Настоящее исследование базируется на анализе 193 образцов шлака, происходящих с 47 поселений эпохи поздней бронзы Подонья, Поволжья, Урала и Казахстана. Все образцы были исследованы с помощью микроскопа в отраженном свете и спектрального анализа. Часть вы¬борки изучалась с помощью химического и рентгенфлюоресцентного анализов, сканирующего электронного микроскопа.
Данная работа носит предварительный характер, поскольку исследование этих материалов будет продолжено. Кроме того, выборка будет дополнена материалами из Казахстана, Оренбуржья и Алтая.
Большая часть образцов (111) представлена тяжелыми бесформенными кусками плотного шлака. К этой группе близки 4 образца уплощенного бесформенного шлака и 24 образца более плоского шлака, так называемых шлаковых лепешек. Различие формы в данном случае вызвано разной вязкостью расплава и условиями формирования шлака. Другая группа (26 образцов) состоит из очень пористого легкого бесформенного шлака. Иногда в коллекции встречаются очень специфичные шлаковые лепешки с опускающимися вниз закраинами, захватывавшими слиток металла. Они сходны со шлаком синташтинской культуры. Единичные образцы представлены тонкими плотными и тяжелыми шлаковыми корками черного цвета (3), очень тонкими шлаковыми лепешками (3) и шлаком чашеобразной формы (1). Данная классификация достаточно условна, поскольку все образцы представлены фрагментами и часть образцов бесформенного шлака могла относиться, например, к шлаковым лепешкам. Вместе с тем сопоставление формы и вязкости расплава определенные тенденции все же выявляет.
Микроструктуры шлака указывают на следующее. Бесформенные шлаки, как правило, застывали довольно быстро. 21 образец — средняя скорость, 19 — медленная, 71 — высокая. Все образцы пористого легкого бесформенного шлака (за исключением двух) застыли тоже достаточно быстро. Шлаковые корки демонстрируют высокую или среднюю скорость остывания расплава. Шлаковые лепешки (включая шлак с закраинами) могут застывать с различной скоростью и демонстрируют различные микроструктуры. Однако наблюдается тенденция к тому, что застывали они все же медленнее. Наконец, тонкие шлаковые лепешки, уплощенный бесформенный шлак и образец чашеобразной формы застыли достаточно быстро. Таким образом, большинство шлаков поздней бронзы отличается более высокой скоростью остывания расплава, чем шлаки синташтинско — абашевского времени, исследованные ранее (Григорьев С. А., 2000).
Судя по остаткам металла в шлаке, бесформенные шлаки были не столь вязкими. 32 образца характеризуются высокой вязкостью, 13 — средней и 48 — низкой. При этом все образцы с низкой вязкостью отличаются и восстановительной атмосферой плавки. Прочие же демонстрируют либо окислительную атмосферу, либо ее признаки.
Легкие бесформенные шлаки, шлаковые корки и лепешки за редким исключением отличаются низкой вязкостью. А все образцы лепешек с закраинами отличаются низкой вязкостью.
Следовательно, во многих образцах выявленная тенденция более высокой скорости остывания расплава была связана не повышенной вязкостью, вызванной химическим составом, а причинами технологического характера. Отчасти это обусловлено и температурами, но этот фактор не был доминирующим. Шлаки, застывшие с высокой скоростью, чаще получены при сравнительно низких температурах (1100-1300 °С), хотя среди них довольно много образцов, полученных при более высокой температуре (1300-1400 °С и выше). Это различие носит не случайный, а явно технологический характер, поскольку последняя группа шлака представлена образцами межовской и федоровской культур, а также отдельными образцами срубной культуры. Микроструктура этого шлака позволила сделать вывод, что шлак был выпущен из печи. Шлаки же первой группы характерны, главным образом, для срубной культуры и некоторых андроновских памятников Зауралья и Казахстана. Иногда их характеризует окислительная атмосфера плавки. Шлаки, застывавшие медленно, чаще получены при более высоких температурах. Все они формировались непосредственно в печи. В этой группе несколько ниже (1200-1400 °С) температуры у ряда срубных шлаков, полученных при плавке руды из серпентинитов. Более высокотемпературные встречаются на срубных, покровских, сусканско-лебяжинских, редко федоровских памятниках. Однако на последних это не отражает наличия особой технологической схемы, поскольку может быть частью выпущенного шлака, оставшегося в печи. Шлаки, застывавшие со средней скоростью, демонстрируют температуры в пределах 1200-1300 °С, но есть и много высокотемпературных образцов. Однако это прослеживается лишь на уровне тенденции.
Большинство шлаков (127) получены в условиях восстановительной атмосферы, 28 — окислительной, 4 образца, имеющие зональную структуру, демонстрируют разную атмосферу на разных участках, 27 — среднюю, с признаками как окислительной, так и восстановительной атмосферы. Шлаки с признаками окислительной атмосферы демонстрируют более высокую вязкость и потери металла. Следовательно, эти параметры были связаны непосредственным образом.
Атмосфера же плавки была в основном связана с используемой рудой. Шлаки, демонстрирующие признаки восстановительной атмосферы, получены при плавке вторичных и первичных сульфидов, хотя определенная доля окисленных минералов тоже использовалась. Плавка окисленных минералов в большинстве случаев проходила в условиях окислительной атмосферы. Подобные шлаки обнаружены на памятниках лишь двух районов — Центрального Казахстана и Приуралья (район среднего течения Белой и Каргалинских рудников). Это объясняется, по-видимому, использованием сходных месторождений окисленных руд в медистых песчаниках.
В шлаках с зональной структурой использованы все типы минералов. Наконец, в шлаках с признаками как окислительной, так и восстановительной атмосферы зафиксированы вторичные сульфиды и окисленные минералы, с преобладанием первых.
Шлаки, полученные при плавке руды, происходящей из силикатных пород, могут демонстрировать признаки различной атмосферы плавки. Руда из основных пород (а это только памятники Приуралья) плавилась исключительно в условиях восстановительной атмосферы. При этом шлаки, полученные при плавке основных пород и серпентинитов, относятся по форме исключительно к шлаковым лепешкам, а шлаки силикатные — к бесформенным образцам. Это объясняется иной корреляцией. Шлаки из силикатных пород могут демонстрировать различную вязкость расплава, а из основных, за редким исключением, — низкую.
Все шлаки с низкой и средней скоростью остывания расплава демонстрируют относительно низкие потери металла. Шлаки с высокой скоростью остывания расплава могут заключать в себе как много, так и мало металла. Как мы видели, потери металла в большей степени зависели от атмосферы плавки и, соответственно, типа используемой руды.
Существуют две группы шлака, которые позволяют предполагать плавку руды в плавильных чашах и тиглях. Последняя группа шлака близка той, которая была исследована на памятниках ранней бронзы Центральных Кызылкумов (Григорьев С. А., 1996).
Таким образом, в настоящее время представляется возможным сделать следующие выводы. По сравнению с металлургией эпохи средней бронзы, в металлургии эпохи поздней бронзы начинает доминировать использование сульфидных руд, включая первичные сульфиды, такие как борнит и халькопирит. Это существенно расширило рудную базу, позволило увеличивать загрузку печей и создало условия для более эффективных плавок непосредственно в печи, поскольку способствовало созданию и поддержанию восстановительной атмосферы, уменьшению потерь металла в виде меди и куприта, росту достигаемых температур, что было связано, видимо, с экзотермальной реакцией горения серы. Последнее обстоятельство позволило перейти от плавки руд в ультраосновных породах к использованию более тугоплавких руд из силикатных пород. Преимущественное использование окисленных руд сохраняется лишь в Центральном Казахстане и в районе Каргалинских рудников Южного Приуралья.
Ведущим типом плавки была, по-видимому, плавка руды непосредственно в печи. Эта плавка может давать диаметрально противоположные микроструктуры шлака, что вызвано исходной рудной базой.
В ряде случаев (главным образом это касается федоровских и межовских памятников) можно предполагать более усовершенствованный тип плавки с выпуском шлака, распространяющийся в этот период и на Ближнем Востоке.
На срубных и покровских памятниках Южного Приуралья сохраняются традиции синташтинско-абашевской металлургии с использованием окисленной руды и вторичных сульфидов (ковеллин, халькозин), происходящих из основных и ультраосновных пород. Главным образом это относится к памятникам среднего течения Белой, связанными генетически с предшествующим синташтинско-абашевским культурным пластом.
Наконец, последним типом является тигельная плавка, которая реконструируется для по¬селения Юкалекулевское (межовская культура).