Томас Дерри
Краткая история технологий. Идеи, процессы и устройства, при помощи которых человек изменяет окружающую среду с древности до наших дней
Стекло использовали не только в бытовых целях. Мы уже сказали о важности зеркал в оптических приборах, поэтому поговорим об этом в конце главы.
Хотя природа света была плохо изучена до относительно недавнего времени, оптикой интересовались издавна. Закон отражения узнали еще в IV веке до н. э., а во II веке н. э. Птолемей установил, что преломление света подчиняется определенному закону, который точно сформулировали только через 1500 лет. В X веке исламский философ Ибн аль-Хайтам (Альхазен) знал свойства не только линз и плоских зеркал, но и сферических, и параболоидальных зеркал. Это знание перешло на Запад через латинские переводы его работ: учение Альхазена повлияло на Роберта Гроссетеста и его младшего современника Роджера Бэкона. Хотя Бэкон экспериментировал с выпуклыми линзами для коррекции зрения, изобретатель очков неизвестен. Вероятно, очки создали примерно в 1286 году, а в начале XIV века их производство наладили в Венеции. Первые линзы были выпуклыми, поэтому они помогали только страдающим дальнозоркостью. Вогнутые линзы, необходимые для близоруких, появились почти на два столетия позже. Помимо корректировки зрения линзы увеличивали мощность видения приборов. Происхождение телескопа неизвестно. Хотя именно Галилей в 1609 году впервые построил телескоп, нет никаких сомнений, что телескоп – голландское изобретение. Современный сложный микроскоп тоже связан с работами Галилея, но в создании микроскопа его, возможно, опередили другие ученые. Теоретически оптика развивалась быстро, вскоре обнаружили основные причины двух больших дефектов линз. В 1637 году Декарт доказал, что сферическую аберрацию (отказ линз давать прямолинейное изображение) можно устранить, если скомбинировать линзы с параболоидными поверхностями; в 1671 году знаменитые эксперименты Ньютона с призмой открыли причину хроматической аберрации (разложение белого света на составляющие его цветные лучи).
Эти открытия сформировали новые требования к технологии производства стекла. Во-первых, потребовалось удалить все следы непрозрачности из стекла для оптики; во-вторых, с большой тщательностью следовало устранять дефекты и пузыри. Галилей и его ученик Торричелли значительно усовершенствовали технологию комбинирования линз со сферическими поверхностями с помощью ручного шлифования и полирования, но сделать то же самое с параболоидными поверхностями удалось только в XVIII веке. Средство от хроматической аберрации с использованием составных линз из двух типов стекла тоже было найдено только в XVIII веке. Для облегчения работы с оптическими приборами вместо линз применяли зеркала, точно так же отражающие свет всех цветов. Станок для шлифования линз появился в середине XVII века.
Глава 4
Добыча и обработка металлов
Металлы в бронзовом веке
Готовить пищу и выпускать изделия для бытовых нужд удобнее металлическими инструментами. История металлообработки напоминает историю развития текстильного производства и гончарного дела с их высокохудожественными достижениями в ранний период. Добыча подземных руд ознаменовала новую важную эпоху эксплуатации окружающей среды человеком. В Книге Иова, написанной в IV веке до н. э., вероятно с мыслями о медных шахтах Арабы и Синая, работа шахтера представлена как превосходный пример технического мастерства.
9. На гранит налагает он руку свою, с корнем опрокидывает горы;
10. В скалах просекает каналы, и все драгоценное видит глаз его;
11. Останавливает течение потоков и сокровенное выносит на свет.
Книга Иова. Глава 28
Металлообработка зародилась задолго до добычи металлов из рудников, ибо некоторые металлы, вроде золота, попадаются в природе в свободном виде. Скорее всего, именно драгоценные металлы впервые привлекли человека своим блеском, поэтому их широко применяли для декоративных целей. Будучи металлом исключительно практическим, железо стало буквально посланием Небес, ибо из метеоритного железа получались отличные инструменты: например, железо из метеорита, упавшего в Гренландии, эскимосы использовали более века. Первоначально медь добывали в свободном состоянии, но ее залежи быстро истощились, и тогда медь начали извлекать из руды.
Переработка руды заключается в двух отдельных процессах: во-первых, металл отделяют от элементов, с которыми он химически соединен; во-вторых, обрабатывают металл для конкретных целей. Металлические руды с точки зрения химии чрезвычайно разнообразны, но в большинстве из них желаемый металл объединен с серой или кислородом. Для отделения металла необходимо подобрать вещество, которое вступит в реакцию с серой, кислородом и другими компонентами руды. Часто для этих целей лучше всего подходит углерод. И коль скоро химическая реакция, как правило, происходит только при высоких температурах, первостепенную роль в экстракции металлов играет печь. В рассматриваемый нами период времени под углеродом неизменно подразумевали древесный уголь, который приводил металлы в свободное состояние и обеспечивал необходимую для реакции температуру. При высокой температуре металл плавился, и его отделяли от тугоплавких примесей, которые превращались в шлак; иногда для ускорения шлакообразования добавляли флюс.
Как такой относительно сложный процесс впервые провел первобытный человек, доподлинно неизвестно, но есть по крайней мере правдоподобное предположение, что первой расплавленной рудой была малахитовая руда – зеленый карбонат меди. Она довольно широко распространена на Ближнем Востоке и по меньшей мере с 5-го тысячелетия до н. э. используется как пигмент, особенно в косметике – для окраски нижнего века. Из малахита легче всего получить медь: если немного руды бросить в яркий дровяной костер, то из нее выплавится шарик меди. Вот из такого случайного наблюдения, вероятно, и возникла тенденция переплавлять малахит и другие медные руды.
Что касается обработки металла, то было два варианта. Первый применялся в древности, когда человек искал чистые металлы, не нуждающиеся в выплавке. Он просто формовал металл при помощи молота и наковальни; в глубокой древности обнаружили, что удары молотом закаляют металл, но при желании его можно снова размягчить, если нагреть. Другой способ обработки – выливание расплавленного металла в форму с приданием ему грубых очертаний, которые позже корректируются молотом. Похоже, в древности предпочитали переплавлять металл для отливки, а не отливать его прямо из печи.
Приведенное описание относится к основным металлам и их сплавам, за исключением железа, которое рассмотрим позднее. Из драгоценных металлов следует начать с золота и серебра. Хотя золото на Ближнем Востоке не обязательно применили раньше меди, оно довольно часто попадалось в виде пригодном для немедленной обработки. В небольших количествах золото находили в древности во многих регионах; например, на Кавказе, где практика фильтрования аллювиальных осадков через шерсть («мытье золота». – Пер.), предположительно, легла в основу легенды о золотом руне. В Египте была своего рода монополия на производство – более ста золотых рудников в Нубийской пустыне и рудники в Восточной пустыне. Серебро стало характерным металлом северо-востока Малой Азии – района поселения хеттов, название столицы которых писалось символом, обозначающим серебро. Серебро и свинец встречались вместе в галените (сульфиде свинца), который преобразовывали в свинцово-серебряный сплав прокаливанием, чтобы избавиться от части серы, а затем нагревали до более высокой температуры, благодаря чему содержание серы снова снижалось и сплав образовывался в нижней части печи; древесноугольное топливо предотвращало повторное окисление. Иногда металлическое серебро лежало в основе прослоек галенита. Свинцово-серебряный сплав расплавлялся в тигле из пористой глины (чаше для купелирования) и обдувался струей воздуха. Свинец окислялся и удалялся, о завершении процесса говорило внезапное появление сияющей «пуговки» серебра. Купелирование, появившееся, вероятно, в 3000–2500 годах до н. э., также применялось для очистки золота. Неочищенное золото смешивалось со свинцом и загружалось в чашу для купелирования, свинец и примеси удалялись за счет окисления от воздушной струи.
Серебро и золото стали мерилом стоимости, однако для тех же целей ранее применяли медь и свинец, которые по-прежнему были самыми распространенными средствами платежа в сравнении с драгоценными металлами. Медь – один из первых металлов, освоенных человеком. В свободном состоянии и больших количествах она встречается редко, хотя известно о находках глыб весом в несколько сотен тонн. Огромный спрос на медь вызвал ее масштабную добычу: в Малой Азии, Армении и Эламе, где шумеры добывали медь еще в 3500 году до н. э., на острове Кипр, откуда медь вывозили жители Италии и называли ее купрум (лат. Cuprum), в египетских центрах, описанных в Книге Иова, и во многих регионах Европы. В древности шахтеры пользовались каменными орудиями, а позже бронзовыми. Рудная жила разрабатывалась в скале горизонтально, иногда на 50 ярдов; однако в результате раскопок в Венгрии обнаружили вертикальные стволы до 6 футов в диаметре, иногда сдвоенные для вентиляции, в которые спускались по зазубренному стволу дерева или даже (в одной шахте) с помощью трехступенчатой лебедки. Шахтеры работали по системе разработки парными штреками, оставляя целики руды нетронутыми для поддержки кровли проходов, которые они прорезали в жиле. Если мешала скала, ее устраняли огневыми горными работами – разводили костер, нагревали скалу и раскалывали ее, поливая холодной водой. Ранние методы добычи металлических руд, несомненно, основаны на опыте кремнедобытчиков, работавших на глубинах около 12 метров.
Извлечение металла из различных типов медных руд подразумевает сложный процесс плавления. Например, в Восточных Альпах, где около 20 тысяч тонн меди добыли за период 1300–800 годов до н. э., руда и топливо сваливались вместе для плавления, и после трех последовательных этапов очистки чистота меди составляла только 95 процентов. Для дальнейшей очистки медь следовало расплавить с древесным углем и обработать струей воздуха.
Хотя очевидно, что в Египте примерно до 2000 года до н. э. продолжался медный век, в течение которого утилизировали всю чистую медь, история этого металла с древности неразрывно связана с оловом. Медь относительно мягкий металл, поэтому некоторые из его сплавов ценятся гораздо выше. Самый знаменитый среди них бронза – сплав меди и олова, ее точные свойства зависят от относительных пропорций этих двух металлов. Как впервые появилась бронза, доподлинно неизвестно; вероятно, она по-разному создавалась в различных регионах. Однако разумно предположить, что впервые ее получили случайной переплавкой смешанных руд, содержащих медь и олово; различные виды руд четко различили намного позже. Но вскоре медную и оловянную руды стали намеренно смешивать в заданных пропорциях европейские плавильщики.
Альтернативный способ получения бронзы – расплавить вместе определенное количество металлической меди и олова; похоже, такой способ применялся на Ближнем Востоке. Легко извлечь довольно чистое олово из его основной руды – касситерита; к 1500 году до н. э. производством олова занимались в Европе, откуда его вывозили на Ближний Восток.
Для получения бронзы медь сплавляли с сурьмой, полученной из кавказских руд; египтяне иногда добавляли мышьяк. Цинксодержащие бронзы хорошо известны, но этот металл стали четко различать только в XVI веке, поэтому его присутствие в древних бронзовых сплавах случайно. Анализ таких бронз доказал присутствие многих других металлов, бывших в исходной руде как примеси и проходивших процесс плавки: их присутствие часто определяло свойства сплава.
В сравнении с кремневыми орудия из меди или бронзы не обязательно были острее, но дольше сохранялись, были менее хрупкими и делались любой желаемой формы. Самые маленькие и простые медные орудия ковались прямо из куска металла, но чаще всего расплавленная медь разливалась в каменную или глиняную форму, где изделие принимало грубые очертания: для таких целей бронза подходила лучше всего из-за более низкой температуры плавления. Затем изделие дорабатывалось молотом и при необходимости раскалялось в процессе обработки. При помощи молота заострялся край топора, кинжала и других орудий. Отливка в формы из двух частей (рис. 41), позволяющая воздействовать на металл со всех сторон, с чистой медью была затруднительна. Медь поглощала газы, создававшие пустоты при охлаждении, и портила отливку; с бронзой такой метод литья действовал безотказно. Сама форма изготавливалась из бронзы (для точности), а также из камня, глины или керамики; для отливки орудия труда или оружия делался разъем для рукоятки – в форму добавлялось глиняное ядро.
Самые искусные бронзовые отливки делались благодаря литейному воску. Восковой литник по форме будущего металлического изделия обмазывался глиной – создавалась форма для отливки. Форму прокаливали на огне – воск плавился и вытекал. Форма обжигалась, затем в нее разливалась расплавленная бронза; после того как металл остывал, форму разбивали.
В бронзовый век произвели много ремесленных инструментов сегодняшнего дня: например, тяжелую кувалду, колун, слесарное зубило и рашпиль. Что касается оружия, в начале бронзового века на основе кинжала выковали меч; появились втульчатые наконечники копий; украшенные боевые топоры, найденные в Венгрии и Персии, не только оружие, но и произведение искусства.
Рис. 41. Сирийская двойная форма и сделанное в ней золотое литье. Угарит, 1300 г. до н. э.
Раскопки захоронений на королевском кладбище в Уре, датированных первой половиной 3-го тысячелетия до н. э., показывают, что полдюжины сегодняшних методов металлообработки применялись уже тогда. Обычно использовали литейные глиняные формы из трех-четырех частей. При отливке большого изделия внутрь формы помещалась основа из дешевого материала – изделие получалось полым. Для очень больших отливок, вроде огромного бронзового бассейна, который Хирам Тирский сделал для храма Соломона, форма выкапывалась в залежи глины: «Царь выливал их в глинистой земле, в окрестностях Иордана, между Сокхофом и Цартаном» (3 Цар., 7: 46). Тысяча и более лет опыта работы с бронзой предопределили египетский ренессанс в VII веке до н. э. и создание бронзовых изделий в античной Греции. Чаши изготавливались из листового металла методом холодной ковки, часто отжигались для уменьшения упрочнения; статуи кропотливо создавались из медных листов, прибиваемых гвоздями к деревянной основе или раме. Самые ранние образцы – фигурки быков примерно 2 фута в высоту и длину вместе с рельефной панелью, полностью из меди, сделанные в Месопотамии в 4-м тысячелетии до н. э.; из того же материала сохранилась (в настоящее время фрагментарно) статуя египетского фараона в натуральную величину, который правил примерно в 2300 году до н. э.
В ранний период широко применяли метод репуссе – чеканку рельефов на листовом металле изнутри. На кладбище в Уре найдены статуэтки животных из листового золота толщиной в несколько тысячных дюйма, испещренные рельефом, сделанным чеканкой и выглаживанием с вкраплениями участков отжига. Гвоздями листовое железо прибивали к дереву, гвоздями или заклепками скрепляли листы металла, однако самым распространенным методом соединения была пайка.
Филигрань, зернение и инкрустация тоже появились в этот период. Проволоку для филиграни получали нарезанием непрерывной узкой полоски круглого листа металла: протягивать проволоку через металлические пластины умели еще в 2500 году до н. э. Зернение выполнялось реже, но встречается в гробнице Тутанхамона: капли металла припаяны к основанию – задача невероятной сложности. Инкрустацию – формование ячеек на полосе металла для вставки драгоценных камней – впервые выполнили шумеры и довели до совершенства в Египте (воротник Тутанхамона). Это расточительное искусство распространилось и в Европу. В могилах в Микенах найдены бронзовые кинжалы XVI века до н. э. с металлическими вставками, а на них – изображения охоты на льва из золота, электрума (сплава золота с серебром) и серебра. А вот Гомер, чьи герои давних лет спят вечным сном, принадлежал к новой эпохе, в которой человек увлекся железом.
Ранний железный век в Греции и Риме
В бронзовом веке было две основных, сложных технологии: работа шахтера в темных недрах земли и совместная переплавка двух металлов (одного из которых, олова, всегда не хватало) для формирования сплава. Так как железной руды, в виде болотной руды, было предостаточно на поверхности и металл имелся в различных видах без примеси, то на первый взгляд непонятно, отчего так поздно наступил железный век. Ведь на самом деле он начался примерно в 1200 году до н. э., когда после падения империи хеттов кузнецы рассеялись по свету, хотя металл немного обрабатывали еще до 2500 года до н. э., а железные орнаменты и церемониальное оружие появились вскоре после 2000 года до н. э. Задержка объясняется двумя причинами. Ранние находки метеоритного железа не побудили человека искать железную руду под землей. Кроме того, экспериментальная выплавка железной руды ради выяснения, ведет ли она себя так же, как медная руда или другие известные металлы, обескуражила бы людей, ибо чистое железо плавится при 1535 °С (медь плавится при 1083 °С). То есть эксперименты по выплавке закончились бы кучей шлака и золы поверх нерасплавленных сгустков железа. До появления средневековой доменной печи получить расплавленное железо для литья не удавалось, хотя с дохристианских времен температуру в печи повышали либо лучшей естественной тягой, либо кузнечными мехами. При повторной ковке при температуре красного каления отбивалась большая часть шлака с необработанного железа до того, как он станет годен к употреблению.
Хотя кованое железо, полученное таким способом, было прочнее других доступных металлов, не получалось сделать острый край: такое удалось только со сталью – сплавом железа с примерно 0,15–1,5 процента углерода и без остаточного шлака. Проблема отчасти решилась с изобретением науглероживания (цементации) халибами Малой Азии – подневольным племенем империи хеттов примерно в 1400 году до н. э. Процесс науглероживания – повторяющаяся ковка и нагревание в непосредственном контакте с древесным углем, который диффузионно насыщает углеродом поверхность металла. Некоторые специфические железные руды дают сталь напрямую, если правильно организовать процесс плавки; такую сталь получили примерно в 500 году до н. э. в центральном европейском регионе Штирии и Каринтии – римском Норике. Между тем еще предстояло узнать, что сталь необходимо закалять дальше, погружая горячий металл в холодную воду. Если погружали в холодную воду раскаленную медь или бронзу, которые использовались более тысячи лет, они размягчались. Процесс закалки, скорее всего, появился через два столетия после науглероживания. Таким образом, древняя железная металлургия достигла расцвета только в последнем тысячелетии до н. э., и даже тогда все ограничивалось работой кузнеца с молотом и мехами, а чугун было практически невозможно получить в небольших печах с низкими температурами.
Поначалу железо служило украшением, а затем медленно стало сырьем для изготовления мечей и кинжалов. Железные наконечники копий создать не удавалось, ибо необходимый раструб получался только за счет литья; железные боевые топоры были редки, хотя в Сирии найден топор, датируемый примерно 1300 годом до н. э., с раструбом топорища из золота и меди. Меч – главный дар раннего железного века, ибо бронзовый был относительно хрупким. Теперь сила удара определялась только силой человека; известно о великой мощи «опоясанных железом» ассирийцев, которые обрушивались на врага, как «волк на стадо овец».
В железном веке появились шарнирные кузнечные клещи, наковальня для гвоздей, волока для проволоки и рамочная пила, почти идентичная современной ножовке. Железный напильник применялся в каждом виде металлообработки, а бронзовый напильник был немного больше плотницкого рашпиля. Как только научились закалять железо, орудия труда начали совершенствоваться, пока качество большинства малых ручных инструментов не стало таким, как сегодня.
Однако преувеличивать не следует. Изначально новый металл использовался для оружия, потом для производства мотыг и топоров для ферм и шахт и наконец для усовершенствования описанных ручных инструментов. Слова обманчивы: железо в ранние годы античной Греции, считавшееся неподходящим металлом для плужного лемеха, очевидно, было намного хуже закаленного металла римских легионеров начала христианской эры. Греческая цивилизация VI века до н. э. основывалась на железе; римское влияние, приведшее римскую цивилизацию в самые дальние регионы Запада, ассоциировалось с железом на протяжении всей своей долгой истории. Железные рудники, открытые этрусками в Тоскане и Эльбе около 900 года до н. э., быстро привлекли алчных римлян; были захвачены несколько имперских провинций от Испании до альпийского Норика и Далмации, где добыча железа велась не очень активно.
Следует уделить особое внимание Лаврийским серебряным рудникам, на которых афиняне работали с 600 года до н. э., после того как их гораздо раньше открыли микенцы. На больших шахтах почти всегда работали заключенные, в том числе военнопленные, чья жизнь и здоровье ничего не стоили. Интересен резкий контраст между вызывающей восхищение демократией Афин и рабовладельческими порядками этих аттических шахт, откуда данная демократия получала значительную долю богатства и праздности. Самой распространенной рудой был галенит, содержащий около 60 унций серебра на тонну. Экстракция проходила в два этапа. Сначала свинцово-серебряный сплав после выплавки неоднократно плавился и оставлялся кристаллизоваться – первым отделялся почти чистый свинец. Когда содержание серебра достигало 1–2 процентов, его начинали купелировать. Однако процесс был не очень эффективен, и кучи шлака впоследствии повторно перерабатывались, как во многих других старых районах добычи, включая свинцовые шахты, которые вырабатывали 300 лет в Мендипе во время римской оккупации Британии.
Примерно к концу I века, когда добыча в горе Лаврион прекратилась до нового времени, затопили 2 тысячи стволов шахты, самый глубокий из которых достигал 100 метров. В шахту спускались по приставным лестницам или зазубренным стволам деревьев, закрепленным по краям шахты; руда поднималась при помощи блока и веревки. Кровли галерей поддерживались целиками бедной руды, которую не добывали. Вентиляция делалась за счет параллельных галерей, вентиляционных дверей и иногда костров для увеличения тяги. Шахтеры работали при искусственном освещении с киркой и корзиной (рис. 42). Поднятую на поверхность руду измельчали в порошок, а затем промывали, отделяя тяжелые частицы руды от легких камней; подобным образом работали золотодобытчики Египта еще в 3000 году до н. э.
Римская добыча руды отличалась масштабностью (рис. 43). Римляне регулярно добывали свинец (с серебром), медь, железо и олово даже в отдаленной Британии. Процент осужденных преступников (лат. damnati in metallum – приговоренный к работам в рудниках) и рабов на шахтах становился все меньше в общем объеме работников, которых нанимали в любой провинции; шахтер становился квалифицированным ремесленником. Наиболее важное технологическое нововведение римлян – винт Архимеда и черпачное колесо для осушения шахт. Винт, возможно, уже применялся для орошения в Египте, до Архимеда; в любом случае именно римляне сделали винт (лат. cochlea), или «водяную улитку», как они называли его из-за формы, обычным горнодобывающим инструментом. Что касается черпачного колеса, то на одной из медных шахт Рио-Тинто вода поднималась на высоту почти 30 метров восемью последовательными парами черпачных колес, приводимых в движение большим ступальным колесом. Немногочисленные поверхностные залежи руды римлян не интересовали, а разработка глубинных залежей не приносила прибыли из-за нехватки рабочей силы в последние столетия империи. Кроме того, экстракция металлов из руд по-прежнему зависела от выплавки на древесном угле, который сильно подорожал из-за массовой вырубки лесов Средиземноморья.
Рис. 42. Греческие шахтеры. С коринфской глиняной таблички VI в. до н. э.
Важная разработка в римской металлургии – использование ртути для экстракции золота. Примерно в начале н. э. ртуть впервые получили в Испании методом дистилляции; ртутная руда (обычно сульфид) прокаливалась в печи, оснащенной простым устройством для конденсации паров. Золото встречалось не только в аллювиальном виде, как уже говорилось, когда его добывали методами времен золотой лихорадки, но и как руда, распределенная в твердых породах. Чтобы извлечь золото, римляне дробили руду и перемешивали ее с ртутью, в которой золото растворялось, как амальгама. Затем ртуть фильтровали через кусок кожи и дистиллировали; золото оставалось в дистилляторе, а дистиллят ртути использовали дальше. Римляне увеличили производство золота и серебра, извлекая их из меди методом ликвации. Когда медь плавится с большим количеством свинца, оба металла не перемешиваются, а формируют две несмешивающиеся жидкости, вроде масла и воды. Драгоценные металлы, присутствующие в меди, переходят на свинец, из которого они извлекаются купелированием.
Рис. 43. Римские шахты в Европе
Наиболее значимое изменение в оловодобыче – закрытие испанских шахт примерно в середине III века и истощение залежей оловянных россыпей в целом. В результате жильная руда в Корнуолле, которую добывали с 3-го тысячелетия до н. э. (откуда термин «британский металл»), стала добываться новыми темпами. Часть олова сплавляли с 30 процентами свинца, а из полученного сплава – певтера делали сосуды, популярные в домах римлян; в Средние века доля олова в певтере значительно снизилась. Но больше всего внимания уделялось бронзе, из-за чего римляне разрабатывали очень богатый запас меди в Испании. Медь экспортировалась даже в Индию. Медные и бронзовые изделия выпускали на заводе в Капуе, стандартную продукцию которого находят не только по всей Италии, но даже в Финляндии. Появился новый сплав – латунь. Он состоял из меди и цинка, его отождествляли с «белой бронзой», украшавшей двери дворца Сарго-на II. Однако на Западе латунь появилась только во времена правления Августа, который ввел в обращение латунные монеты: латунь стоила в шесть раз дороже меди, а в некоторых регионах Древнего мира она ценилась выше серебра. До XVI века о чистом цинке не знали; латунь получали цементацией, в процессе которой вместе прокаливались каламин (карбонат цинка), медь и древесный уголь.
Первый основной центр европейской железной металлургии появился в X веке до н. э. в Норике, куда металлургия пришла из Хеттской империи. Примерно через 400 лет центр переместился на земли кельтов, и в основном в Испанию, где кузнецы изобрели каталонскую печь для выплавки железа, в которой две пары кузнечных мехов поочередно поддерживали постоянную форсированную тягу. Еще были двухэтажные шахтные печи, в них узкая нижняя часть заполнялась древесным углем, а более широкая верхняя часть – смесью руды и древесного угля. В каталонской печи напрямую получали ковкое железо, в шахтной печи – более науглероженный блюм, требующий ковки; ни в одной из печей не достигалась температура для получения жидкого литого чугуна. Часть стали производилась непосредственно из железной руды Норика, большая часть получалась науглероживанием. Однако лучшей сталью, известной римлянам, было так называемое серик-железо, которое они считали китайским; на самом деле это была «сталь Вутца» – высокоуглеродистая тигельная сталь, в виде круглых лепешек диаметром в несколько дюймов она попадала в Рим через Абиссинию из Южной Индии; ее название – вероятное искажение перевода слова «сталь» с языка индийской народности каннара.
Хотя греки и римляне, используя металлы, внедрили совсем немного новых технологий и никогда не производили металлические изделия в масштабах необходимых для начала промышленной революции или даже концентрации промышленности в современном смысле этого слова, они создавали металлические предметы для военного и мирного времени.
Оборонительные доспехи и щит греческого гоплита делались из бронзы, но его главным оружием было девятифутовое копье с железным наконечником и короткий, прямой железный меч. Первоначально римляне экипировались как греки, но после легионеры носили железные кирасы из соединенных пластин и полос, перекрывающих друг друга для дополнительной прочности. У них был более длинный меч, но их главным оружием являлось копье той же длины, что у греков, только деревянное древко было одной длины с железным наконечником. Поначалу две половины копья склепывались, но позже использовали деревянный штифт, ломавшийся от удара, чтобы оружием не мог воспользоваться противник. По той же причине железо делали достаточно мягким – дабы согнуть копье ближе к древку. Кавалеристы знаменитых эскадронов Александра Великого носили более тяжелые доспехи, чем гоплиты. Три века спустя парфянские катафракты, отразившие попытки римлян расширить свою империю за Евфрат, носили броню и надевали ее на своих лошадей. И броню, и их лук, которым они выполняли знаменитый тактический прием – парфянский выстрел, впоследствии переняли римляне.
Ни арбалет, ни различные виды «веревочной артиллерии», в которых римляне перенимали опыт карфагенян и особенно греков, не делались металлическими, хотя у стрел были железные наконечники, а катапульта иногда запускала дротик с железным наконечником весом примерно 6 фунтов. Ассирийцы вели осаду тараном с тяжелым железным наконечником. Как правило, тараны устанавливались на колеса; греки придумали высокую деревянную конструкцию для раскачивания тарана по принципу маятника; римляне изобрели теребру – осадный бурав для сверления стен или ворот. Римляне были непревзойденными мастерами осадного дела. Доказательство тому – огромные стены, оставленные ими между Дунаем и Майном и по всей Северной Англии. На это указывают и руины временных стоянок, каждая с отдельным рвом и валом; легионеры возводили их при помощи железных орудий, которые брали в походы.
Огромный интерес вызывают небольшие металлические произведения искусства, выполненные с непревзойденным мастерством греками и этрусками. Вдохновение по-прежнему черпали на Востоке: например, греки в V веке до н. э. были под сильным влиянием мастерства обработки драгоценных металлов при персидском дворе. Но греки и этруски часто превосходили своих восточных учителей, к примеру в технике зернения и филиграни. Римляне создавали менее изящные изделия, хотя знали технику репуссе по серебру, которая увеличивала игру света на поверхности; массивные золотые медальоны римских императоров – более искусное достижение.