Химический анализ подтвердил предположение, что самый дорогой сорт стекла в Римской империи первых веков нашей эры производился в Египте. Ключевым для исследования оказалось содержание изотопов редкого элемента гафния.
Легенду об изобретении стекла до нас донес Плиний Старший («Естественная история», XXXVI, 65.). По его словам, к берегам Финикии однажды пристал корабль, который вез груз кристаллической соды из Египта. Моряки решили развести огонь, чтобы приготовить еду, но не смогли найти на берегу камней для очага и принесли для этого несколько кусков соды с корабля. От огня сода сплавилась с песком, и получилось стекло. Конечно, вряд ли эта история происходила именно на финикийском берегу, но, возможно, в глубокой древности именно таким образом люди впервые увидели стекло и сообразили, как его изготовить.
Производство стекла в Римской империи значительно увеличилось с I века нашей эры. Центром его было восточное Средиземноморье, где в большом количестве имелся качественный кварцевый песок. Помимо стеклянных сосудов, изготовляли стекло для окон и для мозаик.
Стекло действительно получали из кварцевого песка и кристаллической соды (натрона), которая добывалась в Египте. В крупных печах вместимостью 8–20 тонн выплавляли большие пластины стекла, а потом переплавляли их в стеклянные изделия. Такое производство существовало, по крайней мере, до X века, когда произошел переход от потока минеральной соды к растительной золе, что положило конец римской традиции производства стекла.
Различались несколько сортов стекла, ценившиеся по-разному. Как писал Плиний Старший, наиболее ценилось «полностью бесцветное и прозрачное стекло, наиболее похожее на горный хрусталь». В эдикте императора Диоклетиана о максимальных ценах (301 год), говорится, что александрийское стекло может продаваться по 24 динария за фунт, зеленоватое стекло из Иудеи — по 13, чаши и сосуды из прозрачного александрийского стекла — по 30, чаши и сосуды из прозрачного стекла из Иудеи — по 20, оконное стекло высшего качества — по 8.
Известны две разновидности римского прозрачного стекла, содержащие марганец или сурьму. Эти добавки способствовали окислению содержащегося в песке железа от синеватого Fe2+ до почти бесцветного Fe3+. Печи, где выплавляли марганцевое стекло, были открыты археологами в Леванте. Следов производства стекла с добавкой сурьмы пока не найдено. Судя по эдикту Диоклетиана, можно предположить, что такое стекло могло доставляться в Рим из Александрии, то есть центром его производства был Египет. Более того, в Египте с древних времен умели делать различные разновидности цветного стекла, а к 18-й династии (1550–1292 годы до н. э.) имелось развитое и налаженное стекольное производство. Археологи нашли немало египетских стеклянных бусин черного, синего, зеленого, желтого, белого и красного цветов. Но ученым не удавалось найти свидетельства, что египтяне первых веков нашей эры делали прозрачное стекло. Находки прозрачного стекла в Египте незначительны: это некоторые украшения из гробницы Тутанхамона и несколько других предметов.
Локализовать производимое стекло исследователи пытаются при помощи анализа изотопов химических элементов, содержащихся в стекле в виде незначительных примесей. Характерный состав этих изотопов может указать на местонахождение песка, использованного античными мастерами. Но определение изотопов стронция (86Sr/88Sr) и неодима (146Nd и 144Nd) не помогло. И в марганцевом, и в сурьмяном стекле картина была одинаковой. Изотопный состав стронция в образцах стекла совпадает с содержанием изотопов стронция в морской воде. По мнению ученых, так получалось из-за мелких обломков морских раковин, содержавшихся в песке. Изотопы гафния указывают на общий источник — песок, выносимый в море Нилом и распределявшийся морскими течениями по юго-восточному побережью Средиземного моря. Авторы нового исследования — химики и археологи из Дании, Великобритании и Германии — обратились к изучению изотопов гафния (179Hf и 177Hf). Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Образцы для исследования были добыты датско-немецкой археологической экспедицией в городе Джараш в Иордании, расположенном примерно в пятидесяти километрах от столицы страна Аммана. В начале нашей эры Джараш и Амман назывались Гераса и Филадельфия и входили в состав Декаполиса — группы полуавтономных городов с греческим населением, с 63 года подчиненных Риму. Римляне построили в Леванте отличные дороги, и Гераса в эпоху римского владычества процветала благодаря активной торговле. В 129 году город посетил император Адриан, и это событие было отмечено возведением триумфальной арки. В 614 году город захватили персидские войска, а несколько лет спустя — арабы, и Гераса вошла в состав Халифата, получив арабское название Джараш. Но процветание города продолжилось. В городе было множество лавок, чеканилась собственная монета, а особенно город славился изготовлением керамических ламп, на которых обязательно указывалось имя гончара и название города. Наряду с мечетями в городе продолжали действовать несколько церквей.
В 749 году сильное землетрясение разрушило город, и пески покрыли его руины. Лишь в начале XVI века на этом месте возникла небольшая деревня. Руины античной Герасы первым обнаружил в начале XIX века немецкий путешественник Ульрих Зеетцен, но систематические раскопки начались здесь значительно позже, в 1920-е годы, и с тех пор продолжаются почти без перерывов. Гераса сохранила так много античных памятников, что ее стали называть «Помпеями Востока» (иногда пишут, что Помпеями город назывался в древности, но это неверно). Посетитель города может увидеть площадь, окруженную прекрасной ионической колоннадой, храмы Зевса и Артемиды, два театра, арку Адриана, ипподром, термы, большой нимфей с акведуком, городские стены и остатки других построек. Датские и немецкие археологи работают в северо-западном квартале Герасы.
Они нашли более 160 фрагментов античного стекла, относящихся к разным типам. Там было и стекло с марганцем, и стекло с сурьмой, и стекло, содержащее оксид титана TiO2 (про него уже известно, что его делали в Египте), и даже стекло с включением как марганца, так и сурьмы. Последний тип стекла получался, когда сплавляли разные заготовки, вероятно, это вторичное использование разбитого стекла. Для исследования были выбраны 37 осколков, относящихся к разным типам.
Для анализа была применена ионообменная хроматография. Образцы массой по 20 мг брались из центральной части стекла, чтобы избежать возможного загрязнения. Результаты подтвердили одинаковое соотношение изотопов стронция и неодима в разных типах стекла, а вот соотношение изотопов гафния оказалось различным. При этом изотопный портрет стекла с сурьмой оказался близок египетскому стеклу с оксидом титана, а в марганцевом стекле наблюдалась совсем иная картина.
Исследователи объясняют различие в содержании гафния примесями минерала циркона в переносимом Нилом песке. Хотя циркон имеет состав ZrSiO4, в его кристаллической решетке атом циркония иногда замещается гафнием, а в результате в составе минерала обычно есть несколько процентов гафния. В процессе переноса песка волнами или ветром происходила сортировка, и берегов Леванта достигали только фракции с определенным содержанием циркона, а значит, и с характерным соотношением изотопов гафния.
Один из авторов исследования, профессор Университетского колледжа Лондона Иен Фристоун (Ian Freestone) сказал: «Эти впечатляющие результаты ясно показывают потенциал изотопов гафния в выяснении происхождения древних материалов. Я предсказываю, что они станут важной частью научного инструментария, используемого в наших исследованиях древней экономики».
