البرونز الزرنيخي

البرونز الزرنيخي هو سبيكة يُضاف فيها الزرنيخ إلى النحاس ، إما بدلاً من القصدير أو معادن أخرى ، أو بالإضافة إليها . ويؤدي استخدام الزرنيخ مع النحاس، سواء كمكون ثانوي أو مع مكون آخر كالقصدير، إلى منتج نهائي أقوى وخصائص صب أفضل . ^{[ 1 ]}

غالباً ما يكون خام النحاس ملوثاً بشكل طبيعي بالزرنيخ؛ ولذلك، فإن مصطلح "البرونز الزرنيخي" عند استخدامه في علم الآثار يُطبق عادةً فقط على السبائك التي تحتوي على نسبة زرنيخ تزيد عن 1% من حيث الوزن، وذلك لتمييزها عن الإضافات العرضية المحتملة للزرنيخ. ^{[ 2 ]}

على الرغم من وجود البرونز الزرنيخي في السجلات الأثرية حول العالم، إلا أن أقدم القطع الأثرية المعروفة حتى الآن، والتي يعود تاريخها إلى الألفية الخامسة قبل الميلاد، عُثر عليها في الهضبة الإيرانية. [3] يوجد الزرنيخ في عدد من خامات النحاس ( انظر الجدول على اليمين ^{، مقتبس من} ليختمان وكلاين ، 1999 ) ، [ ^{4 ] وبالتالي} فإن بعض التلوث بالزرنيخ في النحاس أمر لا مفر منه. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح تمامًا إلى أي مدى أُضيف الزرنيخ عمدًا إلى النحاس ^{[ 5 ]} وإلى أي مدى نشأ استخدامه ببساطة من وجوده في خامات النحاس التي عُولجت لاحقًا بالصهر لإنتاج المعدن.

يتطلب إعادة بناء تسلسل محتمل للأحداث في عصور ما قبل التاريخ دراسة بنية رواسب خام النحاس، والتي تتكون في معظمها من الكبريتيدات. ^{[ 6 ]} تحتوي المعادن السطحية على بعض النحاس الحر والمعادن المؤكسدة، ولكن معظم النحاس والمعادن الأخرى قد جُرفت إلى داخل جسم الخام، مُشكلةً منطقة إثراء ثانوية. تشمل هذه المنطقة العديد من المعادن مثل التينانتيت ، بما يحتويه من الزرنيخ والنحاس والحديد . وبالتالي، استُخدمت الرواسب السطحية أولًا؛ ومع بعض العمل، كُشفت خامات كبريتيدية أعمق، وتم استخراجها، واكتُشف أن المادة من هذا المستوى تتمتع بخصائص أفضل.

باستخدام هذه الخامات المختلفة، توجد أربع طرق محتملة ربما استُخدمت لإنتاج سبائك البرونز الزرنيخي. ^{[ 3 ]} وهي:

• تتمثل هذه الطريقة في الإضافة المباشرة للمعادن أو الخامات الحاملة للزرنيخ، مثل الريالغار، إلى النحاس المنصهر. ورغم إمكانية هذه الطريقة، إلا أنها تفتقر إلى الأدلة.
• اختزال زرنيخات النحاس المحتوية على الأنتيمون أو الفالور لإنتاج سبيكة غنية بالزرنيخ والأنتيمون. وهذا أمر ممكن عملياً تماماً.
• اختزال كبريتيدات النحاس المحمصة مثل التينانتيت والإينارجيت . ينتج عن هذه الطريقة أبخرة سامة من أكسيد الزرنيخ وفقدان جزء كبير من الزرنيخ الموجود في الخامات. ^{[ 7 ]}
• الصهر المشترك للخامات المؤكسدة والكبريتية مثل الملاكيت والأرسينوبيريت . وقد أثبتت هذه الطريقة فعاليتها، مع انبعاث كميات قليلة من الأبخرة الخطرة أثناء العملية، وذلك بفضل التفاعلات بين المعادن. ^{[ 4 ]}

يشير ثورنتون وآخرون ^{[ 8 ]} إلى تطور أكبر لدى عمال المعادن. ويشيرون إلى أن زرنيخيد الحديد تم إنتاجه عمدًا كجزء من عملية صهر النحاس، ليتم تداوله واستخدامه في صنع البرونز الزرنيخي في أماكن أخرى عن طريق إضافته إلى النحاس المنصهر.

تشمل المصنوعات من البرونز الزرنيخي طيفًا واسعًا من الأدوات المعدنية، من الفؤوس إلى الحلي. تضمنت طريقة التصنيع تسخين المعدن في بوتقات، ثم صبه في قوالب من الحجر أو الطين. بعد التصلب، كان يُصقل، أو في حالة الفؤوس والأدوات الأخرى، يُقسّى بالطرق على حافته الحادة بمطرقة، مما يُرقّق المعدن ويزيد من صلابته. ^{[ 6 ]} كما كان من الممكن نقش أو تزيين القطع النهائية حسب الحاجة.

على الرغم من أن الزرنيخ كان على الأرجح يُخلط بالنحاس في الأصل نتيجةً لاحتوائه على خاماته، إلا أن استخدامه استمر على الأرجح لعدة أسباب. أولًا، يعمل الزرنيخ كمزيل للأكسدة، إذ يتفاعل مع الأكسجين في المعدن المنصهر لتكوين أكاسيد الزرنيخ التي تتبخر من المعدن السائل. إذا ذاب قدر كبير من الأكسجين في النحاس السائل، فعند تبريد المعدن، ينفصل أكسيد النحاس عند حدود الحبيبات، مما يقلل بشكل كبير من مطيلية القطعة الناتجة. مع ذلك، قد يؤدي استخدامه إلى زيادة خطر الحصول على مصبوبات مسامية، نظرًا لذوبان الهيدروجين في المعدن المنصهر وفقدانه لاحقًا على شكل فقاعات (مع العلم أنه يمكن لحام أي فقاعات بالحدادة، مما يترك كتلة المعدن جاهزة للتصليد بالتشكيل). ^{[ 1 ]}

ثانيًا، تتميز هذه السبيكة بقدرة أكبر على التصلب بالتشكيل مقارنةً بالنحاس النقي، مما يجعلها أكثر كفاءةً عند استخدامها في القطع أو التقطيع. وتزداد قدرة التصلب بالتشكيل مع زيادة نسبة الزرنيخ، ويمكن تقوية البرونز بالتشكيل على نطاق واسع من درجات الحرارة دون الخوف من التقصف. ^{[ 1 ]} ويمكن ملاحظة تحسن خصائصها مقارنةً بالنحاس النقي بإضافة نسبة ضئيلة من الزرنيخ تتراوح بين 0.5 و2  % وزنيًا، مما يُحسّن الصلابة وقوة الشد بنسبة تتراوح بين 10 و30%. ^{[ 7 ]}

ثالثًا، يمكن أن يضفي الزرنيخ، بنسبٍ صحيحة، لمعانًا فضيًا على القطعة المصنعة. وتشير الأدلة إلى وجود خناجر برونزية مطلية بالزرنيخ من القوقاز ، بالإضافة إلى قطع أثرية أخرى من مواقع مختلفة، ذات طبقة سطحية غنية بالزرنيخ، والتي ربما تكون قد صُنعت عمدًا على يد حرفيين قدماء، ^{[ 9 ]} كما صُنعت الأجراس المكسيكية من النحاس مع كمية كافية من الزرنيخ لتلوينها بالفضة. ^{[ 7 ]}

استُخدم البرونز الزرنيخي من قِبل العديد من المجتمعات والثقافات حول العالم. ففي البداية، تُعدّ الهضبة الإيرانية ، تليها منطقة بلاد ما بين النهرين المجاورة، والتي تشمل معًا إيران والعراق وسوريا الحالية، موطنًا لأقدم صناعة للبرونز الزرنيخي في العالم، كما ذُكر سابقًا. وقد استُخدم هذا البرونز من الألفية الرابعة قبل الميلاد وحتى منتصف الألفية الثانية قبل الميلاد ، أي ما يقارب ألفي عام. وقد لوحظ تباين كبير في محتوى الزرنيخ في القطع الأثرية خلال هذه الفترة، مما يجعل من المستحيل تحديد الكمية المُضافة عمدًا والكمية التي أُضيفت عرضيًا بدقة. ^{[ 5 ]}

تم توضيح هذه المسائل بشكل كبير بحلول عام 2016. الموقعان الأثريان المهمان في شرق تركيا ( محافظة ملاطية ) هما نورشونتيبي ودغيرمنتيبي ، حيث كان إنتاج البرونز الزرنيخي يجري قبل 4000 قبل الميلاد. وقد عُثر في هذين الموقعين على مواقد أو أفران ذات تهوية طبيعية، وخبث، وخام، وأصباغ. وكان ذلك في سياق مجمعات معمارية نموذجية للعمارة الجنوبية لبلاد ما بين النهرين.

بحسب بوشر (2016)، في موقع ديغيرمنتيبي، صُنعت قطع نحاسية تحتوي على الزرنيخ بوضوح حوالي عام 4200 قبل الميلاد، إلا أن الجوانب التقنية لهذا الإنتاج لا تزال غير واضحة. ويعود ذلك إلى أن عملية صهر الخام الأولية يبدو أنها كانت تتم في مكان آخر، ربما في مواقع التعدين نفسها. ^{[ 10 ]}

في المقابل، يوفر موقع نورشونتيبي ذو الصلة سياقًا أفضل للإنتاج، ويُظهر أن شكلًا من أشكال إضافة الزرنيخ كان يحدث بالفعل بحلول الألفية الرابعة قبل الميلاد. وبما أن الخبث الذي تم تحديده في نورشونتيبي لا يحتوي على الزرنيخ، فهذا يعني أن الزرنيخ قد أُضيف بشكل منفصل. ^{[ 11 ]}

تشمل المجتمعات التي استخدمت البرونز الزرنيخي الأكاديين ، وسكان أور ، والأموريين ، وجميعهم ^كانوا متمركزين حول نهري دجلة والفرات ومراكز شبكات التجارة التي نشرت البرونز الزرنيخي في جميع أنحاء الشرق الأوسط خلال العصر البرونزي. [ ^{5 ]}

يحتوي كنز ناهال مشمار، الذي يعود إلى العصر النحاسي في صحراء يهودا غرب البحر الميت، على عدد من القطع الأثرية المصنوعة من البرونز الزرنيخي (4-12% زرنيخ)، وربما النحاس الزرنيخي ، باستخدام تقنية الشمع المفقود ، وهي أقدم استخدام معروف لهذه التقنية المعقدة. ويشير تأريخ الكربون-14 للحصيرة المصنوعة من القصب التي لُفّت بها القطع إلى أنها تعود إلى 3500 قبل الميلاد على الأقل. وفي هذه الفترة، انتشر استخدام النحاس على نطاق واسع في بلاد الشام، مما يدل على تطورات تكنولوجية كبيرة توازي التقدم الاجتماعي الكبير في المنطقة. ^{[ 12 ]}

في مصر القديمة ، تأكد استخدام البرونز/النحاس المحتوي على الزرنيخ منذ المرحلة الثانية من حضارة نقادة، ثم شاع استخدامه حتى بداية المملكة الحديثة، أي في العصر النحاسي المصري، والعصر البرونزي المبكر والمتوسط، وفي نفس الحقب الزمنية في النوبة القديمة أيضًا. ^{[ 13 ]} في المملكة القديمة ، عصر بناة أكبر الأهرامات، استُخدم النحاس المحتوي على الزرنيخ في صناعة الأدوات في الجيزة . ^{[ 14 ]} كما جرى تصنيع النحاس المحتوي على الزرنيخ في الورشة التي اكتُشفت في حيت الغراب بالجيزة، " مدينة بناة الأهرامات المفقودة" من عهد منقرع. ^{[ 15 ]} عُثر على قطع أثرية مصرية ونوبية مصنوعة من النحاس المحتوي على الزرنيخ في مجموعات بروكسل ، ^{[ 16 ]} ولايبزيغ . ^{[ 17 ]} في المملكة الوسطى، ازداد استخدام البرونز القصديري في مصر القديمة والنوبة. ^{[ 18 ]} من أكبر الدراسات التي تناولت هذه المواد دراسة شفرات الفؤوس المصرية والنوبية في المتحف البريطاني ، وقد أسفرت عن نتائج مماثلة. ^{[ 19 ]} ويمكن ملاحظة وضع مشابه في كرمة التي تعود إلى العصر البرونزي الوسيط . ^{[ 20 ]} وقد نُشرت أدلة على الإنتاج المتعمد للبرونز الزرنيخي، ودلائل على عملية السبائك الإسمنتية للنحاس مع السبائك داخل بوتقات خزفية، بالإضافة إلى قطعة من السبائك، من المواقع الأثرية التي تعود إلى عصر الدولة الوسطى في جزيرة الفنتين . ^{[ 21 ]}

تتكون رواسب الكبريتيدات غالبًا من مزيج من كبريتيدات المعادن المختلفة، مثل النحاس والزنك والفضة والزرنيخ والزئبق والحديد ومعادن أخرى. ( على سبيل المثال، يُعدّ السفاليريت (كبريتيد الزنك مع نسبة متفاوتة من الحديد) شائعًا في رواسب كبريتيد النحاس، والمعدن الناتج عن صهره هو النحاس الأصفر، وهو أصلب وأكثر متانة من النحاس). من الناحية النظرية، يمكن فصل المعادن، لكن السبائك الناتجة عادةً ما تكون أقوى بكثير من المعادن منفردة.

انتشر استخدام البرونز الزرنيخي على طول طرق التجارة إلى شمال غرب الصين، وصولاً إلى منطقة قانسو - تشينغهاي ، حيث ظهرت حضارات سيبا ، وكيجيا ، وتيانشانبيلو . ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت مصنوعات البرونز الزرنيخي مستوردة أم محلية الصنع، على الرغم من أن الاحتمال الأخير هو الأرجح نظراً لاستغلال الموارد المعدنية المحلية. من جهة أخرى، تُظهر هذه المصنوعات روابط نمطية مع سهوب أوراسيا. ^{[ 22 ]}

شهد العصر النحاسي في شمال إيطاليا ، مع حضارتي ريميديلو ورينالدوني في الفترة ما بين 2800 و2200 قبل الميلاد، استخدام البرونز الزرنيخي. في الواقع، يبدو أن البرونز الزرنيخي كان أكثر السبائك شيوعًا في حوض البحر الأبيض المتوسط ​​في ذلك الوقت. ^{[ 23 ]}

في أمريكا الجنوبية ، كان البرونز الزرنيخي هو السبيكة السائدة في الإكوادور وشمال ووسط بيرو، نظراً لوفرة خامات الزرنيخ فيها. في المقابل، كانت جبال الأنديز الجنوبية والوسطى، وجنوب بيرو، وبوليفيا، وأجزاء من الأرجنتين، غنية بخام القصدير الكاسيتريت ، ولذلك لم يُستخدم البرونز الزرنيخي فيها. ^{[ 7 ]}

تشتهر حضارة سيكان في شمال غرب بيرو الساحلية باستخدامها للبرونز الزرنيخي خلال الفترة من 900 إلى 1350 ميلاديًا. ^{[ 24 ]} وقد تعايش البرونز الزرنيخي مع البرونز القصديري في جبال الأنديز، ربما بسبب ليونته العالية التي سمحت بتشكيله بسهولة إلى صفائح رقيقة كانت ذات قيمة في المجتمع المحلي. ^{[ 7 ]}

تشير السجلات الأثرية في مصر وبيرو والقوقاز إلى أن البرونز الزرنيخي صُنع لفترة من الزمن إلى جانب البرونز القصديري. في تلة يحيى، استمر استخدامه حتى العصر الحديدي لصناعة الحلي والأشياء الزخرفية، ^{[ 3 ]} مما يدل على أنه لم يكن هناك تتابع بسيط للسبائك عبر الزمن، حيث حلت سبائك جديدة متفوقة محل السبائك القديمة. لا توجد مزايا معدنية حقيقية تُذكر لتفوق البرونز القصديري، ^{[ 1 ]} وقد أشار باحثون سابقون إلى أن البرونز الزرنيخي قد تم التخلي عنه تدريجيًا بسبب آثاره الصحية. لكن من المرجح أنه تم التخلي عنه في الاستخدام العام لأن مزجه بالقصدير أعطى مصبوبات ذات قوة مماثلة للبرونز الزرنيخي، ولكنها لم تكن تتطلب مزيدًا من التصليد بالتشكيل لتحقيق القوة المطلوبة. ^{[ 6 ]} من المحتمل أيضًا أنه كان من الممكن تحقيق نتائج أكثر دقة باستخدام القصدير، لأنه كان من الممكن إضافته مباشرة إلى النحاس بكميات محددة، بينما كان من الصعب جدًا تحديد الكمية الدقيقة للزرنيخ المضاف بسبب عملية التصنيع. ^{[ 7 ]}

الزرنيخ عنصر ذو نقطة تبخر تبلغ 615  درجة مئوية، مما يعني أن أكسيد الزرنيخ سيفقد من المصهور قبل أو أثناء الصب، ومن المعروف منذ فترة طويلة أن الأبخرة الناتجة عن إشعال النار في التعدين ومعالجة الخامات تهاجم الجهاز العصبي والعينين والرئتين والجلد. ^{[ 25 ]}

يؤدي التسمم المزمن بالزرنيخ إلى اعتلال الأعصاب المحيطية ، مما قد يسبب ضعفًا في الساقين والقدمين. وقد تم التكهن بأن هذا يكمن وراء أسطورة الحدادين العرج في العديد من الثقافات والأساطير، مثل الإله اليوناني هيفايستوس . ^{[ 26 ]} وبما أن هيفايستوس كان حدادًا من العصر الحديدي، وليس من العصر البرونزي، فإن الصلة ستكون من الذاكرة الشعبية القديمة. ^{[ 27 ]}

عُثر على مومياء محفوظة جيدًا لرجل عاش حوالي عام 3200 قبل الميلاد ^{[ 28 ]} في جبال الألب أوتزتال ، والمعروف باسم أوتزي ، وقد أظهرت مستويات عالية من جزيئات النحاس والزرنيخ في شعره. هذا، بالإضافة إلى نصل فأس أوتزي النحاسي، الذي تبلغ نسبة نقائه 99.7%، دفع العلماء إلى التكهن بأنه كان يعمل في صهر النحاس . ^{[ 29 ]}

لم يُستخدم البرونز الزرنيخي إلا نادرًا في العصر الحديث. ويبدو أن أقرب بديل له هو النحاس الزرنيخي ، وهو نحاس يحتوي على أقل من 0.5% من الزرنيخ من حيث الكتلة، وهي نسبة أقل من النسبة المقبولة في القطع الأثرية. ويؤدي وجود 0.5% من الزرنيخ في النحاس إلى خفض التوصيل الكهربائي إلى 34% من توصيل النحاس النقي، بل إن نسبة ضئيلة تصل إلى 0.05% تُخفضه بنسبة 15%. ^{[ 7 ]}

• النحاس الزرنيخي
• النحاس الزرنيخي

• أدوات نجارين من النحاس الزرنيخي من ناكسوس، حوالي 2700 إلى 2200 قبل الميلاد . المتحف البريطاني . مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 نوفمبر 2007.
• صفحة النتائج، تتضمن بعض المعلومات عن البرونز الزرنيخي . مشروع سيكان الأثري. مؤرشف من الأصل بتاريخ 7 أبريل 2010.