Введение
Природное вулканическое стекло
Обсидиан (/ə//b/'s//ɪ//d//i//ən//, /ɒ//b// / əbSIDeeən ob) – это природное вулканическое стекло, образующееся при быстром охлаждении лавы, изверженной из вулкана, с минимальным ростом кристаллов. Это магматическая порода. Обсидиан формируется из фемсической лавы, богатой легкими элементами, такими как кремний, кислород, алюминий, натрий и калий. Обычно он встречается по краям риолитовых лавовых потоков, известных как обсидиановые потоки. Эти потоки имеют высокое содержание диоксида кремния, что придает им высокую вязкость. Высокая вязкость препятствует диффузии атомов в лаве, подавляя первый этап (нуклеацию) в формировании минеральных кристаллов. В сочетании с быстрым охлаждением это приводит к образованию природного стекла из лавы. Обсидиан твердый, хрупкий и аморфный, поэтому он скалывается острыми краями. В прошлом его использовали для изготовления режущих и колющих орудий, а также экспериментально – в качестве хирургических скальпелей.
Происхождение и свойства
В книге "Естественная история" римского писателя Плиния Старшего содержится несколько предложений о вулканическом стекле, называемом обсидианом (lapis obsidianus), обнаруженном в Эфиопии римским исследователем Обсидием. Обсидиан образуется из быстро охлаждающейся лавы, которая является исходным материалом. Экструзивное образование обсидиана может происходить при быстром охлаждении фелсической лавы по краям потока лавы или вулканического купола, или при внезапном контакте лавы с водой или воздухом. Внутрикратерное образование обсидиана может происходить при охлаждении фелсической лавы вдоль краев дайки. Ранее многие считали, что тектиты – это обсидиан, образовавшийся в результате извержений лунных вулканов, хотя в настоящее время лишь немногие ученые придерживаются этой гипотезы. Обсидиан похож на минерал, но не является истинным минералом, поскольку, как стекло, он не имеет кристаллической структуры; кроме того, его состав слишком изменчив для классификации как минерал. Иногда его классифицируют как минералоид. Хотя обсидиан обычно темного цвета, подобно мафическим породам, таким как базальт, его состав чрезвычайно фелсический. Обсидиан состоит в основном из SiO2 (диоксида кремния), обычно в количестве 70% или более по массе. Кристаллические породы с аналогичным составом включают гранит и риолит. Поскольку обсидиан является метастабильным на поверхности Земли (со временем стекло девитрифицируется, превращаясь в мелкозернистые минеральные кристаллы), обсидиан возрастом старше миоцена встречается редко. К исключительно старым образцам обсидиана относятся кредовый сваренный туф и частично девитрифицированный ордовикский перлит. Этот процесс превращения обсидиана ускоряется при наличии воды. Хотя новообразованный обсидиан содержит мало воды, обычно менее 1% по массе, он постепенно гидратируется при контакте с грунтовыми водами, образуя перлит. Чистый обсидиан обычно темного цвета, хотя оттенок меняется в зависимости от присутствующих примесей. Железо и другие переходные элементы могут придавать обсидиану темно-коричневый или черный цвет. Большинство черных обсидианов содержат наноинклюзии магнетита, оксида железа. Очень немногие образцы обсидиана почти бесцветны. В некоторых камнях включение небольших, белых, радиально сгруппированных кристаллов (сферулитов) минерала кристобалита в черное стекло создает пятнистый или снежинковый рисунок (снежинковый обсидиан). Обсидиан может содержать пузырьки газа, оставшиеся от потока лавы, выровненные вдоль слоев, образовавшихся при течении расплавленной породы перед ее охлаждением. Эти пузырьки могут создавать интересные эффекты, такие как золотистый блеск (блестящий обсидиан). Иридесцентный, радужный блеск (огненный обсидиан) вызван включением наночастиц магнетита, создающих интерференцию тонких пленок. Цветной, полосатый обсидиан (радужный обсидиан) из Мексики содержит ориентированные наностержни геденбергита, которые вызывают эффект радужной полосы за счет интерференции тонких пленок. Обсидиан встречается в Канаде, Чили, Грузии, Эквадоре, Сальвадоре, Греции, Гватемале, Венгрии, Исландии, Индонезии, Италии, Японии, Кении, Мексике, Новой Зеландии, Папуа – Новой Гвинее, Перу, России, Шотландии, на Канарских островах, в Турции и в Соединенных Штатах. Обсидиановые потоки, по которым можно совершать походы, находятся в кальдерах вулканов Ньюберри и Медисин-Лейк в Каскадном хребте западной части Северной Америки, а также в кратерах Иньо к востоку от Сьерра-Невады в Калифорнии. В Йеллоустонском национальном парке есть склон горы, содержащий обсидиан, расположенный между горячими источниками Маммут и бассейном гейзера Норрис, а отложения можно найти во многих других западных штатах США, включая Аризону, Колорадо, Нью-Мексико, Техас, Юту, Вашингтон, Орегон и Айдахо. В центральном Средиземноморье существует четыре основных месторождения: Липари, Пантеллерия, Палмарола и Монте-Арчи (Сардиния). Древними источниками в Эгейском море были Милос и Гьяли. Город Ацигёль и вулкан Гёллю-Даг были наиболее важными источниками в центральной Анатолии, одном из важнейших регионов источников на доисторическом Ближнем Востоке.
Доисторическое и историческое использование
Первые известные археологические свидетельства использования обсидиана были обнаружены в Кариандуси (Кения) и других памятниках ашельской культуры (начало 1,5 миллиона лет назад), датируемых 700 000 годом до н.э., хотя на этих стоянках найдено значительно меньше предметов, чем относящихся к неолиту. Производство обсидиановых лезвий на Липари достигло высокого уровня мастерства к концу неолита, и они распространялись в торговле до Сицилии, южной долины реки По и Хорватии. Обсидиановые лезвия использовались в ритуальных обрезаниях и для перерезания пуповины новорожденных. Известно, что обсидиан из анатолийских источников использовался в Леванте и современном Иракском Курдистане начиная примерно с 12 500 года до н.э. Обсидиановые артефакты широко распространены в Телл-Браке, одном из древнейших месопотамских городских центров, датируемом концом пятого тысячелетия до нашей эры. Обсидиан ценился в культурах каменного века, поскольку, как и кремень, его можно было скалывать для получения острых лезвий или наконечников стрел в процессе, называемом сколом. Как и любое стекло и некоторые другие природные породы, обсидиан раскалывается характерным раковистым изломом. Его также полировали для изготовления первых зеркал. Современные археологи разработали относительный метод датирования – датирование по гидратации обсидиана – для определения возраста обсидиановых артефактов.
Европа
Обсидианные артефакты впервые появились на европейском континенте в Центральной Европе в среднем палеолите и стали обычными в верхнем палеолите, хотя и существуют исключения. Обсидиан играл важную роль в распространении неолитических знаний и опыта. Материал в основном использовался для изготовления сколотых орудий, которые были очень острыми благодаря своим свойствам. Артефакты из обсидиана можно найти во многих неолитических культурах по всей Европе. Для культур, населявших территорию Греции и прилегающие к ней земли, источником обсидиана был остров Милос; культура Starčevo–Körös–Criș получала обсидиан из источников в Венгрии и Словакии, а культурный комплекс Cardium Impresso – из островных обнажений центрального Средиземноморья. Благодаря торговле эти артефакты попадали в земли, расположенные за тысячи километров от места их происхождения, что свидетельствует об их высокой ценности. Джон Ди владел зеркалом из обсидиана, которое было привезено из Мексики в Европу между 1527 и 1530 годами после завоевания этого региона Эрнандо Кортесом.
Ближний Восток и Азия
В Убайде в 5-м тысячелетии до нашей эры лезвия изготавливались из обсидиана, добытого из обнажений в современной Турции. Древние египтяне использовали обсидиан, импортированный из восточного Средиземноморья и южных районов Красного моря. В восточной части Средиземноморья этот материал использовался для изготовления инструментов, зеркал и декоративных предметов. Обсидиановые инструменты использовались в Японии вблизи областей вулканической активности. Обсидиан добывался в период Дзёмон. Обсидиан также был найден в Гилате, археологическом памятнике на западе Негева в Израиле. Восемь обсидиановых артефактов, датируемых халколитом, обнаруженных на этом памятнике, были прослежены до источников обсидиана в Анатолии. Анализ методом нейтронной активации (NAA) обсидиана, найденного на этом памятнике, позволил выявить ранее неизвестные торговые пути и сети обмена.
Северная и Южная Америка
Литический анализ помогает понять доиспанские народы Мезоамерики. Тщательный анализ обсидиана в культуре или местности может быть весьма полезен для реконструкции торговли, производства и распределения, и, таким образом, для понимания экономических, социальных и политических аспектов цивилизации. Это подтверждается исследованиями в Яхчилане, городе майя, где изучались даже военные последствия, связанные с использованием обсидиана и его осколков. Другой пример – археологические находки на прибрежных стоянках чумашей в Калифорнии, указывающие на значительную торговлю с отдалённым местом горячих источников Каса-Диабло в горах Сьерра-Невада. Доколумбовое использование обсидиана мезоамериканцами было обширным и сложным, включая резьбу и обработку обсидиана для изготовления инструментов и декоративных предметов. Мезоамериканцы также создавали мечи с обсидиановыми лезвиями, закреплёнными в деревянном основании. Это оружие, называемое макуахуитль, могло наносить ужасные ранения, сочетая остроту обсидианового лезвия с рваными ранами, наносимыми зазубренным оружием. Копьё с обсидиановым наконечником называлось тепостопилли. Некоторые ацтекские жрецы использовали обсидиановые зеркала для вызывания видений и предсказаний. Они были связаны с Тезкатлипокой, богом обсидиана и колдовства, чьё имя с языка науатль можно перевести как «Дымное зеркало». Аналогичные методы прослеживания также позволили установить, что обсидиан, найденный в Греции, происходит с островов Милос, Нисирос или Гьяли в Эгейском море. Обсидиановые ядра и лезвия торговались на большие расстояния вглубь страны от побережья. В Чили обсидиановые орудия из вулкана Чаитен были обнаружены на расстоянии до Чан-Чана, расположенного к северу от вулкана, а также на стоянках в 400 км к югу от него.
Океания
Культура Лапита, существовавшая на обширной территории Тихого океана примерно в 1000 году до н.э., широко использовала инструменты из обсидиана и активно занималась торговлей обсидианом на большие расстояния. Сложность технологии изготовления этих инструментов и бережное отношение к их хранению могут свидетельствовать о том, что помимо практического применения они ассоциировались с престижем или высоким социальным статусом. Обсидиан также использовался на Рапа-Нуи (Остров Пасхи) для изготовления режущих инструментов, таких как Матаиа, и зрачков глаз их моаи (статуй), которые обрамлялись кольцами из птичьих костей. Обсидианом вырезали знаки письма ронгоронго.
Текущее использование
Обсидиан можно использовать для изготовления чрезвычайно острых ножей, а обсидиановые лезвия — это тип стеклянного ножа, изготовленного из природного обсидиана вместо искусственного стекла. Некоторые хирурги используют обсидиан для изготовления скальпельных лезвий, хотя это не одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для применения на людях. Хорошо изготовленные обсидиановые лезвия, как и любые стеклянные ножи, могут иметь режущую кромку, во много раз более острую, чем высококачественные стальные хирургические скальпели: толщина режущей кромки лезвия составляет всего около трех нанометров. При просмотре под достаточно мощным микроскопом все металлические ножи имеют зазубренную, неровную кромку; однако обсидиановые лезвия остаются гладкими даже при исследовании под электронным микроскопом. Одно исследование показало, что через семь дней надрезы, сделанные обсидианом, вызывали меньшее количество воспалительных клеток и меньше грануляционной ткани у группы крыс, но различия исчезли через двадцать один день. Дон Крэбтри изготавливал хирургические лезвия из обсидиана и опубликовал статьи на эту тему. Основной недостаток обсидиановых лезвий — их хрупкость по сравнению с металлическими, что ограничивает их хирургическое применение специализированными областями, где это не представляет проблемы. В зависимости от направления распила, обсидиан имеет различный вид: в одном направлении он иссиня-черный, а в другом — блестящий серый. "Слёзы апачей" — это небольшие округлые кусочки обсидиана, часто встречающиеся в серовато-белой перлитовой матрице. С 1970-х годов плинты для проигрывателей виниловых пластинок изготавливаются из обсидиана, например, серовато-черный плинту SH 10B3 от Technics.