Новий центр стародавнього екстенсивного залізодобування в центральній Україні

С.В.Паньков, Д.П.Недопако

Публікуються результати польових та лабораторних досліджень центра залізодобувного виробництва екстенсивного типу, виявленого поблизу с. Підвисоке Кіровоградської області. Реконструюються металургійні горна та визначається їх продуктивність.

Серед різноманітних пам’яток стародавнього залізодобувного виробництва, зокрема, латенського та римського часів, особливу увагу привертають залишки так званого екстенсивного залізодобування, із яких найбільш знаними є Новоклинівський та Свентокшиський центри. В наш час, завдяки цілеспрямованій пошуковій роботі, на терені європейської частини континенту було виявлено ще декілька подібних центрів, наявність яких свідчить про найважливішу роль екстенсивного залізодобування в розвитку стародавньої чорної металургії загалом, та продуктивних сил населення Європи відповідного часу, зокрема. Серед них можна згадати такі центри, як Сноруп у південній Ютландії [Voss 1991], Лешно в західній Польщі [Mamzer 1984], Паметице в західній Моравії [Haшek, Horak, Ludikovsky, Souchopova 1977], Уманський та Житомирський в Україні [Паньков 1982].

[Сутність екстенсивного типу металургії заліза, вдале визначення якого було подане Р. Плейнером, полягала в тому, що металургійне горно, яке складалося з невисокої надземної шахти та поглибленого до грунту котловану-шлакозбирача, використовувалося лише один раз. Після закінчення процесу відновлення шлаки, що заповнювали котлован, застигали і утворювали так звані шлакові “козли” або чушки і робили подальше використання горна неможливим. Для отримання наступної кількості заліза поруч із старим влаштовували нове горно і, таким чином, виникали ділянки місцевості (які отримали назву “робочих майданчиків”), зайняті більш-менш щільно розташованими горнами із застиглими шлаковими конгломератами – “козлами” [Pleiner 1976]]

Датування залізодобувних осередків такого типу, як за культурною належністю, так і методами радіовуглецевого аналізу, загалом визначається межами останньої чверті І тис. до н. е. – першої половини І тис. н. е., хоча є свідчення, що зокрема, в південній Ютландії, вони діяли і у VІ-VІІ ст. [Паньков 1992].

Масштаби виробництва заліза на цих центрах були настільки значними, а продуктивність окремих горен настільки великою, що це надало можливість поставити і позитивно вирішити питання про організацію товарного виробництва металу, що, у свою чергу, відкрило нові можливості в дослідженнях, пов’язаних з вивченням розвитку соціально-економічних відносин, торгово-обмінних і навіть культурних зв’язків на території стародавньої Європи [Паньков 1992а]. З іншого боку, не дивлячись на те, що польові і лабораторні дослідження центрів екстенсивного залізодобування проводилися і проводяться достатньо широко, все ж таки залишається багато нез’ясованих питань, які відносяться як до техніки залізодобування, заснованої на використанні цього типу горен, так і умов виникнення і діяльності осередків екстенсивної металургії заліза. Отже, кожне нове відкриття таких центрів є корисним як для висвітлення проблем соціально-економічного розвитку племен, що їх залишили, так і розвитку техніки стародавнього залізодобування.

Як вже згадувалося, на території сучасної України до недавнього часу було відомо три центри екстенсивної чорної металургії – Новоклинівський, залишений представниками групи латенських племен українського Закарпаття і датований останньою чвертю І тис. до н.е. [Бідзіля 1970], Житомирський [Бідзіля 1964] та Уманський [Паньков 1982; Паньков, Недопако 1991], залишені племенами пізньозарубинецького часу і датовані першою чвертю І тис. н. е.

У 1991 р. співробітниками Історико-технічної експедиції Інституту археології НАН України здійснювався пошук і розкопки пам’яток стародавньої чорної металургії поблизу с. Підвисоке Новоархангельського району Кіровоградської області. Необхідно відзначити, що ще у 1988 р. у цьому районі ми провели розвідку, внаслідок якої було встановлено, що залишки металургійного виробництва розташовуються приблизно у 2-1.5 км на захід від околиці с. Підвисоке, в лісі, на лівому похилому березі штучного ставка, практично біля самої води [дані про існування тут залишків стародавнього залізодобування були люб’язно надані нам співробітником ІЗМІР’у О.К. Станюковичем, який виявив їх внаслідок геофізичної зйомки]. В той час тут було закладено два шурфи на відстані близько 10 м один від одного. Внаслідок шурфування були виявлені декілька шлакових конгломератів, що заповнювали заглиблені до грунту котловани-шлакозбирачі металургійних горен.

У 1991 р. розкоп № 1 було закладено на місці розташування шурфу № 2 (1988) на відстані близько 2 км на північний захід від південно-східної околиці с. Підвисоке, на лівому похилому березі штучного ставка (третього у ланцюгу ставків, що беруть свій початок на східній околиці села) влаштованого за допомогою дамби, на лісовій дорозі, призначеній для вивезення лісу.

Розкоп № І (1991) мав розміри 9×3.5 м і був орієнтований за віссю ПЗ-ПС. Його розміри та орієнтація пояснюються тим, що розкопки проводилися в лісі (т. зв. “Зелена Брама”), що природно, обмежувало наші можливості.

Стратиграфія розкопу наступна: шар чорнозему фіксувався до глибини 0.80-0.85 м від сучасної поверхні, передматериковий шар – від 0.85 до 1.0 м від СП, материк виявлено на глибині 1 м від СП. Залишки металургії заліза – шматочки обпаленої до темно-сірого кольору глини, деревного вугілля, залізного шлаку почали зустрічатися вже на другому штику. В міру того, як розкоп поглиблювався, кількість залишків металургійного виробництва зростала, зустрічалися великі шматки залізного шлаку, які походили від руйнування кореневою системою дерев верхніх частин шлакових конгломератів, а на глибині 0.70-0.80 м від сучасної поверхні було виявлено 32 металургійних горна, що визначалися кількістю шлакових конгломератів циліндричної форми, які заповнювали котловани-шлакозбирачі (рис. 1). Ці горна, як показала досліджена ділянка площею 31.5 м2, були ідентичної, за виключенням незначних розбіжностей у параметрах, конструкції, для відновлення якої слід звернути увагу на наступні елементи [Паньков, Недопако 1991а] :

– Шлакові конгломерати з “бортиками”, що виступають на декілька сантиметрів.

– Сіроглиняна обмазка, яка фіксується на зовнішній поверхні шлакових конгломератів.

– Частини наземних шахт горен, зроблені з глини з великою домішкою піску, що мають вигляд дещо відігнутих назовні вінців горщиків.

Ці елементи дозволяють зробити висновок, що металургійне горно, яке використовувалося на дослідженому “робочому майданчику” в реконструйованому вигляді складалося з двох основних частин: заглибленого до грунту на 0.50 м котлована-шлакозбирача із середнім діаметром 0.36-0.40 м, вимащеного по стінках глиною, та невисокої до 0.20-0.30 м надземної шахти-колошника, через яку проводилося завантаження шихтою. Верхня частина цієї шахти була зроблена у вигляді дещо відігнутих назовні вінців горщика, а “бортики” на шлакових циліндрах утворювалися внаслідок того, що діаметр надземної шахти був дещо більшим за діаметр верхньої частини котлована-шлакозбирача. Основний робочий об’єм горна, який досягав 0.30 м3, містився в котловані, де і відбувався процес відновлення заліза (рис. 2-3).

Рис. 2. Перетин робочого майданчика поблизу с.Підвисоке. а – залізний шлак; б – чорнозем; в – передматериковий шар; г – материк	Рис. 3. Східний кінець робочого майданчика

На жаль, під час розкопок “робочого майданчика” в районі с. Підвисоке, нам не вдалося простежити систему дуття, що здійснювалося до цих горен. Але, за аналогією із залишками такого ж типу металодобувного виробництва в околицях м. Умань Черкаської області, можна припустити, що і цьому випадку дуття здійснювалося послідовно – через пробитий під нахилом канал, що виходив до основи котлована, а після того, як цей канал блокувався розтопленими шлаками – через керамічне сопло, що вмонтовувалося до стінки надземної шахти (рис. 4-5).

Виходячи з робочого об’єму горна (0.30 м3) ми маємо можливість встановити його продуктивність. Вона була досить значною – близько 20 кг заліза за одну плавку [докладно методику визначення продуктивності стародавніх сиродутних горен див. [Недопако, Паньков 1982]]. А якщо врахувати, що у горнах цього типу і могла бути проведена лише одна плавка, то ми з достатньою імовірністю визначимо загальну кількість металу виробленого 32 горнами у 640 кг, що вимагало (якщо врахувати 20-25% вихід відновленого заліза з руди під час сиродутного процесу) перероблення 2560-3200 кг збагаченої руди та, приблизно, такої ж кількості деревного вугілля.

Певну допомогу у відтворенні процесу отримання заліза в горнах, що експлуатувалися на “робочому майданчику” поблизу с. Підвисоке, можна отримати, аналізуючи фізико-хімічний склад шлаків із шлакових конгломератів, визначаючи їхню температуру плавлення та порівнюючи одержані результати з даними, які походить від досліджень шлаків з аналогічних центрів, зокрема, Уманського, Новоклинівського, Житомирського та таких, які датуються більш ранньою (пізньобронзовою), та більш пізньою (давньоруською) добою.

Враховуючи можливість значної нерівномірності хімічного складу в межах одного шлакового конгломерату вище зазначених центрів чорної металургії рубежу – першої чверті І тис. н. е., проби для аналізу відбиралися в його різних місцях. Після подрібнення шматків шлаків з однієї “чушки” порошок змішувався, що усереднювало хімічний його склад. Одержані зразки піддавалися хімічному аналізу на вміст таких компонентів, як SiO₂, Fe загальне, Al₂O₃, MnO, CaO, P₂O₅ [Аналіз проводився в лабораторії хімічного аналізу Інституту електрозварювання НАНУ, за що автори щиро вдячні колективу лабораторії].

У таблиці № 1 наведено результати цього аналізу, а також дані про хімічний склад давніх залізних шлаків з різних джерел та їх температуру плавлення. Для порівняння наведено також хімічний склад і фізичні властивості сучасного шлаку (див. табл. № 1).

Виходячи з цих даних, передусім можна відзначити великий вміст заліза загального в шлаках з пам’яток рубежу нашої ери, що є характерним для шлаку стародавнього (сиродутного) металургійного процесу. Цей показник знаходиться на рівні 50%. Аналогічного рівня він сягає і у шлаках давньоруського періоду.

Порівняно з давньоруськими шлаками, у шлаках рубежу н. е. і, зокрема, того, що походить із с. Підвисоке, відзначається підвищений вміст окису кремнію (у 1.5-2 рази). Цей факт пояснюється тим, що у давньоруський час руду для відновлювального процесу готували більш старанно, піддаючи її ретельній промивці та обпалу. Ще більший вміст кремнезему простежується в шлаках ранньозрубного часу. Отже, вміст кремнезему зменшується по мірі вдосконалення процесу відновлення заліза сиродутним способом – від 32% для ранньозрубного часу до 10-15% (у середньому) – для давньоруського.

Вміст глинозему (Al₂O₃) в шлаках з пам’яток рубежу н. е. коливається в межах 5.26-21.9%. Цей показник майже на порядок вищий за вміст глинозему в давньоруських шлаках. Оскільки глинозем є так званою “пустою породою”, низький його вміст у другому випадку також пояснюється ретельною підготовкою шихти.

Наявність у шлаках окису марганцю обумовлене його присутністю в рудах. Серед порівнюваних даних про хімічний склад залізних шлаків найбільший вміст окису марганцю спостерігається у зразках з Уманського та Підвисоцького залізодобувних центрів та у зразку зрубного часу. В двох останніх випадках наявність у шлаках цього елементу можна пояснити відносною близькістю цих пунктів до родовища марганцевих руд поблизу м. Нікополя. Можливо, тут використовували руди, які утворювалися у периферійних зонах марганцевих родовищ.

Наявність значної кількості марганцю в уманському зразку також зумовлена хімічним складом руди. Залізисті кварцити, що використовувалися металургами Уманського центру, очевидно, мають підвищений вміст марганцю. На жаль, даних про хімічний склад залізистих кварцитів в літературі ми не знайшли, але можна використати дані про хімічний склад руди Курської магнітної аномалії після агломерації. В ній вміст оксиду марганцю становить 0.19%, тоді як у агломераційних рудах Кривбасу він становить 0.02-0.05%.

Таким чином, враховуючи сучасні методи агломерації, можна припустити, що у вихідних рудах, які використовувалися “уманськими” металургами знаходилися значно вищі концентрації окису марганцю.

У шлаках Уманського центру, на відміну від Підвисоцького, відзначається дещо підвищений вміст окису кальцію, причиною чого було інтенсивне використання в металургійному процесі флюсів і, зокрема, вапна (яма з вапном була виявлена поряд з горнами однієї з ділянок “робочого майданчика” № 1 пункту Умань ІІ Уманського центра). Значно вищий вміст окису кальцію в давньоруських шлаках також пояснюється активним використанням давньоруськими металургами різноманітних флюсів (табл. № 1, пп. 5-8).

Однією з важливих характеристик шлаків є температура їх плавлення. Завдяки тому, що шлаки – це багатокомпонентні системи, перехід з твердого стану до рідкого в них нечіткий. Тому застосування звичайного термічного методу з побудовою кривих “час – температура” в цьому випадку неможливе. Певні труднощі виникають і при визначенні температури плавлення стародавніх шлаків за допомогою потрійних діаграм. Тому найкращим методом визначення температури плавлення шлаків є експериментальне їх розплавлення і визначення переходу в рідкий стан за допомогою оптичного методу.

Табл. 1. Хімічний склад та температура плавлення шлаків

Визначення температури плавлення шлаків з чотирьох пунктів металургії останньої чверті І тис. до н.е. – першої чверті І тис. н. е. (Підвисоцького, Уманського, Новоклинівського та Житомирського) проводилося в лабораторії Інституту електрозварювання НАНУ. Фіксувалася температура початку розм’якшення шлаків та температура переходу до гомогенного стану (повне розплавлення). Одержані результати наведені в табл. № 1. Перша цифра вказує температуру початку розм’якшення, друга – температуру гомогенізації. Як видно з таблиці, найбільший інтервал переходу до розплавлення (розплавленого стану) у шлаків Житомирського центру. Він становить 130°С. Найменший інтервал у шлаків з Умані – 10°С. Шлаки з металургійних центрів поблизу с. Підвисоке та Новоклинове мають інтервали, відповідно, 20 та 30°С. Отже, з чотирьох аналізів тільки шлаки з Житомирського центру мають значний інтервал температур переходу в рідкий стан і найвищу температуру плавлення – 1150°С. Таке явище пояснюється особливостями хімічного складу шлаку, який вирізняється підвищеним вмістом фосфору та низьким вмістом окису алюмінію.

Таким чином, проведені дослідження фізичних властивостей шлаків, що походять із стародавніх центрів залізодобування і, зокрема, “робочого майданчику”, зафіксованого поблизу с. Підвисоке Кіровоградської області, показали, що їх плавлення відбувається при температурах 1140-1150°С, а хімічний склад відбиває особливості стародавнього металургійного процесу та відмінності у складі шихти.

Отже, в районі с. Підвисоке Новоархангельського р-ну Кіровоградської області нами безсумнівно був відкритий ще один осередок екстенсивного залізодобування, який датується передчерняхівським, пізньозарубинецьким часом. Разом з іншими, особливістю металургії цього типу є те, що вона здійснювалася на віддалені від місць постійного побутування металургів-ремісників. До того ж, значні витрати праці на отримання заліза екстенсивним методом (зокрема, підготування 2.5-3 тонн збагаченої руди вимагало заготівлі 5-6 тонн “сирої” руди та відповідної кількості деревного вугілля – до 25 тонн сирої деревини [при збагаченні руда втрачає близько 50% своєї ваги, а вихід деревного вугілля з сирої деревини становить близько 12 %]), свідчать про те, що металургійною справою повинно було займатися практично усе доросле чоловіче населення того або іншого поселення і ця справа забезпечувала існування їм та їх родинам. Звідси повстає питання про пошуки місць постійного помешкання металургів-ремісників та ринків збуту їх продукції. У деяких випадках такі поселення були знайдені. Зокрема, Новоклинівський центр пов’язується з поселенням Галіш-Ловачка – потужним металообробним центром латенських племен Закарпаття останньої чверті І тис. до н.е. [Бідзіля 1964], залишки металургії заліза екстенсивного типу в районі м. Умань ми пропонуємо пов’язувати з ковальсько-металургійним центром поблизу с. Синиця, що розташовувалося неподалік від міста [Паньков 1982; Паньков, Недопако 1991].

Можливо, що таким поселенням, де постійно мешкали металурги, які залишили “робочий майданчик” поблизу с. Підвисоке, було поселення, що знаходилося неподалік від околиці села на правому високому березі ставка – першого в ланцюгу штучних водоймищ. На жаль, поверхня ділянки місцевості, де це поселення розташовувалося, на час обстеження не була розорана і тому обмежити територію розкидання археологічного матеріалу було важко. Та й самого цього матеріалу (кераміки) було зібрано небагато. Він поданий уламками, головним чином, стінками ліпних сосудів, які за своєю морфологією збігаються з тими, що були виявлені в культурному шарі “робочого майданчика”. Серед цих фрагментів знаходилися одне вінце та уламок денця, а також стінка античної амфори. Фрагменти вінця та денця дозволяють припускати, що в керамічному комплексі цього поселення були присутні, зокрема, плоскодонні горщики з прямими вінцями. Такі горщики наявні і у керамічному комплексі племен пізньозарубинецького часу. Їх фрагменти були знайдені і на Уманському центрі чорної металургії і на поселенні поблизу с. Синиця (рис. 4).

Рис. 4. План розташування археологічних пам’яток поблизу с.Підвисоке. а – поселення передчерняхівського часу; б – робочий майданчик залізодобувного центру	Рис. 5. Шлакові конгломерати одноразових горен

Подальші польові роботи в районі с. Підвисоке повинні, на наш погляд, надати нові дані, які свідчать про розвиток і масштаби залізодобування в цьому регіоні в давнину і дозволять більш точно визначити культурну належність пам’ятки. Дослідження її є важливим з точки зору вивчення не лише техніки і технології стародавнього залізодобування, але й шляхів розповсюдження екстенсивного типу чорної металургії на території стародавньої Європи, розвитку продуктивних сил місцевого населення, його економічних і навіть культурних зв’язків.

Література

Бідзіля В.І. З історії чорної металургії Карпатського узгір’я рубежу нашої ери // Археологія.- 1970.- № 24.- С. 32-48.

Бідзіля В.І. Поселення Галіш-Ловачка // Археологія.- 1964.- № 17.- С. 92-143.

Бидзиля В.И., Вознесенская Г.А., Недопако Д.П., Паньков С.В. История черной металлургии и металлообработки на территории УССР (III в. до н.э.- III в. н.э.)- Киев, 1983.

Колчин Б.А. Черная металлургия и металлообработка в Древней Руси // МИА.- 1953.- Вып. 32.

Колчин Б.А., Круг О.Ю. Физическое моделирование сыродутного процесса производства железа // Археология и естественные науки.- М., 1965.

Недопако Д.П., Паньков С.В. О масштабах производства железа на Лютежском центре черной металлургии первой четверти І тысячелетия н.э. // Новые методы археологических исследований.- Киев : Наук. думка.- 1982.- С. 193-205.

Паньков С.В. Металлургия железа племен Восточной Волыни (Житомирщины) рубежа и первой половины І тыс. н. э. // СА.- 1992.- № 1.- С. 192-197.

Паньков С.В. О развитии черной металлургии на территории Украины в конце І тыс. до н.э.- первой половине І тыс. н.э. // СА.- 1982.- № 4.- С. 201-213.

Паньков С.В. Про організацію виробництва заліза у племен лісостепової зони Східної Європи першої половини І тис. н.е. // Стародавнє виробництво на території України.-Київ, 1992а.-С.116-128.

Паньков С.В., Недопако Д.П. Отчет о работе Историко-технической экспедиции в 1990 г. // НА ІА НАН України.- Київ, 1991.- 17 с.

Паньков С.В., Недопако Д.П. Отчет о работе Историко-технической экспедиции в 1991 году.// НА ІА НАН України.- 1991/33.- 23 с.

Hasek V., Horak T., Ludikovsky K., Souchopova V. Komlexni arheologicky vyzkum hunickeho strediska v Sudicich // Geologicky pruzkum.- 1977.- 19.- S. 296-300.

Mamzer H. Bloomery site of La Tene and Early Romano-Barbarian periods at Psary. Poland // Archaeologicke rozhledy.- 1984.- XXXVI.- S. 682-683.

Pleiner R. Extensive Eisenverhuttungsgebiete im freien Germanien // Symposium ausklang der Latenezivilisation und Anfange der germanishen Besiedlung im mittleren Donaugebiet.- Bratislava, 1976.

Voss O. Jernproduktionen i Danmark i perioden O – 550 e. kr. // Jysk Arkćpologisk Selskabs Skrifter.- 1991.- XXVII.- S. 171-184.

Надійшло до редакції 9.09.1999 р.

Джерело : Археометрія та охорона історико-культурної спадщини, 2000 р., вип. 4, с. 120 – 126.