ДРЕВНЯЯ МЕДЬ УРАЛА

Месторождения меди разнообразны по форме и составу рудных тел, что определяется их происхождением. Одни рудные тела формировались на дне мелководных морей (медистые песчаники), другие — в глубинных условиях в связи с вулканической, гидротермальной и тектонической деятельностью (в вулканических породах, разломах и жилах). От типа месторождений зависит состав руд и соответственно шлаков и выплавляемого металла. В медистых песчаниках рудные минералы (халькозин, ковеллин, малахит и азурит) образуют  цемент песчаников, средние содержания меди в котором составляют 2.5 %.

На большинстве медных месторождений развиты окисленные и первичные руды. Первые залегают в кровле залежей и представлены карбонатами и оксидами, вторые слагают основной объем рудных тел и состоят из сульфидов. В древности разрабатывалась главным образом верхняя окисленная часть месторождений, до уровня грунтовых вод. К такой минерализации относятся малахит и азурит, имеющие прожилковое и сетчатое распределение, а также выделения самородной меди. Мощность рудных зон — от нескольких до нескольких десятков метров. К ним примыкает зона обогащения, сложенная халькозином, ковеллином, борнитом.

Содержание меди в cырье для плавки определялось степенью обогащения, извлечения малахитовых, азуритовых или халькозиновых агрегатов, поэтому величина содержания в рудах значительно ниже указанного в справочниках состава минералов. Кроме того, при плавке всегда теряется часть металла (в шлаке остается до 10 %). Общие потери меди в процессе передела от руды к металлу могут составлять до 50 %.

Трудами многих поколений археологов и геологов установлено распределение древних медных рудников на территории Евразии. В эпоху бронзы и раннего железного века разработки концентрировались в гигантском рудном поясе, протянувшемся от Атлантики до Тихого океана. Активная добыча меди производилась с IV тысячелетия до н.э. и до V века н.э., пока медь не была вытеснена железом.

Предметом нашего рассмотрения являются Зауральский и Мугоджаский горно-металлургические центры, в которых специалистыИнститута минералогии выявили ранее не известные рудники.

Рудник Новониколаевский вблизи станции Карталы, по данным А.М. Юминова и В.В. Носкевича, имеет длину 35 м, ширину 15–20 м, глубину 2–3 м. Выработка со всех сторон окружена отвалами высотой до 0.5 м и шириной 2–8 м, сложенными глинисто-щебнистым материалом. Под отвальными отложениями зафиксированы прослои погребенной почвы мощностью в несколько см. Рудное тело вмещает измененные базальты, вскрытые траншеей. В минеральном составе прожилково-вкрапленных руд преобладают малахит и гетит, значительно реже отмечен азурит и магнетит. Содержание меди колеблется от 4 до 10%, цинка — 0.5–1%. Дно выработки ровное, с небольшим наклоном на юго-восток. В отдельных частях основания фиксируется линзы прокаленного грунта, содержащие золу и угольную крошку. Согласно данным радиоуглеродного анализа возраст угля составляет 12–11 вв. до н.э.

На поверхности северного отвала удалось обнаружить несколько каменных орудий древнего горного промысла: кайло, наковальню и пест. В непосредственной близости от карьера выявлено несколько крупных обломков керамических сосудов. По морфологическим особенностям и орнаментации они относятся к алакульской культуре эпохи поздней бронзы и могут быть датированы серединой II тыс. до н. э. (определения В.В. Ткачева).

На руднике было добыто около 3500 т руды со средним содержанием 7%, из которой могло быть выплавлено порядка 120 т меди. Переработка руд месторождения могла проходить в поселении Устье, богатом шлаками, в том числе золотосодержащими.

Рудник Воровская яма находится в холмистой местности на левобережье реки Зингейки. Название выемке, в которой прятали украденный скот и которая оказалась древним карьером, дали местные жители. Древний карьер имеет диаметр 30–40 и глубину 3–5 м, его первичная глубина, как показали  георадарные исследования (см. фото на этой странице), насчитывала 6–7 м. Карьер окружен прерывистым отвалом шириной 5–15 и высотой 0.8–1.5 м. Наиболее полный разрез состоит из трех горизонтов, разделенных слоями погребенных почв. Нижний горизонт мощностью 5–10 см сложен зеленовато-желтыми нонтронитовыми глинами с редкой дресвой гранат-пироксновых медных руд. Средний состоит из песчано-глинистой массы, обогащенной дресвой и плитчатыми обломками базальтов и серпентинитов, а также обломками, пропитанными малахитом. Слой имеет линзовидную форму и мощность 70 см. Верхний горизонт состоит из нескольких эшелонированных тел различного цвета и состава. В слоях, обогащенных нонтронитовой глиной, имеются обломки медных руд.

В дне карьера вскрыты малахитсодержащие породы в виде линзы мощностью 3–8 и длиной 25 м. Ее верхняя часть представлена обломками окисленных руд в коре выветривания, затем идет зона окисленных руд (элювиальная часть рудного тела) мощностью 2–4 м. По строению отвала и присутствию в нем нескольких слоев погребенной почвы можно предположить четыре стадии разработки месторождения. Они были разделены перерывами в десятки лет, в течение которых формировались почвы мощностью 5–10 см.

Одним из центров переработки медных руд было поселение Куйсак, где выявлены медьсодержащие шлаки. Пробные плавки, судя по находкам шлаков в отвалах, проходили непосредственно на руднике.

Рудник Новотемирский расположен на левом берегу реки Зингейки в 1 км юго-восточнее одноименного поселка. Выработка обнаружена А.М. Юминовым, М.Н. Анкушевым и М.А. Рассомахиным в 2015 г. Она находится среди гипербазитов Темирского массива. Форма карьера овальная, размер 30 на 40 м, глубина 2–2.5 м, днище залито водой. Выработка с трех сторон окружена оплывшими отвалами серповидной формы, сложенными глинисто-щебнистым материалом. Здесь разрабатывались гнезда окисленных руд, сложенных малахитом и азуритом. На руднике обнаружены две небольшие промплощадки для обогащения медных руд. Они покрыты щебнем гипербазитов и малахитсодержащей крошкой. По наличию погребенных почв в разрезе отвала исследователи предполагают, что месторождение разрабатывалось в четыре этапа.

Ишкининский рудник в Оренбургской области сопровождается поселением горняков Ишкиновка, где обнаружены шлаки. На месторождении известны восемь древних карьеров 20–80 м в диаметре и глубиной до 20 м, из которых извлекалась окисленная медная руда. Крупнейший — карьер № 1 (см. фото внизу) — овальной формы и вытянут в меридиональном направлении в соответствии с ориентировкой восточной рудной зоны. Его длина — 120 м, максимальная ширина — около 40 м, глубина более 5 м. На днище зафиксированы три оплывших отвала, которые отсыпались по мере отработки карьера в направлении с юга на север. Высота самого большого из них около 5 м.

Верхняя часть северного отвала вскрыта траншеей на глубину 3–5 м. Отвал сложен дресвяно-щебнистым материалом, слои которого залегают кулисообразно.  Разрез отвальных отложений включает три горизонта, различающихся как по минералого-петрографическим особенностям слагающего их материала, так и по величине обломков. Нижний и средний горизонты разделены погребенными почвами, что свидетельствует о длительных перерывах в разработке рудника. В нижнем горизонте на глубине 2–2,5 м обнаружена линза, сложенная кусками окисленной медной руды азурит-малахитового состава с содержанием меди 3–5% до 15 см в поперечнике. Подобное скопление представляет собой рудный склад, то есть место, специально отведенное для обогащения.

Предварительный анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что древние выработки относятся к бронзовому веку. Об этом свидетельствуют найденные на отвалах два каменных молота и наковальни, идентичные обнаруженным на десятках других древних рудников в Уральско-Мугоджарском регионе. В пользу такого вывода говорит и присутствие в материалах близлежащего поселения Ишкиновка руды, металлургических шлаков, каменных терочных плит, пестов, молотов, заготовок горнопроходческих костяных клиньев.

Согласно расчетам на Ишкининском руднике в древности было добыто около 16 тыс. тонн медной руды. Для приближенной оценки количества выплавленного металла учтем содержание меди в кондиционных рудах, равное 5 %, и коэффициент извлечения металла при добыче, обогащении и металлургическом переделе, минимальное значение которого 0.5. С учетом этих параметров из добытых на изученных карьерах руд могло быть получено около 400 т меди.

Дергамышский карьер в Восточном Башкортостане имеет форму, близкую к треугольной, поперечник 70–80, глубину 10–12 м (на фото вверху). Он окружен прерывистым отвалом, наиболее выраженным в западной и восточной частях, где имеет высоту около 3 м при крутизне склонов 15–25°. На склонах карьера отчетливо видны следы позднейших геологоразведочных работ — отвалы шурфов и канав.

Медная минерализация (наличие малахита и хризоколлы) проявлена в северном и восточном бортах в щебне серпентинитов. Сульфиды на поверхности не обнаружены, но на некоторых участках отмечена интенсивная лимонитизация. В первичных рудах установлены повышенные концентрации золота в кровле рудного тела (3–5 г/т), что представляет практический интерес. Медная минерализация представлена халькопиритом, цементирующим марказит-пиритовый агрегат. Среднее содержание меди в рудах 6.5 %. Примерный вес добытой руды — 23000 т, количество полученной меди — около 750 т. Месторождение с 2013 г. отрабатывается Русской медной компанией, и древний рудник засыпан отвалом.

 

В сентябре Институт минералогии совместно с Южно-Уральским государственным университетом провел в городе Миассе молодежную школу, где рассматривались данные о древних рудниках и продуктах металлургии Центральной Евразии. В школе приняли участие около 70 человек, в том числе студенты и аспиранты вузов Сибири и Урала. Вели занятия профессора из Иркутска, Нижнего Тагила, Челябинска, Москвы, Софии, Миасса (фото внизу на этой стр.).

Зарубежье представляли ученые из Болгарии, преподаватели и студенты из Украины и Казахстана. Ведущий доклад подготовил автор этих строк совместно с А.М. Юминовым и М.Н. Анкушевым. Помимо уральских древних разработок мы охарактеризовали рудники Донбасса, Казахстана, Алтая и Тувы.  Наиболее впечатляющими являются древние карьеры Джезказгана (Казахстан) и подземные выработки рудного Алтая, в которых найдены останки горняка бронзового века. Алтайские рудники послужили источником не только меди, но и золота из зон окисления сульфидных руд.

Структуре и модели формирования Урало-Мугоджарского горно-металлургического центра был посвящен материал В.В. Ткачева из Института степи УрО РАН (Оренбург). Производственная структура представляла собой систему археологических микрорайонов, группирующихся вокруг рудников. Основным объектом экспорта в степи была обогащенная медная руда. Эталонный рудник древности — Таш-Казганский — был рассмотрен в докладе М.Н. Анкушева с соавторами из Института минералогии УрО РАН. Разработка рудника началась в бронзовом веке, но наиболее активно добыча руд для Миасского медеплавильного завода проходила в XVIII — XIX веках.

Орудия труда горняков и металлургов Мугоджарского горно-металлургического центра охарактеризованы А.В. Фомичевым (Орский гуманитарно-технологический институт). Коллекцию составляют молоты, наковальни, песты, тигли, сопла, литейные формы. Следы металлургической деятельности в поселениях долины реки Зингейка (Южный Урал) обсуждались в совместном докладе специалистов из Института минералогии УрО РАН, Челябинского педагогического университета и Университета г. Питтсбург (США). Основное внимание авторы уделили шлакам, среди которых выделяются хромит- и халькозинсодержащие, что свидетельствует о разработке двух типов месторождений. Первый связан с телами меденосных гипербазитов, второй — с зонами окисления сульфидных руд.

С.В. Снопков из Иркутска рассмотрел петрофизические методы в археологических исследованиях на примере Прибайкалья и особенности палеометаллургии этого региона. Его ученики пояснили особенности проведения экспериментальных плавок на западном побережье Байкала.

Преподаватель Донецкого государственного технического университета Ю.П. Шубин провел реконструкцию медеплавильного производства в Картамышском археологическом комплексе с учетом экспериментальных плавок, сравнил шлаки, штейны, металлические слитки из природных объектов и артефактов.

Болгарские участники школы Д. Гергова и П. Бонев продемонстрировали новейшие результаты изучения кладов из археологических памятников раннего железного века Северной Болгарии. Их доклады сопровождались самым большим количеством вопросов и дискуссиями. 

На школе был поднят вопрос о необходимости взаимодействия горняков и археологов при археологическом обследовании территорий до освоения месторождений. За последние годы при горных разработках исчезли три древних рудника. На месте Еленовского возник современный карьер по добыче медно-молибденовых руд, образовавшийся за 2003–2008 годы. Подобная ситуация повторилась с рудниками Бакр-Узякским и Дергамышским. К сожалению, мы не смогли разъяснить персоналу важность фиксации при горных работах древних орудий труда и подземных выработок.  Будем надеяться, что это послужит нам уроком на будущее.

Сборник трудов школы доступен по адресу http://meetings.mineralogy.ru/?IdM=arhives& MeetingID=24, там же можно увидеть фотографии, записи выступлений и презентаций, а в архиве доступны материалы предыдущих школ.

Следующая Школа состоится в сентябре будущего года, условия будут опубликованы на сайте Института минералогии в апреле 2017 г.