История стекла. От стеклянного оружия до стекол иллюминаторов космических кораблей

Стекло, используемое нами в повседневной жизни, искусственный материал, который создан человеком. Его природным аналогом является обсидиан, представляющий собой застывшую лаву вулкана или оплавленные скальные породы, которые образуются в магматических расплавах при высоких температурах во время извержения вулканов и падения метеоритов.

Обсидианы представляют собой полупрозрачные черные стекла, обладающие высокой твердостью и коррозионной стойкостью. Они использовались в древности в качестве режущего инструмента. Некоторые считают, что именно использование обсидианов подтолкнуло человека к созданию их искусственных аналогов, однако области распространения природных и искусственных стекол не совпадают.

Общим свойством, объединяющим обсидиан с обыкновенным стеклом, является его способность раскалываться на узкие фрагменты с острыми режущими или колющими краями. Это свойство обсидиана использовалось первобытными людьми в эпоху, предшествовавшую изобретению металлических орудий или оружия.

Можно смело сказать, что именно эти свойства сыграли огромную роль в развитии общества: в тех местах, где он был доступен, из него изготавливали орудия труда, оружие и украшения, также с древних времён широко использовался в глиптике (резьба на драгоценных и полудрагоценных камнях) и декоративной скульптуре. Свои колюще-режущие орудия майя и ацтеки, не умевшие выплавлять железо, изготавливали именно из обсидиана (например, маку-ауитль – холодное оружие ближнего боя у жителей Мезоамерики). Кроме того, обсидиан систематически становился материалом для изготовления предметов бытового обихода: зеркал, стёкол, масок или ритуальных фигурок. Крупные разработки обсидиана, ведущие своё начало из глубокой древности, до сих пор известны в мексиканском штате Идальго. Также известны старые обсидиановые копи в штате Герреро.

Благодаря способности порошка обсидиана в смеси с гашёной известью затвердевать под водой, применяется как гидравлическая добавка для портландцемента. Он используется также как добавка к извести, как сырьё для изготовления тёмного стекла и в качестве термоизоляции. Лезвия из обсидиана имеют гладкую кромку толщиной всего в несколько нанометров, что позволяет использовать их в качестве скальпелей.

Немецкая школа минералогии с XVIII века причисляла обсидиан к драгоценным камням второй цены, однако, многие ювелиры и геммологи долгое время не разделяли этого убеждения, считая обсидиан одной из обычных горных пород. В нынешнее время обсидиан считается поделочным камнем второй группы II порядка (по классификации Е.Я. Киевленко).

Создание стекла вызывает восхищение и овеяно легендами. «Стекло способно собирать солнечные лучи и отражать цвета моря, неба и травы – этот доселе невиданный материал» – так писал о стекле в своей «Естественной истории» в 77 году великий историк Древнего Рима Плиний Старший. Ему принадлежит одна из гипотез появления стекла, согласно которой «невиданный материал» совершенно случайно открыли финикийские купцы.

Караваны торговых судов, рассказывает Плиний, шли по реке Белос в Сирию. Возле небольшого поселения финикийские купцы сделали остановку. Для приготовления пищи им было необходимо построить небольшую печь. Однако, не обнаружив поблизости подходящих камней для ее сооружения, они решили заменить их кусками спрессовавшейся соды, которую везли в трюмах. Под воздействием высокой температуры от соединения соды с песком неожиданно образовалось некое прозрачное вещество, которое, застыв, приобрело серебристый блеск.

Рассказ Плиния скорее напоминает легенду. Возникла эта красивая легенда, вероятно, как отражение римского опыта стекольного производства. Опытным путём установлено, что таким способом стекло сварить невозможно. Жар, который даст даже очень большой костёр, будет недостаточен для того, чтобы образовался сплав песка и соды.

Хорошо известно, что для получения стекла требуется температура около двух тысяч градусов по Цельсию, чего, конечно же, не могли достичь финикийские купцы в примитивной печи на берегу Белоса.

С незапамятных времён стеклянные изделия встречались и в финикийских городах на восточном побережье Средиземного моря.

Древнейшее стекло выплавляли на открытом огне в глиняных мисках при довольно низкой температуре. Спекшиеся куски стеклянной массы бросали раскалёнными в воду, отчего они растрескивались на пластины, так называемые фритты. Потом фритты растирали в пыль жерновами и снова плавили. При археологических раскопках древних и средневековых стеклянных мастерских, как правило, находят две печи, одну для предварительной плавки, другую для плавки фритт. Полученное старинным способом, на открытом огне вещество выходило мутным, вязким и трудно поддающимся формовке. Оно было пригодно только для изготовления мелких предметов: бусин, амулетов, грубоватых мелких статуэток. Позже из стекла начали делать небольшие флаконы для благовоний. Техника выдувания тогда ещё не была известна, полые сосуды изготовлялись следующим способом: укреплённую на металлическом стержне глиняную или песчаную форму многократно окунали в расплавленную стеклянную массу, затем катанием и трением поверхность выглаживали, а сердечник после охлаждения тщательно выскребали.

Старейший из сохранившихся сосудов, изготовленных таким способом, – чаша фараона Тутмоса III, хранящаяся ныне в Мюнхенском музее. Она датируется 1450 годом до новой эры. Первая известная учёным письменная инструкция по производству стекла была создана примерно в 650 году до новой эры. Это – таблички с указаниями, как делать стекло, находившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашурбанипала (669–626 годы до новой эры).

Исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь – органическая (зола растений) либо неорганическая (сода).

Стекло изначально использовали в качестве глазури для глиняной посуды.

Открыв для себя новый удивительный материал, люди начали раскрывать его свойства и внедрять в свою жизнь. Одними из первых обнаруженных изделий из стекла стали украшения.

Мастера изготавливали из него бусины, флакончики и подвески. Египтяне, в отличие от жителей Двуречья, предпочитали непрозрачное стекло. Его окрашивали окислами металлов в синий, фиолетовый, желтый и другие цвета. Особенно распространенным было голубое и бирюзовое стекло, окрашенное медью, а зеленое стекло получали окрашиванием медью и железом. Только чиновники и особы царской крови могли позволить себе стеклянные изделия.

Древнеегипетские стеклоделы не умели получать прозрачное стекло, ведь для этого нужна температура около 1500 °C, поэтому первые бусины были окрашены в разные цвета.

Египтяне варили стекло в небольших глиняных горшках на открытом воздухе

По фрескам и руинам стекольных мастерских ученые восстановили в общих чертах технологию стеклоделия Древнего Египта.

Египтяне варили стекло в небольших глиняных горшках на открытом воздухе, разжигая под горшками сильное пламя. Пламя не давало нужного жара, приходилось повторять варку. Когда в горшках образовывалась густая и вязкая масса, как засахарившийся мед, из неё как из теста лепили нужные изделия. Стеклянную массу можно было месить, мять, лепить из неё, как из пластилина, всевозможные изделия.

Но это стеклянное тесто было таким горячим, что дотронуться до него рукой было нельзя. А из застывшего стекла уже ничего не вылепишь. Стекло оказалось на редкость трудным, непокорным материалом. Мало было изобрести стекло, надо было еще изобрести способ, как делать из него стеклянные вещи.

Египтяне нашли такой способ; они научились лепить из раскаленного стекла, не прикасаясь к нему рукой. Мастер брал длинный железный прут, к концу его прикреплял шарик из смеси песка с глиной. Подмастерье выхватывал из пламени горшок со стеклянным тестом, вываливал его на камень и начинал раскатывать железной скалкой. Не теряя времени, мастер прикладывал к раскаленной стеклянной массе шарик из глины и песка и, вертя прут в руках, наматывал на шарик горячее стекло. Стекло обволакивало шарик, прилипая к нему. Продолжая вертеть прут в руках и катая шарик по камню, мастер придавал стеклянному комку очертания кувшина.

Готовый кувшин надо было снять с прута. Для этого мастер выжидал, когда кувшин остынет, и потом осторожно поворачивал прут и песочный шарик рассыпался. Оставалась нужная стеклянная форма.

Мелкие предметы изготавливались следующим методом: на металлический прут помещался глиняный сердечник, на который наматывали горячее стекло.

Крупные изделия делались так: форму помещали в стеклянную массу и прокручивали. Стекло тонким слоем оседало на стенках и затвердевало, а форма впоследствии извлекалась.

В Древнем Египте изделия из стекла изготавливались посредством прессования стекломассы в открытых глиняных формах или путем ее навивания на палочку.

Хотя к XV веку до новой эры стекло массово производилось не только в Египте, в Передней Азии, но и на Крите, только к IX веку до новой эры были открыты технологии для производства бесцветного стекла.

В каждом регионе существовали свои особенности производства стекла. Мастерство и технологии передавались в строжайшей тайне от мастера к ученику.

Благодаря химической чистоте белый кварцевый песок с восточного побережья Средиземного моря широко использовался по всей Римской империи для производства стекла, получившего бурное развитие в I веке до новой эры.

Считается, что рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. В те времена обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола, то есть щелочь, при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.

Наиболее вероятно, что представления о стекле развивались в тесной связи с изготовлением гончарных изделий и металлообработкой. Возможно, на ранних стадиях стеклоделия древние мастера увидели аналогии в свойствах стекла и металлов, которые и определили технологические приемы обработки стекла. Признав стекло аналогичным металлу (пластичность в горячем состоянии, твердость в холодном), древние создали возможность перенести в стеклоделие приемы получения металлов. Таким путем были заимствованы тигли для варки стеклянной массы, формы для отливки изделий, технологические приемы горячей обработки (литье, сварка). Этот процесс происходил постепенно, особенно на первых этапах, поскольку по своей природе стекло и металл различны.

Предположение немецкого ученого Вагнера, который связывает появление стекла с получением металлов, кажется наиболее вероятным. В процессе плавления меди и железа образовывались шлаки, которые могли под действием тепла превращаться в стекло. Сейчас трудно установить, как именно было изобретено стекло, но без сомнений это открытие было случайным.

Образцы стекла в виде слитков, датируемые XXII–XXI веками до новой эры, обнаружены при раскопках в области Древнего Двуречья.

Археологические источники свидетельствуют, что искусственное стекло впервые было произведено на сирийском побережье, в Месопотамии или в Древнем Египте. Большая часть древнейших изделий из стекла была найдена в Египте, благодаря благоприятным для сохранения стекла климатическим условиям, но возможно, что некоторые из этих изделий были ввезены в Египет.

Стекло, создаваемое людьми, изначально тоже красотой и особенной прозрачностью не отличалось, оставаясь материалом, похожим на природные аналоги.

Следует отметить, что начинали использовать стекло только для декора и украшений. Это был слишком редкий и дорогостоящий материал, технология изготовления которого держалась в строжайшем секрете. Поэтому позволить себе носить бусы или серьги из стекла могли только очень богатые люди.

Самые древние образцы стеклянных изделий обнаружены в Египте

Самые древние образцы стеклянных изделий обнаружены в Египте. Речь идет о зеленой глазури, возраст которой оценивается приблизительно в 12 тысяч лет; из нее был изготовлен (приблизительно в 7000 году до новой эры) голубой амулет – древнейшее из найденных до сих пор стекол.

В Месопотамии археологи нашли стеклянную цилиндрическую печать возрастом примерно 4500 лет. Сосуды для благовоний – одна из частых находок учёных при раскопках территории Старовавилонского царства.

В старейших центрах человеческой цивилизации – Междуречье Тигра и Евфрата, а также долине Нила стекло было хорошо известно и довольно широко употреблялось уже в третьем тысячелетии до новой эры. Об этом свидетельствуют древние фрагменты стеклянных изделий, обнаруженных при археологических раскопках.

Уже в III–IV веках до новой эры египетские мастера научились изготовлять цветное стекло – зеленое и голубое, окрашивая массу окисью кобальта и марганца.

Самые древние изделия имели только стекловидный слой на поверхности фаянса, и найдены в гробнице фараона Джосера (III династия Древнего царства в Египте, 2980–2900 годы до новой эры).

Есть и ещё более ранние образчики – фаянсовые украшения возрастом около 5000 лет.

В позднем бронзовом веке в Египте и в Передней Азии технология изготовления стекла сделала резкий скачок. Археологические находки этого периода включают слитки из цветного стекла и сосуды, иногда с инкрустацией из полудрагоценных камней. Для изготовления египетского и сирийского стекла использовалась сода, которую легко получить из углей многих видов древесины, в особенности растений-галофилов (растения, растущие на солончаках и солонцах), произрастающих на берегу моря. Самые ранние сосуды производили, вращая пластичные стеклянные волокна вокруг формы из песка и глины, насаженной на металлический стержень. После этого, многократно нагревая стекло, добивались того, что оно сплавлялось в единый сосуд. Затем полосы цветного стекла можно было нанести поверх первоначальной формы, создавая таким образом орнаменты. Затем форму разрушали, а стержень вынимали из получившегося сосуда.

Стекло массово производилось в Передней Азии, на Крите и в Египте. Предполагается, что технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, и эти технологии применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств. В других местах стеклоделие состояло в обработке заранее приготовленного стекла, часто в виде слитков.

Затем стеклоделие было возобновлено в Сирии и на Кипре, при этом были найдены технологии для производства бесцветного стекла. Первое известное «пособие» по производству стекла датируется 650 годом до новой эры – это таблички, содержавшиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурба-напала.

В Египте стеклоделие так и не было возобновлено, пока оно не было принесено греками в царствие Птолемеев. В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера, в частности, столовую посуду. Была разработана технология смешения стекла нескольких цветов, так что получалась мозаичная структура. Именно в этот период бесцветное стекло начало цениться сильнее цветного, и, соответственно, усовершенствованы технологии его изготовления.

Бесцветное стекло люди научились делать гораздо позднее, вероятно в I веке новой эры: для обесцвечивания стали использовать марганец.

Во времена распространения греческой культуры на данные регионы произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера, в том числе столовую посуду. В этот период бесцветное стекло начало цениться особенно высоко, были усовершенствованы технологии его изготовления.

Сохранились египетские папирусы, в которых есть упоминание о «застывшей жидкости», обладающей чудесными свойствами. Археологами в египетских гробницах, сооруженных более четырех тысяч лет тому назад, были обнаружены стеклянные амулеты, фигурки богов, предметы домашнего обихода.

В отделении Берлинского музея, посвящённом древнеегипетской культуре, как величайшее сокровище хранится одинокая зеленоватая бусина, диаметром около 9 мм. Невзрачная с виду, она действительно является очень ценным музейным экспонатом, как древнейшее известное современным учёным изделие из стекла. Предполагают, что она была изготовлена около 5500 лет назад.

В Ашмолейском музее в Оксфорде находятся черная стеклянная бусина и кусочек фаянса бирюзового цвета времен первой династии египетских фараонов, правившей в 4000 году до новой эры. Предполагают также, что стекло начали изготавливать не египтяне, а ассирийцы, которые экспортировали свои изделия в Египет. Однако находки стекла в Ассирии, близ Тель Асмера, расположенного северо-западнее Багдада, относятся к 2700–2600 годам до новой эры; следовательно, они значительно моложе египетских.

Сосуды из глины и фарфора с цветной стекло-мозаикой периода с 1766 по 1122 год до новой эры обнаружены в Китае. Однако Китаем не ограничивается развитие производства стекла на Дальнем Востоке – изделия из стекла, возраст которых относится к 2000 году до новой эры, найдены в Индии, Корее и Японии.

Александрия была центром производства стекла на Востоке, где делалась изящная стеклянная посуда. Приблизительно около 250 лет до новой эры произошло открытие первого стекольного завода в Александрии. Технологии стеклоделия продолжали совершенствоваться и уже на рубеже новой эры в этом деле произошла революция. В восточных провинциях Римской империи начали строить высокотемпературные стеклоплавильные печи, что позволило выплавлять стеклянную массу значительно более высокого качества, в частности, получать привычное нам прозрачное, бесцветное стекло. В летописных источниках в связи с этим упоминается город Сидон в 50 году до новой эры. Тогда же в древнем финикийском городе Сидоне была изобретена техника выдувания стекла с помощью трубки.

В начале I века новой эры неизвестный нам римский (или сирийский) мастер сделал длинную и тонкую железную трубку с небольшим расширением на конце. На другой ее конец он насадил деревянный мундштук, чтобы защитить губы от ожога. Изобретение очень простое и вместе с тем гениальное: в продолжение почти двух тысяч лет все стеклянные вещи создавались этой трубкой.

Это дало возможность изготавливать прозрачные тонкостенные сосуды самой разнообразной формы.

Эта железная трубка оказалась чрезвычайно гениальным изобретением. Пользуясь ею, можно было выделывать самые разнообразные стеклянные вещи, красивые и изящные, с очень тонкими стенками.

Работа со стеклодувной трубкой очень напоминает выдувание мыльных пузырей через соломинку. На конец трубки набирают комок жидкого стекла. Затем начинают дуть в трубку. Комок вспучивается и постепенно превращается в стеклянный пузырь. Можно раздуть пузырь так, что стенка его станет не толще пленки мыльного пузыря, но прочнее. Пока пузырь не остыл, ему можно придать любую форму. Достаточно малейшего прикосновения, чтобы стенка пузыря приплюснулась в этом месте. Такой она и останется, когда стекло остынет.

При помощи палочек и щипцов можно из пузыря сделать любую вещь: вазу, чашу, кувшин.

Римляне варили стекло не на костре, как египтяне, а в стекловаренной печи, сложенной из камня. Поэтому им удавалось получать более высокие температуры, и стекло у них плавилось уже по-настоящему, превращаясь в ослепительно сияющую жидкость, из которой при помощи стеклодувной трубки легко выдувался стеклянный пузырь.

У египтян была другая технология изготовления предметов из стекла. Они варили стекло в небольших глиняных горшках на костре. Пламя не давало нужного жара, приходилось повторять варку. Когда в горшках образовывалась густая и вязкая масса, из неё как из теста лепили нужные изделия.

Стеклодувная трубка дожила до наших дней, не претерпев значительных изменений. Она представляет собой полый металлический стержень длиной 1–1,5 м, на одну треть обшитый деревом. Кроме этого важнейшего инструмента, мастер нуждается в металлических ножницах для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке, а также длинных пинцетообразных клещах для вытягивания и формования.

Спустя некоторое время, из готового стекла, используя метод выдувания, научились делать длинные стеклянные цилиндры, которые разрезали и выпрямляли, получая плоский лист. Этот способ использовали вплоть до 1900-х годов для изготовления художественного стекла.

В правление императора Октавиана Августа (первая половина I века) развивавшееся ранее лишь в восточных провинциях искусство стеклоделия распространяется по всей огромной империи. Мастерские устраивают в Италии, Испании, Галлии, Британии и Германии. В обиход римлян начинают прочно входить застеклённые окна и стеклянная посуда. Конечно, стекло в Древнем Риме не такой дешёвый и широко употребляемый материал, как в наши дни, но всё же оно довольно доступно. Средней зажиточности гражданин может себе его позволить. «Беден тот, чье жилище не украшено стеклом» – утверждал знаменитый римский оратор Цицерон.

Со временем в западной части империи возникли собственные знаменитые мастерские. Своими стеклоделами прославились Галлия и Рейнская область. Нашествия варварских племён и распад Римской империи в V веке повлекли за собой упадок многих наук и ремёсел. Не стало исключением и стеклоделие. В средние века многие рецепты, известные в древности, были либо полностью утрачены, либо оставались достоянием немногих посвящённых – потомственных мастеров или алхимиков, нередко имеющих репутацию колдунов. Они не торопились делиться секретами ремесла, поэтому стеклянные изделия стали предметами роскоши.