Мельница |
Говоря о высоких достижениях античной цивилизации, обычно в первую очередь вспоминают что-нибудь гуманитарное: право, философию, искусство. Затем, наверное, архитектуру. Меньше пишут про инженерные достижения, хотя они тоже весьма велики: в некотором роде, Древний Рим вплотную приблизился к индустриальной революции, подойдя к уровню, которого позднее европейская цивилизация достигла лишь в Новое время, веке в XVIII-м. В этом материале речь пойдёт лишь об одном аспекта античной инженерии — укрощении энергии воды.
① «Лить воду на мельницу»
Кадр из фильма «Хороший, плохой, злой» |
В аналогичной конструкции, известной нам под арабским названием «нория», для подъёма воды использовалась её же, воды, энергия. Колесо вращается водой и при этом поднимает воду: гениально же. Функционирующие средневековые нории можно сейчас увидеть в Сирии, вдоль реки Оронт в городе Хама, хотя они, конечно, скорее играют роль исторической диковинки.
Средневековые нории на реке Эль-Аси в Хаме (Сирия) |
Модель водяной мельницы, описанной Витрувием |
Считалось, что несмотря на древнее происхождение, мельницы с водяными колёсами получили распространение только в средневековье. Однако, судя по всему, это не более чем следствие неполноты нашего знания.
Первое чёткое описание водяной мельницы дал тот же Витрувий. Греческий поэт Антипатр Фессалоникийский в начале I века н.э. воспел водяную мельницу в стихотворении:
Дайте рукам отдохнуть, мукомолки; спокойно дремлите,
Хоть бы про близкий рассвет громко петух голосил:
Нимфам пучины речной ваш труд поручила Деметра;
Как зарезвились они, обод крутя колеса! Видите?
Ось завертелась, а оси крученые спицы
С рокотом движут глухим тяжесть двух пар жерновов.
Снова нам век наступил золотой: без труда и усилий
Начали снова вкушать дар мы Деметры святой.
Такой вот античный вариант песенки из фильма «Приключения Электроника»:
«Вкалывают роботы — счастлив человек».
Сейчас археологам известны находки десятков, если не сотен античных водяных мельниц. Правда, в большинстве случаев деревянные части не сохранились, но есть и исключения. Например, древнейшая мельница в Chaplix (Швейцария), которую удалось датировать дендрохронологически (по балкам) 57—58 годом н.э. Мельница в Dasing (Бавария) датирована также дендрохронологически 103—112 г н. э. Но лучше всего сохранилась водяная мельница, функционировавшая в 232—260 гг н.э. в местечке Cham-Hagendorn в швейцарском кантоне Цуг, причем нашли её ещё в 1944 году, случайно, во время работ по освоению пахотных земель. Благодаря влажной почве, до наших дней дошли деревянные части трёх водяных колес. В 2003—2004 гг. проводились новые раскопки, в результате появился ряд дополнительных находок. Кроме собственно колёс, нашли части деревянных зданий, сваи, черепицу с крыши, деревянные «подшипники», жёлоб для подачи воды и куски шести жерновов. Найденные части водяного колеса — спицы, лопатки, ступица, фрагменты обода и деревянных шестерней — позволили реконструировать колесо диаметром около 240 см с 27 лопатками. Сейчас полноразмерная реконструкция этого водяного колеса размещена на реке Лорце, недалеко от места находок.
Сами колёса и многие другие части, сделанные из дерева, давно истлели, остались только бассейны, а в их стенках — отверстия для колёсных осей. Но за годы работы части мельниц, контактировавшие с водой из карстовых источников, покрылись толстой коркой карбонатных отложений. Сами детали утрачены, но карбонатные корки несут на себе отпечатки поверхностей, с которыми соприкасались. При раскопках в середине прошлого века 142 фрагмента таких корок были собраны и с тех пор хранились в местном археологическом музее. Карбонатная корка, нарастая, образует последовательность по-разному окрашенных слоёв. Получается «микростратиграфия»: фактически, в этих прослойках записана история мельниц. Сравнивая последовательности слоёв на «спилах» разных фрагментов, учёные реконструировали хронологию работы мельниц, особенности их конструкции, материал, из которого были изготовлены желоба и элементы колёс (в основном сосна).
Комплекс в Барбегале. а) Фото остатков мельничного комплекса в 1996 году; b) новая реконструкция мельничного комплекса; с) линия из 8 мельниц (вид сбоку) и отдельное водяное колесо. |
Простите, но вы не показали, с чем вы сравниваете! Реконструкторские эксперименты и сопоставление результатов ручного и механического пиления (в разных режимах, разными приспособлениями) были бы очень кстати. Надеюсь, что такие данные скоро последуют. О механических пилах мы подробнее поговорим ниже, во 2-й части статьи.
Фрагмент корки,
образовавшийся на двух стыкующихся досках.
|
Раскопки комплекса мельниц Яникул, Рим.
|
Константинополь,
Большой императорский дворец,
|
② Не хлебом единым
Есть свидетельства применения больших механических молотов для ковки. Сообщается о металлической голове такого молота с признаками деформации, обнаруженной в Икхаме (Кент, Англия), в том же месте, где найдены остатки водяных колёс и отходы от металлургического производства IV века. Правда, подробностей мне найти не удалось.
Однако вершина античной механизации, по мнению историка Эндрю Уилсона — организация работы на серебряных и золотых рудниках. По его словам, римляне механизировали почти все стадии процесса разведки, добычи и первичной обработки руды. Это особенно ярко проявилось на рудниках Пиренейского полуострова, где археологи нашли следы самых крупномасштабных инженерных работ, когда-либо проводившихся до европейской промышленной революции.
Во-первых, речь о добыче руды с использованием силы воды, ускоряющей процессы эрозии. Масштабный размыв породы проводился путём резкого высвобождения воды, накопленной в большом резервуаре, находившемся над карьером. Таким образом вскрывались и удалялись напластования до 50 м в толщину, например, в Puerto del Palo в Испании. Здесь вода падала из танков, размещенных на высоте до 200 м, смывая всё на своём пути.
Плиний писал, что в процессе добычи золота в Испании вода переносила огромные валуны. Таким образом обнажались металлоносные пласты, которые затем перебирались вручную или путём дальнейшей промывки, которая тоже была хитро организована. Вода, переносящая рудоносную породу, проходила через систему ступенчатых промывальных столов, так что более тяжелые, богатые металлом частицы оставались, тогда как менее богатые металлом смывались вниз по столам в соответствии с их плотностью. Этот метод особенно хорошо подходил для добычи золота, где самородки и частицы в процессе промывки легко отделялись от пустой породы.
В Лас-Медулас-де-лас-Оманас на северо-западе Испании результаты крупномасштабного размыва грунта видны до сих пор в виде веерообразной системы каналов, оставшейся после этих работ.
Константинополь,
Большой императорский дворец,
|
Наковальни для дробления
руды из Португалии и Испании.
|
А вот и самое интересное: дробилки, т.е. устройства, измельчающие руду до сыпучего состояния. Во многих римских рудниках найдены большие каменные наковальни, имеющие по нескольку (чаще всего по четыре) одинаковых параллельных углублений, оставленных, по-видимому, повторяющимися ударами молотов в определённые точки. У некоторых наковален такие углубления находятся на разных поверхностях: по мере изнашивания наковальню поворачивали на бок и использовали снова.
Эндрю Уилсон утверждает, что при ручной работе не получились бы такие правильные углубления, поскольку удары, наносимые человеком, не могут приходиться всё время в одно и то же место, к тому же размер и глубина выемок говорят об очень большом весе молота. Вероятно, здесь использовался некий механизм, скорее всего, с гидравлическим приводом (оговоримся, конечно, что прямых доказательств этому нет).
На золотом прииске Долавкоти в Уэльсе находится наковальня такого типа, прозванная Carreg Pumsaint (камень пяти святых). Этот примечательный памятник снабжён легендой: якобы пять странствующих святых уперлись в камень руками и застыли на месте. Мерлин освободил их, но отпечатки остались в камне. На камне, правда, всего четыре углубления. Сама наковальня находится рядом с ямой для водяного колеса, на возвышении, на котором, вероятно, находился дробильный механизм, поскольку поблизости найдено большое количество отходов от дробления руды, датированных II веком.
Установка для
дробления руды.
|
Средневековая
дробилка руды.
|
Итак, в золотых и серебряных рудниках Рима мы видим развитую технологию, использовавшуюся в поистине индустриальных масштабах. Вероятно, и объём добытой руды был внушительным, но как его оценить? По размерам выработанной породы в рудниках? Вероятно. Однако не менее ценные данные дают ледяные керны Гренландии. Каждый год выпадавший снег образовывал ледяную прослойку в гренландском ледяном щите, так что в слоях льда отражён состав атмосферы за каждый год, в то числе её загрязнение.
Содержание примесей в слоях кернов, относящихся к первым векам нашей эры, говорит о массивной добыче свинца, серебра и меди, не имеющей параллелей вплоть до индустриальной революции последних нескольких столетий. Причем судя по изотопному составу, порядка 70% антропогенного свинцового загрязнения связано с его выплавкой на юго-западе Испании. Использование гидравлических технологий в римской горнодобывающей промышленности первого и второго веков нашей эры оставалось непревзойдённым до девятнадцатого века.
Где же помещалось зубчатое колесо, передающее вращение на жернов? Наконец, странно, что пол этого углубления вымощен плитками, чего никогда не делали на других водяных мельницах, а плитки, при всей их прочности, разбиты в результате многократных ударов. Учитывая, что все это располагалось на территории дубильного производства, Брюн реконструировал устройство, очень похожее на дробилки для руды, описанные выше, но использовавшееся для измельчения древесной коры. Несколько пестиков поднимались кулачковым валом и затем падали вниз, на наковальню или в ступку.
Известняковая
опора для вала водяного колеса,
|
Пол в углублении
для предполагаемого механизма водяной мельницы,
|
Реконструкция
механизма для измельчения древесной коры,
|
- Andrew Wilson. Machines, Power and the Ancient Economy // The Journal of Roman Studies, Vol. 92 (2002), pp. 1—32 http://www.jstor.org/stable/3184857
- Tullia Ritti, Klaus Grewe and Paul Kessener. A relief of a water-powered stone saw mill on a sarcophagus at Hierapolis and its implications // Journal of Roman Archaeology, Volume 20, 2007, pp. 139—163 DOI: https://doi.org/10.1017/S1047759400005341
- Sophia Germanidou. Watermills in Byzantine Textual Tradition (4th — 12th centuries) // https://www.ceeol.com/search/article-detail?id=538241
- Andrew Wilson. Roman Water-Power. Chronological Trends and Geographical Spread. In: Capital, Investment, and Innovation in the Roman World. Edited by: Paul Erdkamp, Koenraad Verboven, and Arjan Zuiderhoek, Oxford University Press (2020). © Oxford University Press. DOI: 10.1093/oso/9780198841845.003.0005
- Gül Sürmelihindi,Cees W. Passchier, Philippe Leveau, Christoph Spötl, Marcel Bourgeois, Vincent Bernard. Barbegal: carbonate imprints give a voice to the first industrial complex of Europe // Journal of Archaeological Science: Reports April 2019 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352409X18307405
- Caty Schucany und Ines Winet. SCHMIEDE-HEILIGTUM-WASSERMÜHLE. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit Grabungen 1944/45 und 2003/04. P. 114—162.
- Thorkild Schiöler. Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle // Helvetia archaeologica, Jg. 40, H. 159/160 (2009), S. 113—124
- M. J. T. Lewis. Railways in the Greek and Roman world, in A. Guy and J. Rees (eds), Early Railways. A Selection of Papers from the First International Early Railways Conference (200I).
- Donners, K., Waelkens, M., & Deckers, J. (2002). Water mills in the area of Sagalassos: a disappearing ancient technology. Anatolian Studies, 52, 1—17. doi:10.2307/3643076
- https://en.wikipedia.org/wiki/Norias_of_Hama
- Витрувий. 10 книг об архитектуре. Глава V
Aleksandr Sokolov