FÉMMŰVESSÉG, KOHÁSZAT A RÓMAI KORBAN
(2024 november)
ABSTRACT
A fémmegmunkálás a bronzkor óta ismert a Mediterráneumban. A korai Birodalom idején az Itáliai-félsziget északi régióiban, Toscanában (i.e. 275-ben történt a meghódítása) és a gallilai Alpok vidékén, valamint Elba és Szardínia szigeteken volt jellemző a fémművesség. A régészek által azonosított első fémtárgyak többsége szerszám és fegyver volt, továbbá dísztárgyak, például ékszerek. Ezek a korai fémtárgyak lágy fémekből készültek; az arzénbronz, a réz, az ezüst, az arany és az ólom voltak alkalmas fémek, mert termésfémek ércolvasztás nélkül megmunkálhatóak. Az arzénbronz kovácsolásra megkeményedett, ezért fegyverek, páncélok készítésére is alkalmas volt. A technológiai ugrást először a rézérc és az ezüstérc olvasztása jelentette fával és fújtatókkal, majd az ónbronz készítése, ami önthető, illetve fegyverkészítésre is alkalmas, az óntartalom függvényében. A következő ugrás a vas készítése volt, amihez faszén szükséges. Lehetséges, hogy a faszén használata a vasolvasztásnál Noricumból és Elbáról terjedt el. // METALWORKING, METALLURGY IN THE ROMAN PERIOD: Metalworking has been known in the Mediterranean since the Bronze Age. In the early empire, metalworking was prevalent in the northern regions of the Italian peninsula, in Tuscany (conquered in 275 BC) and in Cisalpine Gaul, as well as on the islands of Elba and Sardinia. Most of the first metal objects identified by archaeologists were tools and weapons, as well as jewellery. These early metal objects were made of soft native metals; arsenic bronze, copper, silver, gold and lead were the metals used because they could be worked without oar smelting. The arsenic bronze hardened on forging and was therefore suitable for making weapons and armour. The technological leap was first made by smelting copper ore and silver ore with wood and pumps, and then by making tin bronze, which could be cast and used for weapons, depending on its tin content. The next leap was iron making, which required charcoal.
BEVEZETÉS
A Római Birodalom kiterjedt a Földközi-tenger környékére, részei voltak Olaszország és a szigetei, Spanyolország, Macedónia, Afrika, Kis-Ázsia, Szíria és Görögország; és Traianus császár (98-117) uralkodásának végére a Római Birodalom tovább nőtt, és magába foglalta Nagy-Britannia egyes részeit, Egyiptomot, a Rajnától nyugatra fekvő mai Németország egészét, Daciát, Noricumot, Júdeát, Örményországot, Illíriát és Trákiát [https://en.wikipedia.org/wiki/Roman_metallurgy ].
A campaniai bronzáru birodalomszerte igen elterjedt volt, az északi tartományokba szállították. A szükséges nyersanyagok közül a vasat Elba szigetéről ( https://en.wikipedia.org/wiki/Populonia), az ónt Hispániából, Nyugat-Galliából és Britanniából importálták. A fémedények készítése Etruria (Capuában) mellett, és Alexandriában volt a legjelentősebb.
Közép-Olaszország nem volt gazdag fémércekben, ezért kialakult a fémkereskedelem, amiben fontos szerepet játszottak Puteoli, Pompeii kikötők is a Nápolyi-öbölben. A Birodalom korai idején a félsziget északi régióiban, Toscanában és Cisalpine Galliában, valamint Elba és Szardínia szigetén volt jellemző fémművesség. Etruria i.e. 275-ben történt meghódításával és az ezt követő pun háborúk után Róma meghódította a Transalpine Galliát, Ibériát, és mindkettő ásványokban gazdag terület. A Birodalom csúcspontján Róma az északnyugat-Afrikától Egyiptomig, Arábiától Észak-Örményországig, Germániáig és Britanniától Ibériáig terjedő ásványkincseket bányászta a Földközi-tenger egész partján. Britannia, Ibéria, Dacia, Elba és Noricum (kb. a mai Ausztria) nagyon gazdag lelőhelyek voltak. Bizonyítékok vannak arra, hogy a Birodalom középső évei után az ércbányászat hirtelen és meredek hanyatlása következett be, a bányák kimerülése miatt. Az egyik legfontosabb római információforrás az Idősebb Plinius Naturalis Historiá-ja. Enciklopédiájának több könyve (XXXIII–XXXVII.) foglalkozik a fémekkel és fémércekkel, előfordulásukkal, fontosságukkal és fejlődésükkel.
A KEZDETEK
A régészek által azonosított első fémtárgyak többsége szerszám és fegyver volt, továbbá dísztárgyak, például ékszerek. Ezek a korai fémtárgyak lágy fémekből készültek; az arzénbronz, a réz, az ezüst, az arany és az ólom voltak a jellemzőek, mert termésfémek ércolvasztás nélkül megmunkálhatóak, az arzénbronz kovácsolásra megkeményedett, ezért fegyverek, páncélok készítésére is alkalmas volt. A technológiai ugrást az ónbronz készítése jelentette, ami önthető, illetve fegyverkészítésre is alkalmas, az óntartalom függvényében. A Birodalomban a vasgyártás kezdetben Elba szigetén és Noricumban történt. A kohászati technológia fejlődésével (kalapálás, olvasztás, olvasztás, pörkölés, kupellálás, ami pl. a folyékony ezüst elválasztása az ólomtól a fajsúly alapján, és öntés, kovácsolás, forrasztás, ötvösmunkák) alakult ki a kohászat, fémmegmunkálás. Később használtak cinket, higanyt, antimont és az ötvözeteiket is, például a sok ón ötvözete ólommal alkalmas volt főzőedények és étkészletek készítésére.
Ólomérc, galenit. Az ezüst érccel együtt fordul elő, sokáig az ezüst miatt bányászták a galenitet
A bronzkori civilizációk által használt kő-, gyakran kovakő, és obszidiáneszközöknél jobban alakíthatóak és megmunkálhatóak, mint rézből és arzénbronzból készített szerszámok, fegyverek. Az ón alacsony, 232 °C-os, az ólom, 327.5 °C-os olvadáspontjai és az ezüst 961.8 °C-os, a réz közepes, 1085 °C-os (1985 °F-os) olvadáspontjai a fémeket olvaszthatóvá tette a neolitikus fazekaskemencékben. Plinius szerint Capuában a rézolvasztást nem faszén használatával, hanem fa ismételt égetésével végezték a rómaiak (NH XXXIV. 95–96). Lehetséges, hogy a faszén használata a Mediterráneumban vasolvasztásnál Elbáról és Noricumból terjedt el.
BÁNYÁK
Ibéria (a mai Spanyolország és Portugália) éa Britania ércekben a leggazdagabb tartományok voltak, amelynek arany-, ezüst-, réz-, ón-, ólom-, vas- és higany lelőhelyei híresek.
Britanniai bányák a római korban
Britannia is gazdag volt fémekben, aranyat bányásztak a Walesben, rezet és ónt Cornwallban, ólmot pedig Walesben is. A római Britannia vastermelése is nevezetes. A vashasználatot Európában a rómaiak elterjesztették, ekkor volt a tényleges átmenet a bronzkorból a vaskorba. Noricum (a mai Ausztria) gazdag volt aranyban és vasban, Plinius, Strabo és Ovidius mind dicsérték bőséges lelőhelyeit. Aranyat is kutattak, i. e. 15-re Noricum hivatalosan is a Birodalom tartományává vált, a fémkereskedelem egészen az i.sz. 5. századig virágzott. Egyes tudósok úgy vélik, hogy a vaskovácsolás művészete ezen a területen fejlődött ki. A vas három formája a kovácsoltvas, az acél és a lágyvas: a kovácsoltvas (Elba, kis százalékban egyenletesen eloszlatott salakot tartalmaz), az acél (Noricum, karbonizált vas). A vas túl puha ahhoz, hogy fegyvereket, szerszámokat készítsünk belőle. Daciát i.sz. 107-ben hódították meg, és a sok arany mennyisége csökkentette az arany értékét, és vas is volt a régióban. A noricumi és a daciai bányák között a különbség a rabszolgák mennyiségében volt.
Járókerekes emelődaru, nagy súlyok emelésére
Az ércbányászat igen egyszerű eszközökkel történt, csákányokkal, lapátokkal, kosarakkal, feszítőrudakkal. Ástak alagutakat is fadúcolással, igaz kis keresztmetszetűeket, fél-másfél m 2 -eseket, gyakran csak a gyerekek fértek át a járatokon. Nagyon sok vizet használtak a felhevített kőzetek repesztésére, a törmelék kimosására. Ismerték a vízemelő kerekek és az Archimédeszi szivattyú használatát.
M.J.T.Lewis bizonyítékot talált arra vonatkozóan, hogy vízhajtású függőleges ütőgépeket, kalló-kat használtak az i.sz. 1. század közepén (Pliny Nat. Hist. 18,97) érczúzásra (régészeti bizonyítékok a dolaucothi aranybányáknál és Spanyolországban találhatóak).
Fémlelőhelyek (réz, ón, arany, ezüst és ólom,
https://bencsik.rs3.hu/hajok-toertenete-a-velencei-flotta/212-olom-az-okori-a-mediterraneumban.html)
A rómaiak voltak az elsők, akik nagy távolságból vezették a vizet a bányászati műveletekhez. Nagy-Britanniában, Dolaucothiban az aranybányában öt hosszú vízvezeték volt, amelyeket a szomszédos folyók és patakok tápláltak. A vizet az érc kimosására használták úgy, hogy vízhullámot engedtek ki egy tartályból, tározóból, hogy kimossák a talajt az alapkőzetről, ahol az erek voltak láthatóak. Ugyanezt a módszert (az úgynevezett hushing) alkalmazták a meddő kőzet eltávolítására, majd a tűzgyújtással meggyengült forró kőzetek repesztésére. A hasonló módszerek hatékonyak a külszíni bányászatban is, de a tűzgyújtás nagyon veszélyes a földalatti munkáknál. A hidraulikus bányászatot alkalmazták ónérceknél kimosásánál is, a zúzott ércek mosásához is használtak tározókat. A kemény ércek aprítására vízi meghajtású kallómalmokat is kifejlesztettek. Mosással összegyűjtötték a nehéz aranyport, a fajsúlya alapján választották el a meddőközettől. Sok helyen alkalmazták hidraulikus bányászati módszereiket, mint például az északnyugat-spanyolországi Las Medulasban.
Las Médulas panoráma (https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_Roman_engineering)
Ibériai bányák (https://www.e-helvetica.nb.admin.ch/api/download/urn%3Anbn%3Ach%3Abel-5231074%3Aheritage-07-00020-v2.pdf/heritage-07-00020-v2.pdf)
Ólomtartályok, tározók és vízvezetékek nyomai sok más korai római bányában is megtalálhatóak. A módszereket részletesen ismerteti az Idősebb Plinius Naturalis Historia című művében. Leírta a mélyben végzett földalatti bányászatot, és megemlíti, hogy a bányák víztelenítését fordított vízkerekek segítségével kell elvégezni, és számos római bányában találtak példákat, a Rio Tinto-i (Ibéria) rézbányákban az 1920-as években 16 darabot találtak. Arkhimédészi csavarokat is használtak a víz eltávolítására.
Vízemelő kerék (https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_Roman_engineering)
FÉMMEGMUNKÁLÁS
A legkorábbi megmunkálás feltehetően a simítás művelete volt kalapálással, a termésrézként talált bronzból lemezek, vértek előállítása volt.
Az ércet (amikor elég nagy fémdarabok válnak el az ásványtól, salakból) az olvasztások előtt és után dúsították, ütögetéssel a fémszemcséket elválasztották az ásványtól, salaktól. Faszén helyett a vasgyártás megjelenéséig többször megolvasztották az érceket fújtatókkal. Fontos forrás: Plinius szerint Capuában a rézolvasztást nem faszén, hanem fa többszöri égetésével végezték a rómaiak (NH XXXIV. 95–96).
A dúsított fém olvasztása lehetővé tette a korai kohászok számára, hogy öntőformákat és öntvényeket alkalmazzanak az olvadt fém gyűjtésére, ezek 8-10 literes agyagtégelyek voltak. Így alakult ki a szállítható fémöntvények kb. 30 kg-os súlya. A lapos, nyersbőr alakú öntvényeket szamarakon, gyékény oldalzsebekben szállították, ezért nyersbőr alakúak a fémtömbök, öntvények. A rómaiak azonban a vas felhasználásán, valamint az aranyötvözetek szétválasztásában a kupelláláson és granuláláson (cseppekké alakítás, hideg vízbe öntve a forró fémet) kívül kevés új technológiai újítást találtak ki. A kéntartalmú ércek pörkölése, fémoxidokká alakítása izzítással, redukciója mészkővel már a rómaiak előtt is ismert volt.
(https://bencsik.rs3.hu/hajok-toertenete-a-velencei-flotta/212-olom-az-okori-a-mediterraneumban.html)
A fémoxidokat mészkővel együtt izzították, redukálták, hogy tiszta fémeket kapjanak. A termésarany, a bányászott arany gyakran tartalmaz kis mennyiségű ezüstöt és rezet. A rómaiak ügyes módszert használtak a nemesfémeknek a szétválasztására: a kupellációt, ami, egy, már Róma felemelkedése előtt kifejlesztett eljárás, pl. aranyból és ezüstből, vagy az elektrumnak nevezett ötvözetből vonták ki a rezet a fémek fajsúlya alapján. Az arany és az ezüst szétválasztása érdekében azonban a rómaiak úgy is granulálták az ötvözetet, hogy a folyékony, megolvadt fémet hideg vízbe öntötték, majd a szemcséket sóval megolvasztották, elválasztva az aranyat az ezüst-kloridtól, és hasonlóan kupellációval választották el az ezüstöt az ólomból. A tüzelőanyag szárított fa, esetenként tőzeg, szőlővenyige..., később faszén volt. Ismerték a higany használatát, a higany amalgámot képez a fémekkel, majd pirítással elpárologtatható a higany.
Az ábra kb. a Római Birodalom idejének megfelelő ónkereskedelmi útvonalakat, tehát a bronzkohósítás terjedését mutatja
(https://bencsik.rs3.hu/egyiptomi-obeliszkek-szallitasa/35-az-arzenbronz-mezopotamiai-toertenete.html)
Az ólomtermelés története (https://www2.sci.u-szeged.hu/eghajlattan/legszenny3.htm)
TECHNOLÓGIÁK
A hidraulikus bányászat feltalálása és széles körben elterjedt alkalmazása, nevezetesen a tározás és a zsilipezés, lehetővé tették a különféle nemesfémek és nemesfémek ipari méretekben történő kitermelését, ami az ipari forradalomig egyedi jelenség.
A hadigépek mellett a legbonyolultabb római gép: a fűrész-vízimalom. Az állatokkal és vízzel hajtott forgómalmok az i. e. 3. században jelentek meg.
Hajómalom (mindig volt egy fedélzete, egy zárt felépítmény, hogy távol tartsa a liszttől a párát), ahol vízi kerekeket erősítettek hajókra, először Rómában jegyezték fel (https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_Roman_technology). Procopius történész feljegyzi, hogy a hajómalmokat Róma ostroma idején (537/538) használták, kezdetben ideiglenes megoldásként. Miután az osztrogótok megszakították a vízvezetékek vízellátását, amelyektől a városi malmok működtek, elrendelték, hogy a folyami hajókat szereljék fel malmokkal. A hídpillérek között kötötték ki a malmokat, ahol az erős áramlat meghajtotta a hajóra szerelt vízikereket. Érctörésre (kallózásra), fűrészelésre... is használták a malmokat.
A legelterjedtebb tüzelőanyagok a fémolvasztásnál és kovácsolásnál a fa és a faszén voltak, az utóbbi közel kétszer olyan hatékony. Lehetséges, hogy a Noricumból, Elba szigetéről terjedt el a faszén használata vasolvasztásnál az egész Birodalomban. Egyes vidékeken bányásztak szenet is: a római Nagy-Britanniában szinte minden jelentős szénmezőt kiaknáztak az i. u. 2. század végére, és élénk kereskedelem alakult ki az Északi-tenger angol partvidékén, amely kiterjedt a Rajna-vidékre is. ahol a bitumenes szenet már vasérc olvasztására is használták. Populonia éves vastermelése a becslések szerint 2000-10000 tonnát tett ki.
Becsült éves fémtermelés metrikus tonnában:
Vas 82 500 t, A római Nagy-Britanniában fejenként 1,5 kg-ra becsült vastermelés alapján, a teljes birodalom 55 milliós lakossággal számolva
Réz 15 000 t, A legnagyobb iparosodás előtti termelt mennyiség
Ólom 80 000 t, A legnagyobb iparosodás előtti mennyiség,
Ezüst 200 t, A 2. század közepe táján elért csúcspontján a római készlet 10 000 tonnára becsülhető, ami ötször-tízszer nagyobb, mint a középkori Európa és a kalifátus együttes ezüstmennyisége i.sz. 800 körül.
Arany 9 t, egyedül ennyi volt Asturia, Callaecia és Lusitania (Ibériai-félsziget) termelése.
A Pompeii, Vetti-i ház falfestménye Ámorokat ábrázol a római ötvösök eszközeivel és technikáival
A rómaiak öntési módszerei: például a samiai edényekhez az öntő formákat úgy hozták létre, hogy elkészítették a kívánt alakú modellt (fa, viasz, agyag, fém), amelyet azután agyagformába préseltek. Fém- vagy viaszmodell esetében, miután megszáradt, a kerámiát fel lehetett melegíteni, és a viaszt vagy fémet megolvasztani, és kiönteni a formából (viaszveszejtéses öntési eljárás). Az eljárás sorozatgyártást tesz lehetővé, a rómaiak idején alakult ki a tömegtermelés. A Római Birodalomban tömegesen gyártott és a régészeti feljegyzésekben ismeretes három tárgy gyakori: a fibuláknak nevezett kapcsok, amelyeket férfiak és nők egyaránt viseltek, az érmék, és a tuskók, nyersbőr alakú öntvények.
Görög ezüstbánya (https://pangea.blog.hu/2018/08/05/5_perc_geologia_olombol_kinyert_ezustbol_jott_el_az_atheni_aranykor)
Amikor a második század körül a rabszolgamunka túl drága lett a bányákban, először az elítéltek lettek a rabszolgák, ami nem működött jól. Hadrianus császár magánvállalkozóknak adta a bányák irányítását, a vállalkozók nem kényszermunkásokat alkalmaztak, Noricum esetében régészeti bizonyítékok vannak arra, hogy szabadosokat dolgoztattak, a bányák falán lévő graffitik bizonyítják. Noricumban sok férfi kapott római állampolgárságot azért, mert bányász volt. A magántulajdonban lévő és az állami tulajdonú bányák egyidejűleg működtek.
Személyszállításra és könnyebb anyagokat szállító szekerekhez általában szamarakat vagy öszvéreket használtak, mert gyorsabbak voltak, mint az ökrök, és olcsóbban takarmányozhatóak, mint a lovak. Az állatokat a szekereken kívül forgómalmok működtetésében is alkalmazták. Megtalálták egy, az állatok által hajtott hajó vázlatát is. Az Anonymous De rebus bellicis néven ismert mű egy ökrökkel hajtott hajót ír le az Adrián. Az ökrök egy tengelyt forgatnak, körben járnak a fedélzeten, két lapátkereket forgatnak, egyet-egyet a hajó mindkét oldalán.
*
A helepolisz a városok legyőzésére használt a mai tankokhoz hasonlítható szállítójármű volt. A jármű-toronynak fafalai voltak, hogy megvédjék a katonákat, amikor az ellenség erődfalai felé szállították a tornyokat. A falakhoz érve a katonák a 15 méter magas építmény tetejéről az ellenség sáncaira ugrottak át. Ahhoz, hogy hatékony legyen a harcban, a helepolist önjárónak tervezték. Az önjáró járművek kétféle meghajtással működtek: vagy ember hajtotta, vagy egy ellensúlyok, amelyet gravitáció hajtott.
Az emberi hajtású motor egy kötélrendszert használt, amely összeköti a tengelyeket egy hajtóművel, pl. járókerékkel. A számítások szerint legalább 30 emberre lenne szükség a hajtókar elfordításához, hogy meglegyen a jármű mozgatásához szükséges nyomaték. Lehetséges, hogy egy helyett két csapatot használtak, így 16-ra csökkentették a csapatonkénti emberszámot, ami összesen 32 embert jelent a Helepolis meghajtásához. A gravitációs meghajtású ellensúlyos motor kötelek és csigák rendszerét használja a jármű meghajtására. A tengelyek, dobok köré köteleket tekertek egy tárcsarendszeren keresztül, amely a jármű tetején függő ellensúllyal kötötte össze őket. Az ellensúlyok ólomból vagy vízzel töltött vödörből készültek. Az ólom ellensúlyt csőben vezették, hogy ellenőrizzék az esést. A vizesvödör ellensúlyt a jármű aljára érve visszaemelték a tetejére, pótolták a vizet. Kiszámították, hogy egy 40000 kg tömegű helepolisz mozgatásához 1000 kg tömegű ellensúlyra volt szükség. (https://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_Roman_technology és https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Greek_inventions_and_discoveries)
Ostrom-bástya, i. e. 305 (https://tortenelmierdekessegek.blog.hu/2020/12/10/helepoliszbol_rhodoszi_kolosszus)