Часть 1. Эволюция технологий.
Вначале была печь для обжига керамики.
Термические технологии древности – это ранние методы использования энергии для бытовых и технических целей. Между разными ветвями термических технологий (от выпечки хлеба, обжига гончарных изделий и стекольного производства до нескольких видов металлургии) существуют определенные взаимосвязи, и этапы их развития – это все расширяющиеся возможности техники и вовлечения в нее новых материалов. читать дальше
Таблица 1. Термические технологии древности.
Технологии | Температура | Старейшие находки | Дополнительное изобретение | Печь |
Гончарное производство раннее | До 750 ° C (костер) | Вестоницкая Венера 29000-25000 лет до н.э. Сосуд 18000 лет до н.э., Китай | Способ массового обжига керамики. | Нет. Керамика сушилась на солнце и/или обжигалась на костре. |
Печение хлеба | 180-200 | 5500-8000 лет до н.э. | Печь, дрожжевое тесто. | Печи использовались примерно с 5000-4000 до н.э. |
Гончарное производство, применение печей. | 900 ° C | Около 6500 гг. до н.э. | Гончарный круг - между 6000 и 4000 гг. до н.э. Месопотамия | Печь для обжига керамики около 6500 гг. до н.э. Месопотамия |
Плавка меди. | 1085 ° C | Выплавка меди вскоре после 6000 гг. до н.э.?
|
| Печи для плавки меди – 5000 гг. до н.э. |
Бронза
| Плавление 950 ° C Литье около 1200 ° C | Бронзовый век 3500-1200 B.C. | Литье бронзы: примерно 3000 гг. до н.э. - Индия 2000 гг. до н.э. - Египет | Для плавления – печи, аналогичные печам для плавки меди. Литейные печи около 2000 г. до н.э. |
Стекло. | 900-1100 ° C | Раннее стекло – около 3500 гг. До н.э., Месопотамия Двойная плавка – первая при 750, вторая при 900-1000
| Применение дутья для изготовления стекла 1-2 вв. до н.э. Сирия? |
|
Плавка серебра | 1235 ° C | Халдея, процесс рекуперации серебра, около 2500 гг. до н.э. | Где-то на раннем этапе начал применяться древесный уголь. | Печи около 2500 гг. до н.э |
Производство железа | 1200-1300 ° C | Начало процесса получения железа из руд около | Прозводство стали около 600 гг. до н.э | Использование существующих печей |
Конечно, древние времена, ранние периоды развития новых технологий не позволяют документировать периоды достижения очередных успехов совершенно надежно. К примеру, граница между обжигом керамики в костре и в печи – не так уж точна. Но факт, что она очень важна, поскольку печь для обжига керамики стала мостом к печам стекольным и металлургическим.
Такие печи достигали все больших температур, что мы видим по введению в оборот все более тугоплавких металлов. Успехи в создании печей – улучшение конструкции, позволяющее достигать все более высоких температур, не тратя при том избыточно топлива: где-то перед плавкой серебра началось применение древесного угля. Существенно, отмечать и внутренние для каждой области достижения: так, если бронзовый век начался примерно за 3500 лет до н.э., то ранние примеры литой бронзы требующей температур около 1200 ° C, относятся к Индии (около 3000 гг. до н.э), но все же большие отливки начали производить египтяне (примерно 2000 гг. до н.э.). Вообще местом развития новых термических технологий оказался в первую очередь Ближний Восток. Хотя в качестве конкурента выступает и Индия, которая, впрочем, имела в те времена интенсивные контакты с Месопотамией.
Попробуем нанести собранные данные по достижению температурных рубежей на график (рис. 1)
Рис. 1. Развитие температурных технологий.
Полученный график фиксирует факт эволюции от температур, которые дает костер (750 ° C) до температур порядка 1200 -1300 ° C. Собственно, маркером тут служит достигнутая плавка серебра – 1235 ° C. Далее, по мнению исследователей, продвинуться не удавалось. Это и отражает график: плавка серебра, литье бронзы, изготовление передельного железа – это температура предельная до того времени, около 1250° C, максимум 1300° C.
Суммируем за 4000 лет (6500-2500 гг. до н.э) удалось продвинуться на 400 ° C: в среднем по 100 ° C за тысячелетие. И потенциал, который состоял в улучшении керамических печей, был исчерпан.
Посмотрим далее на конкретные примеры их эволюции.
Часть 2. Прогресс печи для обжига керамики.
Керамику можно обжигать и без печи, с помощью костра (рис. 2): так до сих пор еще делают в Африке, Латинской Америке и других местах, где сохранилась ранняя технология.
а
б
Рис. 2. Обжиг на костре: подготовленные для обжига горшки – Перу и Нигерия (а) и обжиг- Нигерия (б). Предназначенные для обжига изделия иногда накрываются черепками http://www.ceramicstudies.me.uk/histx103.html
Но у такого способа есть свои недостатки: дров и обслуги при обжиге нужно больше, а качество обжига контролируется, в общем-то, хуже. Ясно, что сушить и обжигать керамику в печи удобней и экономичней. Там можно использовать большую часть потока нагретого воздуха, не теряя его зря. Начало таким печам было положено ямами в земле (рис. 3а), а потом появились печи с куполом (рис. 3б). Первые печи возникли, вероятно, в Уруке и оттуда их позаимствовали египтяне.
а
б
Рис. 3. Примитивные печи, реконструкции, – а) печь-яма, б) печь-купол. Они однокамерные, топливо и керамика не разделены. Но уже в Месопотамии появились и двухкамерные печи, позже 3800 года. до н.э.
Несколько иного типа печь была изображена на стенной росписи в древнеегипетской могиле (рис. 4). Это тоже однокамерная печь, такой тип использовались в Египте, когда он стал доступен европейцам в19 веке, и до сих пор в ходу. Но у него уже есть преимущество: горячий воздух используется полнее, а топливо для нее может быть и отходами сельскохозяйственного производства, сухим камышом и т.п.
Рис. 4. Вертикальная печь для обжига керамики – фрагменты древнеегипетских рисунклв- могила в Бени-Хассан (Beni Hassan) около 2000 гг. до н.э. и в Каире 19 веке – вплоть до нашей современности.
Во 2 тысячелетии до н.э. явным лидером в производстве изделий из керамики была минойская цивилизация, которая была способна на невероятные достижения – керамические ванны, бытовые печи для жилищ и кулинарии (о них далее), микрокерамику. Конечно, такое развитие технологии стало возможным благодаря инновациям, позволяющим поддерживать в самой печи более равномерную температуру. Именно у критян двухкамерные печи с перфорированным потолком нижней камеры – полом верхней, возникшие в Месопотамии, достигли новых высот. Этот тип был перенят греками, развит и использовался без дальнейших изменений и в Древнем Риме (рис. 5, 6).
Рис. 5. Двухкамерные гончарные печи, в Телль- Косак-Шамали (около 3500 гг. до н.э. и, на плашке из Коринфа, около 575/550 гг до н.э., найденной Пентескофае (Penteskouphia); ныне хранится в Лувре, Париж. Схема двухкамерной минойско-греческой печи.. Усовершенствованием греков считается то, что дверка в печи позволяет вести новую загрузку еще не остывшей печи, что экономит тепло и делает процесс непрерывно-периодическим.
Рис. 6. Технологический цикл производства керамики (по рисункам с древнегреческой керамики), в конце которого Музы увенчивают гончаров и художников венками – а основа успеха в хорошем уровне печей – удобных и экономичных. А пик эстетики был пройден в 4-3 вв. до н.э.: древнеримская керамика была хороша, поскольку технологически возникла из древнегреческой, но уже заметно более утилитарна.
Что еще можно сделать с гончарной печью, как ее усовершенствовать? По необходимости можно увеличить размеры печи – скажем, по вертикали (рис 7.) На таком пути китайцы построили свои фарфоровые печи, в которых создавалась устойчивая температура 1200-1400 ° C – достаточно, чтобы создавать глазировку из смесей, содержащих свинец.
Рис. 7. Тип вертикальной керамической печи, ставший очень популярным в Англии. Такая печь требует для загрузки керамикой стеллажи и кассеты.
Или, намного лучше, как додумались китайцы уже в 1-5 вв н.э., сделать печь многокамерной (и многодверной) – как на рис. 8. Можно такую печь сделать восходящей – с камерами или без. Так тепло будет использоваться еще полней – вначале нагревая первую камеру, потом вторую, и так далее, не теряясь впустую, что происходит при обжиге на поздних стадиях.
Рис. 8 Типы восходящих многокамерных печей, сохранившаяся печь-дракон в Китае и большая печь в Японии. Такая печь требует очень большого количества керамики и потому предполагает специализацию целой общины на гончарном производстве.
Отметим, что и китайские печи-драконы позволяют достигать высокой температуры, особенно, если подтапливать камеры дополнительно. Но такая печь предполагает также специализацию и несет в себе зачатки индустриализации гончарного производства.
Далее мы обсудим связи печей для обжига керамики с другими термическими технологиями. Начнем с того, как гончары создали керамические печи для домашнего хозяйства
Часть 3. Печи для дома.
В те же времена, когда костер для обжига керамики превращался постепенно в гончарный горн, костер, на котором готовили пищу и пекли лепешки в той же керамике, превращался в домашнюю печь. Тут, между прочим, было неплохое взаимодействие: кирпичи для печи, а то и керамическая жаровня целиком имели непосредственное отношение к развитию обжига керамики.
Эти термические технологии хоть и не требовали высоких температур, тоже имели свои тонкости и задачи: экономию топлива, удобство, безопасность в эксплуатации, иногда даже мобильность. В первую очередь отметим печи большие, стационарные печи (рис. 9). Материал – кирпич, иногда камень. Способ отвода дыма – труба или вытяжка.
Рис.9. Большие печи в Римской империи: в синагоге античной Ости, 1-4 вв. н.э., в Помпее в пекарне.
Что касается отопления, то долгое время его роль играл именно такой большой кухонный очаг внутри дома. Но для храма Артемиды Эфесской в 350 г. до н.э. греки придумали систему центрального отопления: теплый воздух циркулировал по трубам, проложенным под полом. Именно это изобретение было перенято римлянами и широко распространено: их дома отапливались по этой системе, получившей название гипокауста (рис. 10).
Рис. 10. Гипокауст. Полы римских вилл и отчасти их стены имели систему каналов, в которые подавался горячий воздух из внешней печи. Такая же система использовалась в публичных банях.
Очень интересны мобильные керамические печи, которые появились у минойцев и потом были переняты греками. А также элемент жаровен, на которых жарилось мясо или рыба. Сохранилось несколько образцов, которые позволяют оценить оригинальность и красоту идей (рис. 11).
Рис. 11. Портативная терракотовая печь, раскопана в городе Акротири на Санторине и оцениваемая – несколько парадоксально - 2200-1700 гг. до н.э. (Дело в том, что Акротири был уничтожен взрывом вулкана в 1673 г. до н.э. и нижний уровень как раз и выглядит верным). Терракотоые подставки для жарки на шампурах над углями. Минойский дом – керамическая модель того же времени – позволяет оценить, в какую систему входила такая изящная бытовая техника.
Керамическая портативная печь выглядит соверщенством: удобная, легкая, с ровной поверхностью для горшков, с проймами для дверцы. Такие достижения не бывают случайны. Акротири был город технически необычно развитый: дома в в 2-4 этажа, на первых уровнях располагались торговые и хозяйственные помещения, а на других были жилые. Все жилые постройки были снабжены туалетами на каждом этаже, а канализационная сеть выводила отходы за городскую черту. Понятно, что печь в таком доме не была нужна постоянно, и ее сделали переносной.
На счастье, город хоть и погиб, но жители уцелели, бежали из него на кораблях, потому что не останков людей, ни кораблей найдено не было.
Факт тот, что портативная керамическая печь была перенята и греками (рис. 12), которые не удержались, и усовершенствовали и такое чудо.
Рис. 12. Портативная греческая печка: компактная, имеет две ручки для переноски и – важно- каналы в основании, (источник) И керамическое изображение женщины из Танагры, Беотия , пекущей хлеб в похожей печи. Terracotta figurine, early 5th century BC. From Tanagra Louvre Museum Department of Greek, Etruscan and Roman Antiquities, Sully, 1st floor, room 35, case 7
Обратим внимание на жаровню, используемую на симпозиумах (вечеринках) греков (рис 13).
Рис. 13. Жаровня внизу могла годиться для подогрева пищи.
Еще один вариант портативной печи был найден в Помпее (рис. 13). Вероятно, оболочка наверху предназначена для лучшего использования тепла.
Рис. 13 Вероятно, классическая керамическая портативная печь времен гибели Помпеи - неожиданно напоминающая внешне унитаз.
Ну, и стоит упомянуть о современных вариантах реконструкций греческих печей – автор утверждает, что он пользовался археологическими источниками по Древней Греции:
Рис. 14. Попытка реконструкции миленькой греческой печи-жаровни
Перебирая эти интересные изобретения, можно обратить внимание на поступательный ход инноваций: от первых находок к усовершенствованиям, которые позволяют имеющиеся возможности (на примере минойцев – замечательно развитое гончарное производство). Усовершенствования касаются разных сторон: эргономики, экономичности, специализации, требований чистоты.
Продолжение следует
(с)