Історія видобутку міді
До виявлення (в другій половині ХХ ст.) найдавніших гірничо-металургійних центрів на території Малої Азії та Балкан (які сталися в другій половині ХХ ст.) питання пріоритету відкриття міді залишалося дискусійним. Видатні мислителі античності — Аристотель, Страбон, Пліній — вважали батьківщиною металів Південний Кавказ. Біблія, іномовно, описуючи прадавнє кавказьке плем'я, зазначає: «Зилла ж і та вродила Тубаль-Каїна, праотця всіх тих, що кують мідь та залізо» (Пер. Кн. Мойсея, 4:22). За гіпотезу первинності Кавказу стояли видатні археологи XIX і ХХ ст., зокрема Ф. Ленорман, К. Бер, Г. Чайлд та ін. Нині прибічниками цієї гіпотези залишаються тільки деякі вчені, що присвятили своє життя дослідженням Кавказу.
Найдавніші центри мідного промислу
Гіпотези моно- та поліцентризму освоєння міді
Історична географія освоєння першої міді розглядає дві гіпотези можливого розвитку подій. Згідно з теорією моноцентристів (Р. Форбес, Г. Морган та ін.), відкриття першого виробничого металу було здійснене в єдиному центрі, а в подальшому з цього центру йшла «дифузія» гірничо-металургійних знань територією усієї Євразії. Позиція поліцентристів (Т. Рікард та ін.) передбачає самозародження металургії в декількох великих центрах і поширення її на прилеглі до них території.
Артефакти найбільш давніх мідних виробів і руд (здебільшого малахіту), які датують другою половиною VIII тис. до н. е., були знайдені в Чайоню-Тепезі в південно-східній частині Малої Азії, а також поблизу давнього рудника Ергані Маден у верхів'ях р. Тигр. Таким чином можна вважати, що областю первісного гірничо-металургійного виробництва були райони Малої Азії, що прилягають з півночі й північного заходу до Месопотамії. Західна частина цього анклаву могла поширюватися на протомісто Чатал-Хююк, де археологами були виявлені мідні шлаки та дрібні вироби кінця VII тис. до н. е., а північна — сягати Вірменського нагір'я.
У Китаї розробку мідних родовищ, виплавку бронзи почали з II–ІІІ тис. до н. е., а в Перу тільки на початку I тис. до н. е.
Цікавою обставиною є значний хронологічний розрив між найбільш ранньою областю металургії й іншими гірничо-металургійними центрами, де освоєння металу починається на 1,5–2 тисячоліття пізніше. До цих регіонів належать Кавказ, гірські масиви Малої Азії, Балкани, де прослідковується єдність гірничо-металургійних традицій, а також окремі райони Близького і Середнього Сходу. Мідні артефакти датовані тут початком V тис. до н. е., причому дані про найдавніші мідні розробки і витопи свідчать, що способи видобутку й металургійного виробництва представлені в цих регіонах вже далеко не в первісних формах. Це посередньо підтверджує позицію моноцентристів, які пов'язують розробку нових родовищ з прибуттям племен, що вже володіли гірничими технологіями.
Історична географія та первинні технології освоєння бронзи
Характерною властивістю міді — є її відносна м'якість. Виробам з неї не вистачало твердості кам'яних знарядь й гостроти їх лез. Задля отримання більш міцного металу давні гірники шукали відповідні руди, в яких мідь сусідила б з іншими речовинами, що поліпшували властивості мідного сплаву (бронзи). Пізніше руди таких металів (арсену, стибію, срібла, олова) почали видобувати окремо для додавання в шихту мідної плавки як лігатури.
Час появи бронзи суттєво відрізняється для окремих територій і знаходиться у межах між початком IV тис. до н. е. (Кавказ, Мала Азія) та серединою II тис. до н. е. (Давній Китай). З кінця V тис. до н. е. на території Південного Кавказу починається освоєння арсенових, а тисячоліттям пізніше — стибієвих руд, сплави яких з міддю відкрили епоху нового матеріалу — бронзи. На Близькому Сході та у Середземномор'ї домінували більш якісні сплави міді з оловом (частка останнього становила від 5 до 15%). Олов'яна руда (каситерит) була відкрита на північному заході Піренейського півострова в першій половині III тис. до н. е. (за поширеною гіпотезою — експедиціями шукачів золота з Давнього Єгипту). У подальшому багаті родовища каситериту були знайдені в кількох регіонах Піренейського півострова (Астурія, Рибадео, басейни річок Міньйо, Тахо, Гвадалквівір). Ще одним потужним центром давнього видобутку олова стала територія сучасної південно-західної Англії (Корнуол).
Оскільки основні мідноносні провінції (Південний Кавказ, Мала та Середня Азія) були бідні на олово, то в пошуках цього матеріалу на територію Південної й Центральної Європи багаторазово вторгалися експедиції східних народів. Виявити олово їм не вдалося, але пощастило знайти багаті поклади міді на Балканах, в Карпатах і Альпах. Значно віддалені від основних мідних промислів родовища олова підпали під контроль тогочасних «повелителів морів» — фінікійців, які мали найкращий флот і вели міжнародну торгівлю металами. Гірничі пам’ятки та первинні технології освоєння міді й бронзи Здобутки гірничої археології (археометалургії) дозволили відновити частину давніх рудень і реконструювати технології гірничих робіт бронзової доби. Наведемо описи найбільш значних об'єктів.
Пам'ятки гірничої діяльності давніх народів Кавказу, що пов'язані з видобутком руд міді та легувальних металів (арсену, стибію) були, можливо, найчисленнішими в світі, але більшість їх була безповоротно втрачена при веденні видобутку в нові часи та в індустріальну епоху. Південний Кавказ вважали батьківщиною металів видатні мислителі античності — Аристотель, Страбон, Пліній, Ієзекіїл. Біблія, іномовно описуючи кавказький народ, констатує: «Тувалкаїн… (нащадок біблійного Каїна) був ковалем усіх знарядь з міді та заліза» (Буття, 4, 22). Цієї ж думки дотримувалися деякі видатні археологи XIX і ХХ ст. (зокрема, Ф. Ленорман, К. Бер, Г. Чайлд та ін.). Питання про пріоритет відкриття міді народами Кавказу залишається дискусійним, оскільки найдавніша мідь виявлена археологами дещо південніше (на сході Малої Азії), а найстарші рудники (з тих, що збереглися) були знайдені на Балканах. Проте, Південний Кавказ можна вважати піонером з виробництва арсенових бронз та освоєння технології витопу міді з первинних сірчистих руд.
Вважають, що центром гірничого промислу V–IV тис. до н. е. був Малий Кавказ з родовищами Кафанського рудного поля, а також Айкадзор, Сасимадан, Каджаран (Куро-Аракська культура). Розроблялися легкоплавкі окиснені мідні мінерали, але їх рудопрояви в молодих горах альпійського віку, до яких належить Кавказ, були суттєво обмежені (домінували первинні сірчисті агрегати). Найбільш давні гірничі виробки (здебільшого штольні) майже не збереглися.
П'ятим тисячоліттям до н. е. датують найбільш ранні кавказькі вироби з арсенових бронз. Основні мінерали арсену були достатньо рано помічені гірниками завдяки яскраво-червоному (реальгар) чи золотистому (аурипігмент) кольорам. Вони достатньо широко застосовувалися у ритуальних діях. Припускають, що ці мінерали могли додавати в шихту мідного плавлення з магічними закликами про допомогу духів вогню. Часто заклик «виявлявся почутим»: мідь, отримана таким чином, перевершувала за якістю звичайну. З часом було встановлено зв'язок між часткою лігатури (мінералів арсену) та властивостями мідного сплаву. Так 8% вмісту арсену (максимальний відсоток при спільній плавці з руд) забезпечував бронзі достатню ковкість, а міцність сплаву, за даними сучасних випробувань, сягала середнього рівня сталі. При цьому мідь отримувала підвищену стійкість до окиснення, а сплав — покращенні ливарні якості, зокрема зниження температури плавлення. Недоліком таких бронз були отруйні властивості арсену, які являли загрозу металургам, а в окремих випадках — користувачам виробів (що надавало перевагу більш пізнім олов'яним бронзам).
Не дивлячись на значний географічний обшир пошуків олова експедиціями гірників з Кавказу, віднайти його не вдалося. Для заміни олова в мідних сплавах велись випробування інших руд, які могли б забезпечити бронзі високу міцність. Вдалий склад лігатури був створений із суміші арсенових і стибієвих мінералів. Це підтверджують не тільки численні археологічні знахідки, але й античні хроніки. Так, у Псевдо Аристотеля в книзі «Про дивовижні випадки» зазначено: «Оповідають, що мосиникська мідь відрізняється надзвичайним блиском та білизною; до неї підмішували не олово, але особливий тип тамтешньої землі, яку плавили разом з міддю, тому давні вироби з тих місцевостей пречудові».
Як приклад давньої розробки стибієвих родовищ Кавказу розглянемо рудники Квардзахеті в районі Гірської Рачі (Західна Грузія), що збереглися з середини II тис. до н. е. Стибій представлений тут мінералом антимонітом. Потужність жил становила до 1 м (у місцях роздуття 1,5–2 м і більше), кут залягання — від 15° до 45°, міцність руди — від 30 до 70 МПа, а вмісних порід, що складалися з окременілих сланців, — від 60 до 110 МПа.
Розробку проводили в основному камерним способом. Спершу рудокопи заглиблювались в гірський масив невеликими похилими виробками довжиною до 20 м, які проводили по заляганню жили. Потім перпендикулярно розкривній проводили нарізну горизонтальну виробку шириною близько 1,5 м, яку розширювали в камеру. Для підтримання покрівлі залишали цілики руди. Стійкість камер забезпечували також завдяки раціональному співвідношенню їх довжини й широти, яке в середньому становило 1,5–1,7. Покрівлі камер надавали форму пологого склепіння.
Руйнування порід здійснювали за допомогою вогневого методу, який передбачав розведення великого вогнища у вибої виробки й високотемпературний нагрів порід, що призводило до їх розтріскування. Для підсилення ефекту руйнування порід за рахунок різкого перепаду температур розпечений вибій заливали водою. Це значно полегшувало подальше руйнування гірського масиву шляхом ударної дії діабазових молотів, чи вбиванням клинів у створені тріщини. Початкову обробку руди здійснювали у камерах на місці видобутку, де за допомогою діабазових ступ і валунів подрібнювали руду і відділяли пусту породу, якою заповнювали порожнини виробленого простору. Ці й подібні технології набули широкого розповсюдження в гірничих регіонах Кавказу.
На початку II тис. до н. е. родовища легкоплавких мідних руд Кавказу були майже вичерпані й виникла необхідність освоєння первинних сірчистих (сульфідних) руд. Інтенсивні процеси ерозії в гірських масивах й розробка вторинних окиснених руд часто розкривали поклади первинних мінералів міді — халькопіриту, борніту, халькозину. Хоча зв'язок цих мінералів з міддю був давно зрозумілим для давніх рудознавців, але розкрити секрети витопу міді із сірчистих (сульфідних) сполук не вдавалося протягом тривалого часу, хоча від вирішення цієї технологічної проблеми залежала сама можливість існування численних гірничо-металургійних спільнот Кавказу. У XVIII–XVII ст. до н. е. місцевими гірниками були закладені підвалини металургії сульфідних мінералів.
Розроблена технологія витопу міді складалася з кількох взаємопов'язаних етапів. Першим кроком було більш якісне збагачення руд (з використанням водного процесу). Наступним етапом було попереднє випалювання сірчистої мідної руди, що призводило до розтріскування рудної маси, видалення надлишкової сірки та часткового зшлаковування кремнеземних сполук. Таке випалювання проводили в кучугурах чи спеціальних кам'яних спорудах в основі яких закладали шар дров. Після попереднього випалювання руду плавили, з якого отримували проміжний продукт — штейн (сплав сульфідів міді з залізом). Цей матеріал підлягав новому випаленню й наступному плавленню, що могло повторюватися кілька разів до потрібного зшлаковування й звітрювання шкідливих домішок. Така складна технологія стала ще одним фактором поглиблення спеціалізації металургів і відокремлення їх від гірників. Цілком природно, що розробка первинних мідних руд і витопи з них металу застосовувались тільки там, де легкоплавкі окисненні руди були вже відпрацьовані (з середини II тис. до н. е. ці технології використовували не тільки на Кавказі, але в альпійських і кіпрських рудниках).