Здравствуйте, уважаемые читатели!
Те, кто читает мои статьи уже давно, могли заметить, что к проблемам сохранения и изпользования воды в древние времена я обращалась неоднократно. На самом деле эта проблема была насущной на всех заселённых людьми континентах во все времена. Наличие воды - не только условие для проживания людей, но и необходимость для успешного земледелия, и, следовательно, - условие развития цивилизации как таковой. Из-за обмеления водных източников и засухи были покинуты многие регионы и даже такие развитые города, как Мохенджо-даро. Сила воды изпользовалась людьми для работы мельниц и иных механизмов. И естественным является то, что в разных местах люди находили свои решения проблемы накопления и сохранения животворной влаги, а также свои решения в наиболее успешном её применении.
Мельничные резервуары или колёсные ямы имеют ширину 1,1 м и длину 4,9 м. Верхние бассейны мельницы имеют глубину 2,4 м, а два нижних - 2,6 м - все измерения были сделаны с расчётной точностью ± 0,05 м.
Поэтому водные технологии, разработанные и применявшиеся в древности - важный материальный аспект культурного наследия во всем мире, а греко-римские водные сооружения относятся к величайшим техническим достижениям античности. Как отмечают в своей статье учёные, останки водных сооружений, сохранившиеся до наших дней, из-за современной строительной деятельности и эрозии всё чаще находятся под угрозой разрушения. Их просто необходимо изучить, прежде чем они будут безвозвратно утрачены. Это изучение нужно не только для улучшения нашего понимания древних технологий. Водяные мельницы - это экологически чистые, экономичные и высокоэффективные преобразователи природной энергии - применение гидроэнергетики с низким напором, которая в настоящее время в основном остается неизпользованной. Работающие на возобновляемых източниках энергии современные водяные мельницы с КПД до 85% могут внести значительный вклад в отказ от изкопаемого топлива, могут помочь обезпечить удалённые места децентрализованной электроэнергией, что особенно ценно для развивающихся стран. Вполне возможно, что простые, элегантные решения сложных технических проблем, разработанные в древности и ожидающие своего открытия, могут быть применимы к современным и будущим водным системам. Неожиданное открытие коленчатого лотка на мельницах Барбегала иллюстрирует такой случай.
Следы разпилки камня на римской мельнице
Цивилизация, созданная римлянами, является предшественницей современной. Её кульминация произошла во втором веке нашей эры. Римская империя оставила после себя множественные артефакты, которые для современной науки стали свидетельством достижений и предметом для изследования. Так великих высот достигло стеклоделие, строительство, городское обустройство. Мы уже знаем о заводах, на которых выделывались кирпичи для строений, а также о каменопильной мельнице, где пилили мрамор. Всемирно известен римский бетон. Римляне даже приблизились к созданию парового двигателя.
Недавно было проведено изучение комплекса водяных мельниц Барбегал (Barbegal watermill), в котором на водяной силе действовали машины римлян. Это - первая известная ныне попытка создания в Европе промышленного машинного комплекса: на объекте действовало 16 водяных колёс.
Мало что известно о состоянии технического прогресса в этот период, особенно в гидравлике и современном распространении знаний, поэтому проведённое изследование раздвигает границы того, что мы уже знаем. Поскольку верхняя часть комплекса мельниц Барбегала была разрушена и никаких следов деревянной техники не сохранилось, режим работы этих мельниц долгое время оставался неуловимым. Благо, что за годы работы мельничного комплекса на деревянных деталях образовалась приличная карбонатная корка. Именно её изпользовали для реконструкции деталей мельничной конструкции и их функций. В результате была разкрыто существование сложной гидравлической установки, уникальной в истории водяных мельниц. На нижних мельницах (комплекс включал два ряда последовательно размещённых на склоне мельниц) римляне применили коленчатый жёлоб для подачи воды на мельничные колёса с возможностью переключения режима их работы при необходимости. Этот лоток был специально приспособлен к небольшим водоёмам и последовательному размещению мельниц на склоне.
Таким образом, карбонатные отложения из древних водных систем стали мощным инструментом в археологических реконструкциях и дали захватывающее представление о навыках римских инженеров в период истории, предшествующий цивилизации нашего времени.
Общество Римской Империи признано экономическим центром, во многом похожим на наше современное глобализированное общество. Сильный экономический рост сопровождался строительством впечатляющей инфраструктуры, включая дороги, гавани, города и шахты, что привело к воздействию на окружающую среду и значительному загрязнению, например свинцом, следы которого найдены даже в таких отдалённых регионах, таких как центральная Гренландия. Менее известно, что римские инженеры особенно преуспели в строительстве гидравлической инфраструктуры, такой как системы водоснабжения, нории и водяные мельницы, с техническим стандартом, который был вновь достигнут только в шестнадцатом веке.
Ещё с первого века до нашей эры водяные мельницы были одними из первых источников энергии, не зависящих от силы мышц человека или животных. В римской цивилизации они имели решающее значение для увеличения производства муки, резки дерева и камня и обработки руд. Комплекс римских водяных мельниц в Барбегале (на юге Франции), построенный во втором веке нашей эры, является выдающимся примером этого развития, как один из первых промышленных комплексов в европейской истории, демонстрирующий наибольшую известную концентрацию механической энергии в древнем мире. Это уникальное разположение 16 водяных колес в двух параллельных рядах по восемь мельниц, разделённых центральными зданиями и питаемых акведуком (рис. 1b, c). Как уже указывалось, верхние части мельничного комплекса были разрушены и никаких следов деревянной техники и системы водоснабжения не сохранилось, поэтому тип мельничных колес и режим их работы долгое время оставались неуловимыми.
К счастью, во время работы мельницы карбонат кальция выпадал в осадок на тех частях деревянной мельницы, которые контактировали с водой. Пресноводные карбонатные отложения древних водных систем были изпользованы также для реконструкции условий окружающей среды и разпознавания местных экстремальных явлений, таких как наводнения и землетрясения. Более того, они подходят для получения археологической информации по таким темам, как изпользование водной системы, идентификация изпользуемых водных източников, количество лет эксплуатации акведука, очистка и обслуживание акведука, реструктуризация водных систем и течение процесса сокращения техобслуживания и окончательный отказ.
В Барбегале карбонатные отложения сохранились в виде слепков оригинальной древесины, которые могут предоставить подробную информацию об отдельных частях мельницы, проливая свет на работу комплекса. Для большинства карбонатных фрагментов удалось реконструировать, на каких частях мельниц они образовались, но произхождение некоторых фрагментов оставалось неоднозначным. В статье размотрены некоторые загадочные фрагменты карбоната, которые образовались внутри коленчатого канала мельницы, что может иметь решающее значение для понимания функции всего мельничного комплекса. Детальный анализ и реконструкция его наиболее вероятного положения и функций показали, что этот лоток не имеет аналогов в древних, средневековых или современных мельницах.
Коленчатый лоток
Большинство уцелевших крупных фрагментов карбонатных отложений мельниц Барбегала образовалось внутри деревянных мельничных желобов, приподнятых желобов, по которым когда-то вода поступала к мельничным колёсам (рис. 2a, b). Некоторые карбонатные фрагменты можно отнести к самим водяным колесам (рис. 2 b). Когда мельницы были заброшены и древесина разложилась, карбонатные корки, образовавшиеся внутри лотков, и которые когда-то покрывали дно и боковые стенки соответственно (рис. 2a, b, d), разпались на фрагменты трапециевидной и крючковидной формы. Многие крючковидные фрагменты имеют изогнутый выступ над отпечатком дерева на карбонатной корке (рис. 2а, b), что указывает на то, что лотки были полностью заполнены, и вода переливалась через их боковые доски.
Один карбонатный сегмент, состоящий из трёх обломков (сегмент E), привлёк внимание учёных необычной изогнутой формой (рис. 3а). Он образован на двух досках, соединённых вместе под углом 40 ° ± 1 ° на правой боковой стенке лотка, с отложениями перелива. На отпечатке на более длинной стороне сегмента видны мелкие, равномерно расположенные следы пиления шириной 4,8-5,2 мм, перпендикулярные волокнам древесины. Регулярный интервал и прямой характер этих следов позволяет предположить, что они были нанесены механической разпиловкой. Насколько нам известно, это самая старая известная запись изпользования механической пилы для резки дерева в истории.
Учёные сделали разсчёты для нескольких смоделированных ими по карбонатным отложениям гидравлических моделей работы фрезерного колеса диаметром 2 м с 25 ковшами, которое подходит для колесной ямы глубиной 2,6 м с коленчатым желобом с перегибом. И, опираясь на реконструкцию, проверили эффективность работы мельниц. Их изследование показало, что римляне справлялись с возникшими из-за ограниченного водоснабжения (от подходящего акведука) проблемами. Им удавалось создавать напор воды, необходимый для работы мельниц.
С помощью коленчатого лотка они могли отключать отдельные колёса и вновь включать их в работу, когда возникала потребность. При отключении одного колеса, мгновенно увеличивался объём воды во всей мельничной линии (в каждом бассейне подъём составлял 4-10%), лежащей ниже его по склону. Когда же колесо подключалось вновь, уровень воды в бассейнах ниже, соответственно, падал. Поэтому нижние колёса работали в режиме, сопряжённом с большими колебаниями напора воды, что могло повлечь повреждение мельничного механизма. Видимо, коленчатый лоток и был специальной конструкцией, позволяющей как-то регулировать воду.
На современных мельницах внезапных изменений расхода в лотках можно избежать за счет изпользования верхнего водосборного бассейна большого объёма и широкой водосливной конструкции в верховьях плотины или плотины в питающем водопроводе, ограничивающей сброс. Однако в Барбегале это было невозможно. Чтобы получить постоянный максимальный напор воды, бассейны, вероятно, были заполнены, а нижний край бассейнов мог действовать как водослив с острым гребнем, чтобы отводить избыточный приток воды и сдерживать внезапные колебания уровня воды.
Коленчатый лоток кажется уникальным в истории гидравлики: сопоставимые лотки не известны ни на древних, ни на современных мельницах. Вероятно, он был разработан для достижения двух конкретных целей: 1) обеспечить максимальный расход на колесо с правильной выходной скоростью и углом через обязательно узкий лоток, когда доступен только ограниченный подъём верхнего уровня воды, и 2) гасить колебания уровня воды, вызванные прерывистой работой мельниц, разположенных выше по потоку. Таким образом, коленчатый лоток мельниц Барбегала является уникальным свидетельством мастерства и передового технологического уровня римской гидротехники.
Карбонатные отложения в древних водных системах ныне также служат для другой цели. Многие водоносные горизонты Средиземноморья в настоящее время изтощаются и / или загрязняются, что создаёт серьезные проблемы с водой. Изучение карбонатных отложений в древних водных системах может дать долгосрочную информацию о разходе и составе воды важнейших источников. Эти знания могут быть полезны гидрологам, чтобы определить, какие источники можно возстановить или изпользовать повторно, или как уменьшить изтощение водного ресурса, например, в результате изменения климата. Таким образом, это изследование показывает, что изучение пресноводных карбонатов в древних водных системах может внести важный вклад не только в историю науки, но и предоставить данные о местной палеосреде.
Другие статьи по теме:
Древние мельницы, о которых ничего не известно?
Кубок Ликурга (от науки)
Оценили 20 человек
43 кармы