Aktualne wydanie

2019 10 oladka

       10/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner konferencja  2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Krótka historia szkła. Szkło naturalne
Data dodania: 06.02.17

W 2007 r. na dorocznym konwencie The Minerals, Metal & Materials Society w Orlando (USA) naukowcy z 68 krajów wybrali 10 najważniejszych wynalazków w historii ludzkości. Wynalazek szkła znalazł się na czwartej pozycji, jako najważniejsza technologia nie związana z obróbką metali.

 

 

Szkło najlepszym przyjacielem człowieka?



Rzeczywiście, szkło towarzyszy ludzkości od zarania dziejów. Już 2 miliony lat temu pierwsi hominidzi w Afryce znali i przetwarzali w użyteczne narzędzia szkło naturalne. Szkło bowiem występuje dość powszechnie w przyrodzie. Minęło jednak wiele czasu nim człowiek współczesny nauczył się wytwarzać sztucznie szkło.

 

Czym jest szkło? Najprościej przedstawić je jako amorficzny, to znaczy bez wyraźnie wyróżnionej struktury wewnętrznej (uporządkowania), stop dwu tlenku krzemu SiO2 i różnych tlenków metali i nie-metali. Powstaje on ze stopionego SiO2, po gwałtownym ochłodzeniu, które uniemożliwia wytworzenie uporządkowanej budowy wewnętrznej. Atomy zostają jakby zamrożone na swoich pozycjach.

 

Najważniejszą cechą szkła jest temperatura transformacji (Tg), powyżej której lepkość materiału zmniejsza się, aż ulegnie stopieniu w miarę wzrostu temperatury. Tym odróżnia się szkło od materiałów krystalicznych (na przykład sól kuchenna) i metali, które po osiągnięciu temperatury topienia (Tm) przechodzą w stan płynny. Dawniej nazywano szkło przechłodzoną cieczą, ale nie jest to prawidłowe określenie. Przechłodzone ciecze, po wytrąceniu ze stanu kwazi-równowagi krystalizują, ulegając zestaleniu, a szkła nawet po ochłodzeniu do temperatur bliskich 0oK nie wykazują budowy krystalicznej.

 

 

Dary Nieba…



Czysty SiO2, czyli kwarc, wykazuje budowę krystaliczną (istnieje kilka różnych form) o temperaturze topienia 1713oC. Spotykamy go na co dzień w postaci piasku. Występujące w przyrodzie szkło naturalne, to nic innego jak odpowiednio „zabrudzony” kwarc. Niezbędne warunki powstawania naturalnego szkła występują w trakcie erupcji wulkanicznych, uderzeń piorunów w ziemię lub przy upadku meteorytów. We wszystkich tych przypadkach następuje gwałtownie ochładzanie stopionego materiału. I tak szkło pochodzenia wulkanicznego nazywane są obsydianami, rurkowate twory powstałe po uderzeniu pioruna w ziemię to fulguryty (u dawnych Słowian nazywane „Perunowe strzałki”), a szkło pochodzenia meteorytowego nazywamy tektytami.

 

O ile fulguryty i tektyty znalazły głównie zastosowania rytualne (wota świątynne czy dary grobowe) i ozdobne (wszelkiego rodzaju biżuteria i elementy wykończeniowe), to obsydian stał się surowcem do produkcji rozlicznych narzędzi, również we współczesnym świecie.

 

Pochodzenie tektytów nie jest do końca wyjaśnione. Ich skład jest na tyle zmienny, że trudno przypisać je do jednej kategorii. Różnią się od pozostałych szkieł występujących w naturze bardzo niską zawartością wody, poniżej 0,01%, oraz wysoką zawartością SiO2 i niską zawartością tlenków sodu i potasu. Obecnie przyjmuje się, że część tektytów ma pochodzenie meteorytowe, zarówno pochodzenia pozaziemskiego, na przykład Księżycowe, jak również w wyniku upadków dużych meteorytów. W efekcie zderzenia meteorytu z powierzchnią ziemi część materiału ulega stopieniu i rozrzuceniu na znaczne odległości. Tę hipotezę wspierają wyniki analiz składu części tektytów wskazujące na ich powstanie ze stopionych skał osadowych. To odróżnia tektyty od szkieł wulkanicznych, które powstają ze stopionych rodzimych skał płaszcza ziemi. Są też znacznie twardsze (6-7 w skali Mohsa) i mają stosunkowo niski współczynnik załamania światła. Ich niewielkie rozmiary spowodowały, że w licznych kulturach prehistorycznych znajdowały zastosowanie jako przedmioty związane kultami religijnymi (wota) lub do wytwarzania biżuterii. Dobrym przykładem jest pektorał Tutenchamona (rys. 1), którego elementy zostały wykonane ze „szkła pustyni” (Libyan Desert Glass – LDG).

 

 

a)

2017 2 44 1

b)

2017 2 44 2

c)

2017 2 44 3

Rys. 1. Szkło naturalnego pochodzenia: a) obsydian i wyroby Majów z Gwatemali [źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Obsidian#/media], b) fulguryt [źródło: https://commons.wikimedia. org/wiki/File:Fulgurite1.jpg], c) tektyt z Australii [źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Tektite#/media]

 

(...)

 

… i dary Ziemi

 

Nazwę „obsydian” wprowadził Pliniusz Starszy w swej Historii Naturalnej spisanej w początkach pierwszego wieku naszej ery, jako określenie rodzaju skał znalezionych przez podróżnika Obsjusza w Etiopii, wymieniając ją pomiędzy innymi rodzajami szkła. Polska Wikipedia mylnie przypisuje nazwę Teofrastowi z Erezos na wyspie Lesbos, ten uważany jest bowiem za ojca botaniki.

 

Obsydian powstaje przy gwałtownym chłodzeniu lawy wulkanicznej bogatej w SiO2, powyżej 70%, z dodatkiem tlenków żelaza (głównie Fe3O4) i tlenku magnezu (MgO). Ma on zabarwienie od czarnego po czarno-zielone. Jego skład chemiczny jest zależny od wulkanu, jak również od daty jego erupcji.

 

Proces powstawania szkła, czyli jego wytopu z surowców w wysokiej temperaturze, powoduje, że jego skład chemiczny nie odpowiada ściśle składowi chemicznemu surowców. Powodem jest ulatnianie się części składników w trakcie stapiana masy szklarskiej, zresztą tak samo w piecu jak w wulkanie. Z tego też względu analiza składu szkła nie pozwala jednoznacznie określić, z czego dane szkło powstało. 

 

Rozwiązanie przyszło wraz z postępem analizy pierwiastków śladowych (takich, które są w bardzo małych ilościach i generalnie nie mają wpływu na własności fizyczne szkła) oraz analiza składu i stosunku izotopów niektórych pierwiastków, np. strontu i ołowiu. Dotychczasowe prace geologów (geochemików) pozwoliły na stworzenie dokładnych „odcisków palca” dla większości wulkanów.

 

 

2017 2 45 1

Rys. 2. Pektorał Tutenchamona

 

 

Dlatego archeolodzy badając skład narzędzi wykonanych z obsydianu mogą ściśle określić jego pochodzenie. Co więcej, w 1960 r. Irvin Friedman i Robert Smith zaproponowali sposób datowania wyrobów z obsydianu poprzez mikroskopowe badanie głębokości uwodnienia (hydratacji) powierzchni. W 2002 r. dwie niezależne grupy badaczy wprowadziły zmodyfikowaną metodę spektroskopową (Secondary Ion Mass Spectometry – SIMS), która pozwala na znacznie dokładniejsze datowanie, z jednoczesnym określeniem składu chemicznego i jest metodą nie niszczącą dla badanego obiektu. Dzięki temu badacze mogli określić nie tylko miejsce i czas powstania poszczególnych znalezisk, ale również odtworzyć prawdopodobne szlaki handlowe w epoce neolitu, aż po epokę brązu.

 

Najstarsze narzędzia wykonane z obsydianu znaleziono w Kariandusi na terenie dzisiejszej Kenii w Afryce, pochodzące sprzed 1,8 miliona lat. Nagromadzenie prostych narzędzi do rozbijania czy ucierania (z grubsza obrobiony kamień, tak by dobrze leżał w dłoni, tzw. „pięściak”) w jednym miejscu sugeruje, że odbywała się tam produkcja na potrzeby całej społeczności przypisywanej do lokalnej kultury Aszelskiej. Kultura ta narodziła się w środkowo-wschodniej Afryce (następuje po kulturze Olduwai) by rozprzestrzenić się na tereny Azjii i Europy.

 

Podobne znalezisko na zboczach góry Arteni na północnym Kaukazie (obecna Gruzja), datowane na 1,4 mln lat temu, przypisywane jest działalności homo erectus. Co ciekawe, obsydian z tej lokalizacji był eksploatowany przez Neandertalczyków, a później zaopatrywali się w niego ludzie współcześni (homo sapiens). Narzędzia z obsydianu pochodzące z góry Arteni znaleziono zarówno na terenie dzisiejszej Ukrainy, jak i na terenie Anatolii i całego Lewantu. 

 

 

2017 2 45 2

Rys. 3. Pięściak kultury aszelskiej [źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/]

 

 

Pierwsze technologie „szklarskie”



Technologia obróbki obsydianu ewoluowała z czasem od prostych pięściaków po coraz bardziej zaawansowane narzędzia, jak groty włóczni i strzał, skrobaki i noże, aż po miecze czy piły. W 1969 r. Graham Clark w swoim drugim wydaniu Prehistorii Świata zaproponował podział rozwoju narzędzi kamiennych na 5 okresów opierając się na technologii ich wykonania, a nie w zależności od datowania danego stanowiska. Najwcześniej stosowaną techniką (Mode I) było proste rozłupywanie brył obsydianu i wykorzystywanie powstałych rozłupków.

 

Następny okres (Mode II) to technika odłupywania fragmentów materiału aż do osiągnięcia pożądanego kształtu. W kolejnym kroku (Mode III), prawdopodobnie zawdzięczanym Nederlandczykom, to technika zwana „lewaluaską” (od stanowiska archeologicznego Levallois- Perret we Francji), polegającą na takim odłupywaniu krawędzi większej bryły kamiennej, by następnie jednym uderzeniem oddzielić płaski fragment o ostrych krawędziach. Wszystko to miało miejsce nim na arenie dziejów pojawił się człowiek współczesny, emigrujący z Afryki w kilku falach począwszy od 100 tys. lat temu, podążając śladem innych hominidów.

 

Narzędzia z obsydianu towarzyszą najwcześniejszej działalności homo sapiens, niezależnie od geograficznej lokalizacji. Co więcej, obsydianowe narzędzia wykonane rękoma homo sapiens wykazują znaczne podobieństwo to tych, jakie pozostawili po sobie Neandertalczycy. Biorąc pod uwagę ostatnie doniesienia z archeo-genetyki, wskazujące na wzajemne krzyżowanie się Neandertalczyków i homo sapiens (genom Euroazjatów zawiera do 7% genów pochodzących od Neandertalczyków i tylko Afrykanie są pozbawieni takiej domieszki) można przypuszczać, że wzajemne kontakty owocowały również transferem technologii.

 

Geograficznej ekspansji homo sapiens towarzyszy pojawianie się analogicznych narzędzi w materiale archeologicznym o znacznym stopniu zaawansowania. Jednocześnie obserwujemy intensywne kontakty handlowe na bardzo duże odległości. Dość nadmienić, że narzędzia i bryły obsydianu pochodzące z Kaukazu czy Afganistanu znajdowane są w całej wschodniej Azji, a te pochodzące z greckiej wyspy Melos – nawet na Wyspach Brytyjskich.Nie inaczej rzecz ma się w Australii i Nowej Zelandii, gdzie obsydianowe narzędzia jeszcze do niedawna stosowane były do wykonywania rytualnych tatuaży. Dotyczy to również całej Polinezji.

 

O ile znaczenie sztuki obróbki obsydianu ulega zmarginalizowaniu w epoce brązu na terenie Euroazji, to w obu Amerykach technologia ta była stale rozwijana, aż do czasu najazdu Europejczyków. Narzędzia stworzone w obu Amerykach są przykładem znakomitego zrozumienia natury surowca i wynikającej z tego technologii obróbki. W historii Ameryki przedkolumbijskiej broń wykonana z metalu (czy to miedzi czy też z brązu) ma charakter rytualny. Prawdziwe narzędzia tnące wykonane są zazwyczaj z obsydianu, co dotyczy również broni. Także pierwsze lustra były wykonywane z polerowanego obsydianu, zarówno w starożytnym Egipcie i Grecji, jak i w Ameryce. Badania nad prehistorycznymi narzędziami z obsydianu trwają, a nowe techniki analityczne (badania izotopowe) niosą nadzieję na uściślenie naszej wiedzy na ten temat.

 

 

2017 2 46 1

Rys. 4. Lustro Azteków wykonane z obsydianu [źródło: https://commons.wikimedia.org/wiki]

 

 

Rozwijająca się w ostatnich latach eksperymentalna archeologia pozwala na odtwarzanie procesów technologicznych niezbędnych do wytworzenia danego przedmiotu z zastosowaniem narzędzi dostępnych w danej epoce. Pozwoliło to na ustalenie jak zmieniała się w czasie obróbka obsydianu, co znacznie zmieniło poglądy na rozwój ludzkości. 

 

W czasach współczesnych ostrza wykonane z obsydianu nadal są używane w chirurgii a także do tatuaży. Rękodzielnicy zaś wykonują z niego biżuterię i ceramikę artystyczną.

 

Zastanawiający jest całkowity brak artefaktów ze stopionego obsydianu w materiale archeologicznym.

 

 

Tomek W.

 

 


Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 02/2017

 

 

 

 

01 chik
01 chik