направлению скручивания прядей вместе. На египетской «канатной дороге» (двор, где свивали канаты) двое мужчин скручивали пряди и закрепляли их, идя вдоль каната, а третий мужчина крепко заплетал канат шилом.
В древности для плетения корзин использовался тростник, камыш, осока и другая трава, однако основным текстильным материалом древнего Ближнего Востока служил лен, который также выращивался как масличная культура и был хорошо известен к 3000 году до н. э. Чтобы подготовить лен к работе, стебли замачивали в воде, а потом отделяли волокна скребком и расчесывали. Китайцы использовали в качестве волокнистого материала коноплю, о которой узнали в Восточной Европе к 500 году до н. э., но в Европе из нее в основном плели веревки и канаты. Хлопок родом из Аравии, хотя впервые появился в Индии, а шелк – из Дальневосточного региона. Египтяне считали шерсть грязным материалом, хотя много шерстяной ткани производилось в Месопотамии и Северной Сирии. Самые ранние масштабные остатки шерстяных тканей, датируемые примерно 1000 годом до н. э., были найдены в Скандинавии. Холодный климат, несомненно, повышал у европейцев спрос на шерсть.
Для того чтобы сделать нить, волокна любого природного материала раскладывали параллельно друг другу и скручивали вместе, формуя непрерывную тонкую нить. Процесс прядения развивался так: сначала экспериментальным путем волокна скручивали между ладонями, затем с помощью руки, стойки или ноги, при этом второй рукой контролировали пучок перепутанных волокон, а спряденная нить наматывалась на палку. Палка, которая первоначально не позволяла волокнам спутываться, позже стала деревянным веретеном (рис. 24). Веретено до XV века было практически единственным механическим орудием для прядения, его вращали рукой, но чаще подвешивали с грузом (блоком веретена), и веретено некоторое время вращалось, как волчок. При помощи веретена получалась более равномерная нить, чем при скручивании руками, но тем не менее в древности нить для ткачества сдваивали для прочности. Другим приспособлением была прялка – большая палка для удерживания волокон при прядении. Прядением занимались женщины. Об этом известно не только из ранних рисунков, но и благодаря определенным терминам. Так, незамужнюю женщину называют spinster (англ. старая дева. Ср. англ. spindle – веретено), а женскую родовую линию – distaff side (ср. англ. distaff – прялка).
Рис. 24. Деревянное веретено иэ Кахуна, Ептет, 1900 г. до н. э.
Существенной особенностью ткацкого станка эпохи раннего неолита была рама, на которой нити растягивались параллельно друг другу (основа), а в них под прямым углом вплеталась непрерывная нить (уток).
Бедуины до сих пор используют ткацкий станок, стоящий на земле, как 5 тысяч лет назад. В нем имеется ремизная планка и прокладчик утка (челнок). Нити через одну прикреплялись к ремизной планке; ее поднятие создавало ткацкий зев, через который протягивался уток; чередующиеся нити проходили поверх зева, который можно было сдвинуть к краю, чтобы создать обратный зев для пропуска через него утка в обратном направлении (рис. 25). После этого ряды утка «заколачивались» палкой, чтобы сделать плетение равномернее. Точно такой же станок, установленный в вертикальном положении, позволял ткачу довольно комфортно сидеть, но конечно же требовал усовершенствования. У третьего типа ткацкого станка, применявшегося в Исландии еще 100 лет назад, были керамические или каменные разновесы (держатели полотна), образцы которых сохранялись в Трое с середины 3-го тысячелетия до н. э. Пучки нитей основы прикреплялись к этим держателям, плетение шло сверху вниз, позиция ремизной планки и челнока последовательно менялась. Простейшая форма ткачества, известная как полотняное переплетение, древнейшая и практикуется до сих пор; она характерна тем, что одиночные нити пропускаются над и под одиночными нитями основы – как во время штопки. В результате переплетения утка и основы получается тканое полотно. Разнообразия тканей достигали двумя способами: используя цветные нити (как в ткачестве гобеленов), где цвет полотна определялся цветом утка; за счет процесса «плавания», когда отдельные нити проходили над более чем одной нитью либо в основе, либо в утке. Варианты ткачества полотен быстро увеличивались.
Рис. 25. Горизонтальный ткацкий станок
Как и следовало ожидать, дошедший до нас текстиль имеет полотняное переплетение. Совершенствование ткачества начинается примерно в середине 3-го тысячелетия до н. э. и проходит так быстро, что уже в гробнице Тутанхамона мы находим тонкую льняную ткань плотностью 280 × 80 нитей на дюйм; здесь же – халат, украшенный розетками и с каймой из лотосов, с трехцветным воротником в форме стервятника с распростертыми крыльями. Созданный два века спустя пояс фараона Рамзеса III демонстрирует наиболее сложные методы ткачества – два вида переплетения в одном полотне плотностью 340 × 61 нитей на дюйм. А вот плотность скандинавского текстиля бронзового века составляет всего лишь 13 × 10 нитей на дюйм, однако найденные образцы одежды интересны тем, что они полностью шерстяные. На греческой вазе VI века изображены и пряха, и ткач; ткацкий станок, имевший, как полагают, ширину 1,5 метра и чуть большую высоту, относился к тому типу станков, который, по описанию Гомера, был у Пенелопы или Цирцеи. Фрагментов древнегреческих тканей не сохранилось. Только у китайцев был более совершенный ткацкий станок в сравнении с описанным выше. Китайцы обладали прекрасными навыками ткачества и производили шелк примерно в 1000 году до н. э., однако их мастерство повлияло на западный мир только с началом христианской эры.