О каменопильнях и возможностях древних технологий

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Сегодня решила на время вернуться к станочкам для камня. А именно, предложить вам сведения о том, как древние римляне разпиливали мрамор. А, поскольку, без науки прошлое осталось бы тёмным, привожу информацию, изложенную в статье Жака Сейна, занимавшегося древними мельницами и гидравлическими проектами античности.

Жак Сейн (Jacques Seigne) - французский археолог и архитектор, заслуженный директор по исследованиям в CNRS, специалист по галло-римской эпохе, известный не только своей работой на археологическом объекте в Герасе (Иордания), где он был главой французской археологической миссии. По инициативе многих культурных и образовательных проектов он, в частности, с участием профессионального лицея Эмиля-Делатайля де Лош восстановил в Герасе каменную пильную мельницу, управляемую норией, чтобы общественность могла понять механизмы 4-го столетия.

Жак Сейне

Из текстов и многочисленных археологических находок во всем римском мире хорошо известно про то, что энергию воды изпользовали для размола зерна, по крайней мере, на Ближнем Востоке - с начала христианской эры. С другой стороны, до начала 3-го тысячелетия были неизвестны археологические находки, которые можно было бы отнести к такому же раннему изпользованию водяной силы для разпиливания дерева или камня. Несмотря на отсутствие находок, некоторые учёные предлагали теоретическую реконструкцию "возможных" механических распиловочных машин античности, основанную, главным образом, на предположении, что «... восстановление колеблющейся пилы потребовало бы изпользования кривошипа, для которого в древности имеется мало свидетельств ... ".

На основании уже имеющихся знаний мельничного устройства некоторые учёные предположили изпользование либо дисковых пил, закреплённых непосредственно на оси мельничного колеса, либо приводимых в движение системой звездочек колёс и зубчатой передачи. По этим реконструкциям имеется много возражений, из которых одно из наиболее очевидных касается возможности изготовления железных дисков очень большого диаметра (более 2 м), малой толщины (2-3 мм), идеально круглых и плоских, и достаточно твёрдых, чтобы с течением времени износ был минимален (требование рентабельности). В таком устройстве также было бы необходимо, чтобы каменные блоки, подлежащие распилу, были закреплены на подвижной раме, способной двигаться регулярным и идеально контролируемым образом вдоль оси, строго параллельной горизонтальной проекции диска пилы. Такие устройства, механически и технически очень сложны, и появились они совсем недавно.

Другие авторы (для преодоления этой трудности) предложили изпользовать непрерывную проволочную пилу, но такое устройство было невозможно изготовить в древности. Нынче в такой технике изпользуют совершенно неизвестные в древности стали с высоким сопротивлением, в форме спиральной проволоки или со встроенными алмазными зубьями, причём изпользуются такие пилы только для резки мягких и полутвёрдых камней.

Технические трудности, присущие двум указанным системам, побудили других авторов, таких как П. Розумек, разсмотреть возможность изпользования маятниковой пилы, перемещаемой с помощью кривошипа. Несмотря на кажущуюся простоту, машина, которую предложил Розумек, требует множества механических элементов: осей, шестерёнок, эксцентриков и т. д. Она также предполагает применение маятниковой пилы, точка подвеса которой должна быть управляема и способна изменяться, в зависимости от того, что произходит в процессе разпиливания.

Большинству же специалистов по античности ни одна из предложенных гипотез не казалась убедительной. Сомнение казалось ещё более оправданным, поскольку не было известно неоспоримых остатков водяной лесопилки, датируемой римскими временами (некоторые следы такой возможной установки, датируемой VII-VIII веками, по-видимому, были найдены в Эфесе, но сведения никогда не были опубликованы).

Между тем, известно поэтическое описание Аусония ( Ausonii - галло-римский поэт 4 века н.э.) в поэме Мозелла (Mosella), где говорится о разпиливании камня с помощью мельницы:

Строки из Аусония

"...что же касается другой реки Эребрус (ныне известный как Рувер, приток Мозеля близ Трира, Германия), то она вращает мельничные жернова быстрыми, крутящимися движениями и проводит скрипучими пилами по гладкому мрамору, прислушиваясь к бесконечному рёву с каждого из своих берегов. "

Большинство из них пришли к выводу, что описание Аусония в Моселле было, скорее всего, поэтической аллегорической формой, далекой от простого описания какого-то реального античного механического устройства.

Неизвестное открытие семидесятилетней давности

"В 1926 году Хорсфилд преобразовал большой поддерживающий свод под южной стороной теменоса храма Артемиды в музей для постоянного хранения на месте камней с надписями и других переносных предметов. По-видимому, именно во время этой программы “предварительной реставрации“, предпринятой в Герасе, был расчищен восточный конец Южного опорного свода святилища Артемиды. В юго-восточном углу криптопортикуса в это время была частично очищена небольшая комната, где обнаружили остатки какой-то водной установки, сведения о которой никогда не публиковались и, по-видимому, сама комната раньше не описывалась. С этого времени площадь использовалась как хранилище для камней с надписями, собранных на месте, и остатки от водной установки постепенно покрывались каменными блоками всех видов и размеров (рис. 1). Несмотря на это, сохранившиеся остатки образуют единое целое, “обнаруженное" во время программы изследования античного водоснабжения Герасы, которую начала команда французских археологов во главе с Жаком Сейне в 2000 году, и могут быть четко интерпретированы.

Главный вид с запада. Реальное состояние

Изходящий из внутреннего двора Храма Артемиды, двойной водный канал (източник которого на самом деле неизвестен, но, несомненно, он был связан с главным акведуком города) питал две большие соединённые цистерны, которые в настоящее время находятся в очень разрушенном состоянии. Маленькая, что к югу, служила резервуаром-коллектором для водной установки, расположенной почти на четыре метра ниже в юго-восточной угловой подземной камере святилища. Боковые стенки вертикального и горизонтального каналов колёсного хода (колёсной гонки) всё ещё сохраняются, как и местоположения (гнёзда) для подшипников горизонтального вала, расположенного над нижним каналом (рис. 2).

Во время разкопок 1930-х годов американские археологи обнаружили в одной и той же комнате подземной галереи храма Артемиды по обе стороны от хвостовой части два барабана колонн из твердого известняка, которые были частично разпилены. Эти барабаны в настоящее время хранятся у стен подземного помещения.

2. Канал колёсного хода. Фактическое состояние

Остатки водяной мельницы

Установка занимает прямоугольное помещение длиной 8,65 м и шириной 6,65 м, первоначально перекрытое стволовым сводом. В середине западной стены имелась осевая дверь шириной 1,51 м, которая вела во все остальные подземные помещения криптопортикуса. В южной стене имелось второе отверстие такой же ширины (1,52 м), открывавшее прямой доступ в помещение с улицы, огибавшей южный фасад святилища. Внутренний пол помещения находится примерно на 3,80 м ниже уровня пола резервуара для воды. Внутри помещения сохранились остатки гидравлической установки (рис. 3, 4):

- напор, вертикальный канал, шириной + 1.35 м и глубиной + 2,30 м, перфорированный по толщине и в середине восточной стенки. Вероятно, он был построен на месте старого прохода. Его стены всё ещё покрыты толстым слоем розоватого раствора. Большая часть заполнения канала всё ещё находится на месте и может быть разкопана;

- колесо шириной +0,60 м, засыпанное в его западной части, было разкопано не полностью. глубина его остается неизвестной;

- стены колёсной гонки до сих пор на месте, полностью сохранились. Они построены из больших повторно изпользуемых блоков твердого известняка, скреплённых известковым раствором.

3. План руин. Фактическое состояние (J. S. ).

4. Сечение колёсного канала. Фактическое состояние руин

Прямоугольные резные выемки, предназначенные для встраивание двух подшипников вала водяного колеса, прекрасно видны на “лежаках ожидания" двух из них (рис. 2, 3). На внешней стороне южного лежака очень отчётливо видны круговые следы, образованные трением “объекта", размеры которого можно оценить. Эти отметки позволили нам узнать, что в течение срока службы машины положение горизонтального вала колеса мельницы было изменено (понижено или повышено на + 0,14 м); выходной канал не изследовался (кажется, вода текла по оси комнаты). Вероятно, канал проходит под порогом Восточной двери, прежде чем повернуть на юг, чтобы присоединиться к главной канализации улицы. Что касается гонки колес, то канал ещё предстоит разкопать.

Следы трения

Археологические остатки (находящиеся на виду) свидетельствуют о том, что ранее здесь находилось водяное колесо с оплёткой шириной около 0,50 м (максимум) и диаметром от 4,00 до 4,50 м с горизонтальным валом. Отсутствие какого-либо куска жернова и, прежде всего, тот факт, что подшипники двух валов, разположенные непосредственно на верхней части стенок жернова, находятся непосредственно по обе стороны от водяного колеса, изключают возможность варианта зерновой мельницы (в такой мельнице подшипники вала колеса были бы разположены асимметрично по обе стороны водяного колеса, чтобы обезпечить яму—колесо и передачу для поворота жерновов). Отсутствие каких-либо следов на стенах камеры или в других местах любого другого подшипника подтверждает эту интерпретацию. Далее, круговые метки на внешней поверхности южной стены мельницы показывают, что что-то (вероятно, деревянный диск, укрепленный железными гвоздями), по крайней мере, диаметром 1 м, как показывают следы (рис.5), было закреплено на обоих концах вала колеса. Из всех этих археологических свидетельств можно заключить, что ободок водяного колеса был установлен на коротком горизонтальном валу с двумя вертикальными деревянными (?) колёсами, по одному на каждом конце вала.

Два Частично Разрезанных Колонных Барабана

Два барабана колонн (№1 и 2) были найдены американскими археологами в западной части помещения (рис. 3). В настоящее время они хранятся у южной стены (блок 1) и Северной Стены (блок 2). Их позиции предполагают, что они были первоначально найдены на правой и левой стороне хвостовой части. Они являются единственными двумя неописанными архитектурными фрагментами, находящимися в комнате, которая изпользуется американскими разкопщиками в качестве временного эпиграфического хранилища. Оба барабана колонн первоначально были взяты из портиков храма Артемиды и были заброшены в период, когда они были только частично разпилены. Они одинаковы по размерам, как по диаметру (около 1 м), так и по длине 1,67 м и 1,51 м соответственно, блок № 1 имеет четыре пилообразных паза, проникающих на одну и ту же глубину, хотя внешняя поверхность криволинейна (рис. 6). Блок № 2 имеет две группы из четырех пильных прорезов, разделённых четырьмя подготовительными линиями резания. Четыре пилообразные щели каждой из двух групп проникают на одинаковую глубину, и ширина каждой частично вырезанной плиты одинакова (рис. 7 и 8).

Не до конца разпиленный барабан колонны

Различные следы, видимые на двух колонных барабанах, могут быть объяснены только использованием группы из четырех пильных полотен, разделённых несколькими сантиметрами и работающих одновременно.

Наличие внутри камеры двух барабанов, каждый из которых весит более 2 тонн, свидетельствует о том, что они были доставлены туда преднамеренно, что позволяет сделать вывод о том, что их преобразование в тонкие плиты не могло быть осуществлено в другом месте.

Все предшествующие археологические данные позволяют сделать вывод о существовании прямой связи между гидроэнергетической установкой и разпиливаемой твердой известняковой колонной. Сооружение водяной мельницы и другие археологические находки, относящиеся к ней, судя по всему, соответствуют механической лесопилке: верхнебойное водяное колесо могло изпользоваться для разпиливания больших твёрдых известняковых плит.

Реконструкция

Пилы, изпользуемые для резки твёрдого камня, не имеют зубьев, но изпользуются с водой и абразивным материалом (таким как песок или наждак), который наносится на рабочую поверхность давлением лезвия.

Если элементы, сохраненные in situ в подземном помещении святилища Артемиды, действительно принадлежат механической разпиловочной установке, то последняя, конечно же, не была оснащена циркулярными пилами. Эта возможность полностью изключена: упомянутые выше технические проблемы были бы здесь ещё более осложнены необходимостью сборки группы из четырёх одинаковых параллельных пильных дисков точно такого же размера и разделённых всего несколькими сантиметрами, на каждом конце вала колеса мельницы. Кроме того, положение водяного колеса внутри помещения, у восточной стены, изключало бы любую возможность перемещения блоков под пильными дисками.

По аналогичным техническим причинам изпользование одновременно восьми непрерывно работающих проволочных пил является совершенно немыслимым.

Все археологические свидетельства позволяют сделать вывод, что пилящие орудия были “традиционного" каркасного типа.

Следы, видимые на частично срезанных колоннах барабанов, показывают, что пилы были многолопастными. Размер блоков (1 м в диаметре и около 1,70 м в длину) подразумевает, что пилы имели минимальный вертикальный размер рамы 1,10 м и минимальную полезную длину лезвия 2,20 м (длина блока плюс минимальное рабочее кольцо не менее 0,50 м). Все эти ограничения приводят к реконструкции деревянных каркасов, несущих по четыре лопасти каждый, их общие пределы малых размеров составляют + 2,60 м в длину, + 2,00 м в высоту и + 0,20 м в толщину.

5. Южное возвышение колесной гонки показывает следы внешнего "колеса" на стене и два последовательных положения оси водяного колеса (J. S.).

Натяжение лезвия пилы должно быть как можно более совершенным. На пиле с одним лезвием натяжение возникает в результате кручения каната, расположенного напротив лезвия. Однако очень трудно выковать строго одинаковые железные лезвия длиной более 2,50 м. Из-за их небольшой разницы в длине, из-за ремесленных технологий изготовления, в многолопастной пиле каждое лезвие должно было быть напрягаемо (натягиваемо) отдельно. Эта деталь приводит к выводу, что рама должна быть жесткой, обычный высокий натяжной трос заменяется здесь куском дерева, прочно скрёпленным с другими частями конструкции, независимая установка натяжения лопастей может осуществляться, например, небольшими металлическими или деревянными кусками, вставленными на уровне концов каждой лопасти и нижней части жесткой рамы пилы. (Например, по типу разклинивания)

6. Барабан колоны № 2. деталь.

7а. Размеры пропилов на барабане №1

Барабан колонны №2 Размеры пропилов.

Эти пилы должны были прорезать камень вертикально вниз, при этом лезвия двигались вперёд и назад горизонтально, чтобы изпользовать их вес (вес рамы с лезвиями), который можно оценить в + 300 кг (0,35 м3 древесины или + 270 кг плюс + 30 кг для железных лезвий). Кроме того, размеры и форма колонных барабанов, а также места разпиловки не позволяют представить себе, что эти каркасы могут быть горизонтальными, за исключением придания им непропорциональных размеров.

Наконец, размер таких инструментов и совершенно прямолинейный аспект каждой прорези изключают изпользование любого маятникового устройства для направления и обработки пил. Вес и размер инструментов, а также идеальный параллелизм, отмеченный в компоновках прорезей на барабанах, приводят к реконструкции устройства, поддерживающего пилы во время работы сбоку, скорее всего, с помощью внешней деревянной рамы, закрепленной на земле и/или на стенах. Эти направляющие конструкции также были необходимы для подъёма пил в конце резки.

Реконструкция мельницы в Герасе

Механическое устройство

Археологические находки позволяют разсматривать либо систему с кривошипами, либо систему с эксцентриками и шатунами.

В то время как остатки установки изключительно хорошо сохранились, в комнате не было найдено никаких других элементов, которые могли бы быть связаны с описанной установкой. В частности, ни яма, ни ступень для низкого сочленения балки не могут быть восстановлены по обе стороны колесной дорожки (что абсолютно необходимо для устройства кривошипно-шатунной системы). Придётся ждать возобновления археологических разкопок и новых находок.

По материалам статьи Жака Сейна

A sixt century water-powered sawmill at Jarash

(понимаю, что существует языковой барьер, поэтому, большей частью для "полюбоваться" автором)

(тема не изчерпана)