Durante il XIII secolo Alberto Magno riuscì ad isolare l’arsenico e ad identificarlo come metallo, per quanto il suo utilizzo risalisse a tempi ben più antichi: nell’ Età del Bronzo, l’arsenico veniva spesso incluso nella leghe a base di rame e stagno per renderle più dure.

Prima della corretta identificazione dell’arsenico come metallo, gli antichi utilizzavano soltanto quelli che vengono definiti i “sette metalli dell’antichità“: oro, argento, rame, stagno, piombo, ferro e mercurio.

Su questi metalli le civiltà antiche basarono la loro ricchezza economica, il loro successo in battaglia, le loro ipotesi sul mondo naturale e i loro prodotti per la cura della persona.

Le ragioni dell’impiego di solo 7 metalli tra tutto il ventaglio di elementi metallici disponibili oggi sono da ascrivere alle loro caratteristiche fisiche e alla loro reperibilità.

Punto di fusione

Con l’eccezione del ferro, il penultimo metallo ad essere sfruttato lungo la linea temporale della lavorazione dei metalli, tutti gli altri 6 metalli dell’antichità possedevano un basso punto di fusione.

Ci primi forni per la fusione dei metalli non riuscivano a raggiungere temperature sufficienti a fondere alcuni dei metalli conosciuti. Di fatto, il ferro non veniva fuso nel senso letterale del termine, ma reso “morbido” per poterlo lavorare con più facilità.

Il mercurio si trova raramente in stato nativo, molto più spesso all’interno di minerali come il cinabro, ma la sua bassissima temperatura di fusione (−38.829 °C) ne facilitava enormemente l’estrazione.

Stagno e piombo, dotati di punti di fusione molto bassi (rispettivamente 231 °C e 327 °C), potevano essere fusi utilizzando semplici forni alimentati da legna. Basta un accendino per fondere lo stagno, e la facilità di lavorazione del piombo lo resero uno dei metalli più utilizzati nell’antichità.

Argento e oro (il primo fonde a 961 °C, il secondo a 1064 °C) si trovano comunemente in forma nativa. Spesso l’oro non richiede la separazione da altri minerali per poter essere lavorato; l’argento invece si trova spesso sotto forma di galena, un mix di piombo e argento: la separazione dei metalli avveniva grazie ad un processo di separazione (coppellazione) basato sulle differenti temperature di fusione.

Anche il rame, con una temperatura di fusione di 1084 °C, si trova in forma nativa, ragione che lo portò ad essere impiegato dai nostri antenati migliaia di anni fa per realizzare asce (come quella di Ötzi), pugnali, scalpelli e tubature.

Per la lavorazione del ferro bisognerò tuttavia attendere l’evoluzione dei forni di fusione impiegati per gli altri metalli. Il ferro fonde a 1538 °C, una temperatura che fu raggiungibile solo utilizzando una combinazione di combustibili adatti (carbone), forni adeguati e una ventilazione costante in grado di massimizzare la produzione di calore.

Facilità di estrazione

Stagno, oro e argento si presentano comunemente anche in forma nativa, metallo puro non legato ad altri elementi. Lo stesso vale anche per il rame, ma si trova molto più abbondantemente all’interno di minerali come malachite e calcopirite.

Per separare il rame dai minerali che lo contengono occorre usare una fornace in grado di raggiungere almeno i 1089 °C. In passato tuttavia esistevano diversi depositi di rame nativo, come a Cipro e a Creta: poteva essere estratto semplicemente staccando pezzi di metallo dalla roccia.

Il mercurio può essere facilmente estratto dai composti che lo contengono scaldandoli a basse temperature: 500 °C sono sufficienti a separare questo metallo dal resto degli elementi.

Il piombo si trova spesso sotto forma di galena (solfuro di piombo), un minerale descritto da Plinio il Vecchio come “minerale di piombo”. E’ malleabile e fonde facilmente su carbone di legna producendo piccoe sfere di piombo.

La galena può contenere anche argento in percentuali variabili da 1 a 2%: in passato lo si estraeva semplicemente aggiungendo cenere d’ossa durante la combustione della galena per assorbire gli ossidi di piombo. Nell’antichità l’argento fu talvolta considerato più prezioso dell’oro e la galena rappresentò per secoli la principale fonte d’argento.

Rarità

Ad eccezione del ferro, uno dei metalli più diffusi in natura, gli altri sei metalli dell’antichità sono poco comuni o rari. Ma prima della scoperta delle modalità d’estrazione del ferro dai minerali che lo contengono, questo metallo era raro e l’unica fonte di ferro disponibile era quello di origine spaziale (ferro meteoritico).

Lo stagno, fondamentale per creare il bronzo, è un elemento relativamente raro nella crosta terrestre: 2 parti per milione (ppm) contro le 50.000 ppm del ferro, le 50 ppm del rame e le 14 ppm del piombo.

Le fonti di stagno erano rare nell’antichità, rarità che costrinse molti popoli produttori di bronzo ad istituire lunghe e complesse reti commerciali per estrarre la cassiterite (biossido di stagno), un minerale noto ai Greci (che chiamarono Cassiteridi alcune isole ricche di questo minerale) e citato da Plinio il Vecchio come principale fonte dello stagno utilizzato per la produzione del bronzo antico.

Il rame è l’ottavo metallo più abbondante sulla Terra. I suoi minerali sono presenti pressoché ovunque sul pianeta ed è facilmente riconoscibile nella sua forma nativa. Il rame è presente in oltre 160 minerali differenti, ma i più ricchi di questo metallo sono malachite, cuprite, calcopirite e crisocolla.

Il mercurio è un elemento estremamente raro nella crosta terrestre (circa 0,08 parti per milione). Dato che tende a non legarsi con moltissimi elementi che costituiscono la crosta terrestre, i minerali che lo contengono (come il cinabro) possono essere molto concentrati, con percentuali di mercurio fino al 2,5% della massa totale.

L’oro è un metallo relativamente raro (0,005 ppm nella crosta terrestre) che si manifesta prevalentemente in forma nativa principalmente sotto l’aspetto di piccole particelle, schegge o pepite incorporate in roccia come quarzo o pirite.

Anche l’argento è relativamente raro nella crosta terrestre (0,08 ppm) e si manifesta principalmente sotto forma di minerali come la galena. Essendo più reattivo dell’oro, si trova raramente in forma nativa, ragione per cui è stato considerato molto prezioso nei millenni passati: in Egitto veniva valutato più dell’oro fino al XV secolo a.C.

I sette metalli: facili da estrarre e da lavorare

Alla luce di queste informazioni, sembra evidente che la rarità dei metalli utilizzati nell’antichità non fosse un fattore così determinante per il loro impiego su larga scala quanto la loro facilità di manipolazione e il loro basso punto di fusione.

In assenza di analisi chimico-fisiche in grado di determinare l’esatta natura di un elemento, gli antichi contaminavano spesso i metalli che conoscevano con altri metalli a loro ignoti o semplicemente non identificati come tali: le contaminazioni volontarie e involontarie di arsenico nel bronzo antico furono frequenti, ma questo elemento non fu considerato un metallo fino a circa 700 anni fa.

La presenza in forma nativa di metalli come oro, argento e stagno semplificò sicuramente l’estrazione, ma ben presto i nostri antenati elaborarono metodi per estrarre i metalli che conoscevano dai minerali più comuni.

Di certo il basso punto di fusione aiutò nell’impresa: anche i forni utilizzati per la cottura della ceramica erano in grado di fondere metalli come stagno, piombo, mercurio, oro, argento e rame, aprendo il campo alla lavorazione dei metalli a qualunque civiltà conoscesse le tecniche di costruzione di forni efficienti.

Metals of antiquity
A Short History of Metals

Il rame nativo

La facilità di estrazione del rame nativo (spesso si trovano lingotti interi pronti per essere lavorati) portò i nostri antenati ad utilizzarlo oltre 10.000 anni fa per la realizzazione di oggetti dall’uso più disparato, da armi come asce e pugnali a scalpelli per la roccia o tubature.

Gli unici metalli la cui lavorazione è precedente a quella del rame sono l’oro, il piombo e il ferro di origine meteoritica, quest’ultimo impiegato solo nel suo stato nativo e non fuso (la tecnologia per la fusione del freddo non era ancora disponibile).

Inizialmente, l’uomo del Neolitico si limitò a lavorare a freddo il rame nativo, procedimento che non richiede elevate temperature; la lavorazione a freddo fu presto seguita dalla “cottura” del rame: esponendo il metallo a temperature di 200-300 °C, si aumenta considerevolmente la sua durezza a scapito di parte della malleabilità.

Successivamente, con l’avanzamento della metallurgia e dei forni di fusione, nacquero le prime tecniche per temprare e fondere questo metallo e realizzare stampi di cera, legno o pietra per dare forma al rame nativo fuso.

La fusione del rame nativo e l’impiego di stampi prevedono che si raggiungano 1084°C, la temperatura di fusione del metallo, all’interno di un crogiolo. I forni utilizzati nel Neolitico (“bassi fuochi”) non erano in grado di avvicinarsi a temperature simili e bisogna attendere i Sumeri e gli Egizi, che introdussero l’utilizzo di mantici per aumentare la temperatura dei forni.

Il crogiolo non è altro che una sorta di “pentola” in cui vengono depositati i frammenti di metallo da fondere. Nel Neolitico i crogioli erano realizzati generalmente con argilla e successivamente in ceramica; col passare del tempo assunsero una forma vagamente conica, per favorire l’accumulo e il recupero del metallo fuso sul fondo.

Estrazione del rame dai minerali

L’estrazione del rame dai minerali che lo contengono (come malachite e azzurrite), invece, richiede una lavorazione pre-fusione necessaria a separare il rame dal materiale inutilizzabile.

Dopo aver raccolto una discreta quantità di minerali, questi erano scaldati su fiamma viva per eliminare ossigeno e vapori sulfurei; i minerali venivano quindi sbriciolati con strumenti di pietra, posizionati in un crogiolo e inseriti nel basso fuoco. Raggiunta la temperatura di fusione del rame, le impurità che galleggiano in superficie venivano rimosse fino ad ottenere rame quasi puro.

Fu probabilmente l’uso del crogiolo e degli stampi che portò alla creazione del bronzo: i nostri antenati si accorsero presto che se viene aggiunto stagno o piombo al rame fuso la fusione e la stampa risultavano più semplici e producevano materiale più resistente.

Il bronzo, la prima lega metallica della storia

Il bronzo è una lega costituita da rame e stagno (o arsenico) in proporzioni variabili. Il primo bronzo era basato sulla combinazione di rame e arsenico (4-12%), un elemento che spesso contamina naturalmente i minerali a base di rame. Nel II° millennio d.C. si scoprì che lo stagno, reperibile nello suo stato nativo e meno pericoloso dell’arsenico (non crea fumi nocivi), creava una lega di bronzo più facile da modellare e stampare, oltre che più resistente.

Ci sono molte combinazioni per il bronzo: i primi esempi di lega di rame e stagno hanno percentuali variabili tra 2 e 10% di stagno, mentre il “bronzo plastico” contiene fino al 30% di piombo.

Il bronzo rivoluzionò il mondo antico sia dal punto di vista tecnologico sia da quello commerciale: questa nuova lega consentiva la creazione di oggetti difficilmente realizzabili in precedenza e molto più resistenti del rame, dando origine alle prime spade e asce dalle caratteristiche quasi moderne.

La scarsità dello stagno rispetto al rame (è il 49° metallo per diffusione sulla crosta terrestre) e l’impossibilità di trovare i due metalli nello stesso sito di estrazione costrinse gli antichi ad istituire rotte commerciali lunghe anche migliaia di chilometri, come quella che andava da un deposito di stagno in Cornovaglia fino al Medio Oriente.

Le spade di bronzo

Le prime spade di bronzo in nostro possesso risalgono a quasi 4.000 anni fa e sono state trovare nelle regioni costiere che circondano il Mar Egeo, probabilmente la prima regione europea in cui si sviluppò la tecnologia necessaria per costruire lame lunghe fino ad un metro (una spada tipica dell’ Età del Bronzo era lunga tra i 60 e gli 80 cm).

Lame più corte, tra i 30 e i 50 cm, sono state realizzate anche un millennio prima delle spade dell’Egeo, ma vengono generalmente classificate come “daghe”.

Le spade di bronzo (come il khopesh), sicuramente più resistenti, dure e affilate delle daghe di rame, venivano create facendo colare il bronzo fuso in uno stampo di pietra: dopo aver atteso il raffreddamento della lega, si rimuoveva lo stampo ottenendo una spada intera, completa di manico ed elsa, pronta per essere limata per rimuovere le eccedenze di materiale.

Queste spade tuttavia tendevano a piegarsi durante uno scontro armato: il bronzo mantiene parte della sua malleabilità anche dopo essere stato temprato, e non era raro dover raddrizzare la propria arma a colpi di sasso dopo qualche tempo di utilizzo in battaglia.

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Le proprietà del bronzo

Il bronzo ha indubbi vantaggi rispetto al rame: è duro come il ferro puro, ma viene intaccato diversamente dalla ruggine: forma una patina superficiale come il rame, ma non viene letteralmente “mangiato” come il ferro o l’acciaio, tanto che spade di bronzo di oltre 3.000 anni d’età sono in uno stato di conservazione quasi perfetto (come la spada di Goujian).

Bronzo e ferro hanno bene o male la stessa capacità di mantenere un bordo affilato, capacità di gran lunga inferiore a quella dell’acciaio. Contrariamente al ferro e all’acciaio, infine, man mano che si riporta una spada piegata alla sua forma originale, il bronzo che la costituisce tenderà a rafforzarsi e l’eventuale riparazione di una rottura completa dell’arma richiede solo di fondere nuovamente il bronzo e colarlo in uno stampo.

Perché quindi il ferro sostituì il bronzo, visto i vantaggi della lega a base di rame e stagno? La sostituzione fu probabilmente dovuta a ragioni logistiche: come citato in precedenza, i due metalli che costituiscono il bronzo devono essere estratti da località diverse e trasportati anche per migliaia di chilometri lungo regioni spesso turbolente e rotte commerciali poco sicure.

Il ferro, invece, è il metallo più abbondante sulla Terra. Anche se il ferro richiede circa 1500°C per fondere, rendendolo inadatto ai forni per il bronzo, si trova praticamente ovunque ed è l’unico metallo richiesto per la fabbricazione di armi, corazze e utensili.

Il ferro è anche il materiale di base per la produzione dell’ acciaio: aggiungendo carbonio al ferro (aggiunta inizialmente casuale, dovuta alla produzione di carbonio nei fuochi delle officine) si ottiene un materiale estremamente duro, molto più resistente di ferro puro o del bronzo e più adatto a mantenere bordi affilati anche dopo un utilizzo intenso.

Ötzi non viaggiava leggero: coperto da abiti di pelle, pelliccia e strati di erba tra i vestiti per isolarsi dal gelo, si portava dietro anche un arco di oltre 1 metro e 80 centimetri di lunghezza, una faretra con 14 frecce, un’ ascia di rame, un coltello di selce, due cesti di corteccia di betulla pieni di bacche e due specie di fungo, uno medicinale e l’altro utilizzato come esca per il fuoco (con tanto di selce e pirite per la creazione di scintille).

L’ascia di rame

Tra questi oggetti, l’ ascia di rame ha monopolizzato l’attenzione degli esperti. L’ascia, dal manico in legno di tasso e perfettamente conservata, è un esemplare più unico che raro: lunga 60 centimetri e ottenuta sfruttando la naturale curvatura del legno, è un esempio perfetto della tecnologia del tempo.

La testa dell’ascia è munita di una forcella per ospitare e assicurare saldamente la lama di rame al manico. La “saldatura” al manico fu realizzata utilizzando inizialmente un collante ottenuto dal catrame di betulla, e successivamente rafforzata con strisce di pelle.

La lama trapezoidale, lunga 9,5 centimetri, è composta al 99,7% da rame puro ed è stata ottenuta colando il rame fuso in uno stampo e lavorandolo a freddo per modellarlo e affilarlo. Sebbene le Alpi disponessero di giacimenti di rame già sfruttati al tempo di Ötzi, il rame usato per l’ascia proviene dalla Toscana e mostra analogie con altre asce rinvenute nel Bresciano e realizzate dalla Cultura di Remedello.

L’utilizzo del rame per la fabbricazione di strumenti di uso comune ebbe inizio qualche secolo prima della nascita di Ötzi (durante quella che viene definita comunemente Età del Rame) e fu il primo passo verso l’ottenimento, qualche secolo dopo, di un metallo di qualità superiore, il bronzo (lega di rame e stagno).

La facilità di estrazione (si trovano interi lingotti allo stato naturale) e di modellazione (può essere martellato a freddo fino ad ottenere la forma voluta) resero il rame il primo metallo ad essere lavorato su una scala relativamente vasta e una valida alternativa alla pietra.

Rame: metallo versatile ma troppo “morbido”

Nell’antico Egitto, il rame fu utilizzato per creare complessi sistemi di tubature per l’acqua lunghi anche un centinaio di metri e per la realizzazione di oggetti di uso comune come specchi, rasoi, pesi e ornamenti.

Il problema del rame, tuttavia, sono le sue scarse proprietà:

• E’ un metallo morbido, tanto da poter essere lavorato anche senza essere scaldato;
• Si piega facilmente ma si spezza con più difficoltà: questo non lo rende un materiale ideale per ottenere una lama che mantiene l’affilatura anche dopo diversi utilizzi;

Una lama di rame, quindi, tenderà a piegarsi man mano che la si usa e perderà facilmente il filo. Nel caso dell’ascia di Ötzi, la malleabilità della lama è mitigata dalla sua lunghezza ristretta e dalla forma compatta, ma diversi segni di usura hanno resistito per millenni.

L’ascia di Ötzi aveva bisogno di una manutenzione costante per mantenere la sua efficacia: doveva essere affilata di continuo, aveva bisogno di aggiustamenti nella forma dopo l’utilizzo contro superfici particolarmente dure e non costituiva ancora una valida alternativa ad alcuni strumenti di pietra, come dimostra il corredo litico dell’ uomo di Similaun.

Nonostante le scarse proprietà del rame, le asce di rame erano molto richieste nell’Età del bronzo: erano armi potenti, più leggere e meno fragili della pietra e rappresentavano uno status symbol, un’espressione dell’importanza rivestita all’interno della comunità d’appartenenza.

L’analisi dei capelli di Ötzi ha rilevato tracce di rame e arsenico, cosa che ha condotto gli esperti a speculare che fosse coinvolto attivamente nella fusione del rame, un’attività conosciuta e riservata a pochi “eletti”. E’ quindi bizzarro che l’assassino di Ötzi abbia lasciato un oggetto così prezioso e richiesto di fianco al cadavere: una delle ipotesi è che l’ascia della vittima avrebbe potuto incriminarlo agli occhi della comunità, costringendo l’assassino ad abbandonarla sul luogo del delitto.

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