Понимаете ли вы, что промышленные комплексы возникли еще в античности? Древним примером такового рода считается система из 16 водяных мельниц, построенная на юге Франции (в тогдашней Галлии) в 120—130 г. нашей эпохи. Сейчас спецы выяснят изумительные подробности работы «первой фабрики»: тут внедряли неповторимые конструкционные решения и даже употребляли механическую пилу. А помогают археологам заглядывать в прошедшее… карбонатные корки.
Понятно, что экономический расцвет Римской Империи в 1-ые века нашей эпохи сопровождался масштабным строительством дорог, портов, городов, разработкой рудников. К слову, этот процесс имел и знакомые нам нехорошие стороны, такие как загрязнение окружающей среды. Серьёзно! Исследование состава ледовых кернов Гренландии показало, что содержание свинца и меди в атмосфере в начале н.э. достигнуло уровня, сравнимого лишь с фабричным бумом крайних 2-ух веков.
Старый Рим в своём технологическом развитии впритирку подошёл к промышленной революции… но почему-либо не двинулся далее. Может быть, помешала опора на дешёвый труд рабов, на котором, как принято считать, держалась экономика. Но не может ли оказаться, что историки недооценивают технологическую мощь древней цивилизации, просто поэтому что пока что недостаёт археологических свидетельств? В крайние десятилетия интенсивные раскопки и внедрение новейших технологий дозволили археологам почти все выяснить о том, как искушены были римские инженеры в использовании энергии воды. Еще до пришествия нашей эпохи в употребление вошли водяные мельницы. Но, судя по всему, водяные колёса использовались римлянами не лишь для производства муки, да и, к примеру, для обработки железной руды и даже для распиливания камня, а масштаб внедрения таковых устройств приближался к промышленному. Броский пример такового рода — большой комплекс римских водяных мельниц в Барбегале на юге Франции, построенный во 2-м веке нашей эпохи. Раскопки тут проводились еще в 1937—1939 гг., и монумент не один раз изучался в следующие годы. Комплекс находился на крутом склоне холмика и состоял из 16 водяных мельниц, расположенных в две полосы по 8 штук. Вода к мельницам поступала с помощью 9-километрового акведука. Бассейны для водяных колёс размещались каскадом, так, что вода, пройдя через первую мельницу, текла далее, вращая последующее колесо, расположенное ниже, и так дальше. Эта «мельничная фабрика» могла создавать, по различным оценкам, от 4,5 до 25 тонн муки в денек и проработала до середины III века, но почти все детали остаются неведомыми. Сами колёса и почти все остальные части, изготовленные из дерева, издавна истлели, остались лишь бассейны, а в их стенах — отверстия для колёсных осей. Но неутомимые археологи изобрели разные хитрости, дозволяющие отмотать время назад и вернуть утраченное.
Дело в том, что за годы работы части мельниц, контактировавшие с водой из карстовых источников, покрылись толстой коркой карбонатных отложений, мощность которой местами достигала 9 см. Карбонат кальция откладывался на стенах каналов и на древесных деталях водяных колёс. Сами детали утрачены, но карбонатные корки несут на для себя отпечатки поверхностей, с которыми соприкасались. При раскопках в середине прошедшего века 142 фрагмента таковых корок были собраны и с того времени хранились в местном археологическом музее. На неких из их отпечаталась структура дерева и даже шляпки гвоздиков. Исследованием этих «слепков» уже пару лет занимается группа археологов и геологов из Франции, Германии и Австрии. Лишь что в Nature: Scientific Reports вышла еще одна статья этих создателей.
Что все-таки удалось выяснить? Судя по соответствующему рельефу поверхности, в качестве материала для древесных деталей использовалась в основном сосна. Исходя из формы, некие фрагменты образовались на деталях колёс, но большая часть осталась от древесных желобов, по которым поступала вода. Естественно, корка распалась на кусочки, но в ряде всевозможных случаев удалось реконструировать U-образную форму желоба. Отложения на стенах равномерно сужались сверху и нередко создавали в высшей части «крюк» либо «навес» — означает, вода заполняла жёлоб полностью и переливалась через край. Несколько карбонатных фрагментов, возможно, происходят от спиц и ковшей водяных колёс — исследователи исходят при всем этом из формы таковых колёс, известной по археологическим находкам.
Замечательно то, что карбонатная корка, нарастая, образует последовательность по-разному окрашенных слоёв. Выходит «микростратиграфия»: практически, в этих прослойках записана история мельниц. Сравнивая последовательности слоев на «спилах» различных фрагментов, учёные реконструировали хронологическую связь меж ними и разделили все фрагменты на 2 группы: 1-я группа с наиболее полной стратиграфией и 2-я, последовательность слоёв в которой не один раз прерывалась.
Потом в ход пошёл изотопный анализ, показавший повторяющееся изменение температуры воды в зависимости от времени года. Так удалось вычислить, что на желобах карбонаты безпрерывно откладывались в течение 6—7, а то и наиболее 10 лет, но детали колёс обновляли почаще: раз в 3—4 года. Считают, что образовавшиеся корки делали колесо тяжелее, оно начинало ужаснее работать, и части приходилось очищать или подменять.
а) Фото остатков мельничного комплекса в 1996 году; b) новенькая реконструкция мельничного комплекса; с) линия из 8 мельниц (вид сбоку) и отдельное водяное колесо.
Фрагменты карбонатных корок много лет хранились в музее, и четкое пространство, откуда их изъяли, непонятно. Но, сравнивая последовательности слоёв 1-й и 2-й групп, а также отложений, сохранившихся в самих бассейнах, исследователи пришли к выводу, что фрагменты 1-й группы относились к западной «полосы», а 2-й группы — к восточной «полосы» комплекса. Судя по всему, западная половина работала круглый год, а восточную останавливали в конце лета на несколько месяцев, когда поток воды уменьшался. В середине зимы комплекс опять начинал работать полностью. Может быть, в осеннюю пору часть воды забирали у мельниц и направляли на орошение близлежащих полей. Из того, что часть мельниц временами отключали, археологи делают вывод, что фабрика работала «на экспорт»: её целью было не снабжение пропитанием находящегося рядом городка Арелат, а поставки муки в наиблежайшие гавани для погрузки на корабли.
Фрагменты карбонатных корок: а), b) из древесных желобов, c) из ковша водяного колеса, d) стратиграфия 1-го из фрагментов, e) реконструкция расположения корок в переполнявшемся желобе, f) стратиграфия 1-го из фрагментов и соответственный профиль размеренных изотопов C и O, отражающий 7 лет использования желоба. Начинается и завершается в зимнюю пору.
А вот в особенности интригующее открытие. На неких фрагментах карбонатных корок спецы нашли отпечатки следов от пилы. Ну и что здесь такового? Естественно, доски для желобов кто-то был должен пилить. Но следы поразили учёных собственной регулярностью, чёткостью и прямизной. По воззрению исследователей, это значит, что для распилки использовалась не ручная, а механическая пила, может быть, с гидравлическим приводом. Если гипотеза верна, то в руки к археологам попало древнейшее свидетельство использования механического устройства для пиления дерева.
Фрагмент корки, образовавшийся на 2-ух стыкующихся досках. Видны следы пиления механической пилой.
Ещё одна деталь, о которой поведали карбонатные корки. Ранее считали, что водяные колёса мельниц размещались снаружи спостроек, под открытым небом. Но карбонатные отложения в открытых водоёмах, куда попадает много солнечного света, обычно пористые и содержат органические остатки. В Барбегале же корки плотные и без какой-нибудь органики — такие образуются в пещерах и в закрытых водопроводах. Исследователи делают вывод, что вся система мельниц находилась снутри спостроек. А вот наружный слой почти всех карбонатных фрагментов — пористый, с частичками растений — гласит о том, что образовались они уже в то время, когда крыша сооружения упала. Мельничный комплекс забросили по неясным причинам; возможно, это событие пришлось на кризис Римской империи III века.
Статья 2020 года — продолжение серии публикаций про Барбегал и посвящена определенной детали — особенному желобу, по которому вода подавалась конкретно на водяные колеса.
По особенностям нескольких фрагментов карбонатных корок (микростратиграфия, возможная высота досок, набросок на поверхности, включая следы пиления) удалось вернуть форму такового желоба. Оказывается, он был «коленчатым»: куцее колено, а потом под углом — наиболее длинноватое. Судя по толщине корок, вода в большей части желоба часто переливалась через края. Исходя из этих данных, а также из размера мельничных бассейнов, исследователи пришли к выводу, что в комплексе использовались верхнебойные, либо наливные колёса, т.е. вода падала на их в высшей части.
Согласно расчётам, наблюдаемая картина заполнения желоба водой вероятна в случае, если его сливной конец размещался выше колена (т.е. желоб слегка загибался ввысь). Но для чего? Исследователи пришли к выводу, что таковая конфигурация обеспечивала наиболее размеренный поток. Дело в том, что количество поступавшей в комплекс воды ограничивалось способностями акведука. Если создать напор очень мощным, верхние бассейны начнут переполняться, что чревато нарушениями работы колёс. Не считая того, время от времени отдельные мельницы требовалось останавливать — к примеру, для ремонта. В таком случае рос объём воды, падавшей на последующее колесо, увеличивался уровень в бассейнах. При всем этом больше всего рисковали самые нижние мельницы, которые мучались то от слабенького потока, то от переполнения находившихся выше резервуаров. Моделирование показало, что приподнятый коленчатый желоб дозволял минимизировать воздействие перепадов напора воды, в особенности если угол его наклона можно было регулировать.
а) Реконструкция нижней части комплекса, где в бассейнах 1 и 2 употребляются коленчатые желобы; b—e) рассчитанная форма струи воды при различных формах желоба. Вариант e) — приподнятый коленчатый желоб.
Создатели подчёркивают, что коленчатый желоб таковой формы не встречается больше ни в каких узнаваемых системах водяных колёс — старых и даже современных. Стильное решение, свидетельствующее о мастерстве старых инженеров, которое — кто понимает — может понадобиться даже для гидроэлектростанций XXI века. Так создатели перебрасывают мостик к современной проблематике — возобновляемым источникам энергии. А мне остаётся восхититься изобретательности археологов, смогших извлечь столько неповторимой инфы из неказистых карбонатных корок.