حدود ۵۰۰۰ سال پیش در ایران باستان، انسان‌ها برای نخستین بار مس را با فرایند ذوب سنگ معدن استخراج کردند، تحولی فناورانه که احتمالا نقطه آغاز متالورژی محسوب می‌شود. پس از آن بود که تولید اشیای تزئینی، ابزار، سلاح و دیگر مصنوعات از مس و آلیاژهای برنزی در نقاط مختلف جهان رواج پیدا کرد. اما مطالعه این فرایندها دشوار است، زیرا آثار کمی باقی مانده است و از نمونه‌های موجود به‌شدت محافظت می‌شود.
به گزارش فیز، در پژوهشی که به‌تازگی منتشر شده است گروهی از محققان دانشگاه امآیتی روش جدیدی برای بررسی جزئیات فرایندهای اولیه فلزکاری به کار گرفتند. آن‌ها توده‌های سرباره ۵۰۰۰ ساله‌ــ پسماند حاصل از ذوب سنگ معدن‌ــ را با استفاده از سی‌تی اسکن و دیگر روش‌ها بررسی کردند.
این روش غیرتهاجمی که بیشتر در پزشکی کاربرد دارد، امکان مشاهده ساختارهای داخلی سرباره‌های باستانی را بدون آسیب‌رسانی فراهم می‌کند.
برای این مطالعه، از سرباره‌های به‌دست‌آمده از تپه‌حصار ایران استفاده شد، محوطه‌ای باستانی که قدمت آن به ۳۱۰۰ تا ۲۹۰۰ پیش از میلاد می‌رسد. این منطقه یکی از نخستین مکان‌هایی است که شواهد پردازش مس و تولید اشیای مسی در آن مشاهده شده است و از این جهت اهمیت دارد که آثار بسیار خوب حفظ شده و نمونه‌ای اولیه از جامعه‌ای است تا مسافت دور تجارت می‌کرده و دارای ساختار اجتماعی پیشرفته بوده است.
بنجامین ساباتینی، پژوهشگر پسادکتری، می‌گوید هرچند سرباره‌ها تصویر کاملی ارائه نمی‌دهند، اطلاعاتی درباره نحوه تبدیل سنگ معدن به فلز در تمدن‌های گذشته در خود دارند و توانایی فناوری در آن دوران را نشان می‌دهند. هدف پژوهشگران در این پروژه شناخت مراحل تولید مصنوعات براق فلزی براساس شواهد باقیمانده در سرباره‌ها بود.
ساباتینی و آنتوان آلانور، استاد متالورژی در دانشگاه امآیتی، سی‌تی‌اسکن را با روش‌های سنتی باستان‌شناسی، مانند برش نمونه‌ها، برای تحلیل بیشتر ترکیب کردند. سی‌تی‌اسکن توانست حفره‌ها و قطرات کوچک فلزی و غیرفلزی موجود در سرباره‌ها را آشکار کند، اطلاعاتی که می‌تواند ترکیب مواد اولیه و میزان پیشرفت فناوری فلزکاری در دوران باستان را نشان بدهد.
آلانور اشاره می‌کند عصر برنز اولیه از نخستین دوره‌های تعامل بشر با فلزات بوده است و آثار مربوط به آن دوره در باستان‌شناسی اهمیت زیادی دارند، اما مواد تشکیل‌دهنده آن‌ها کامل و دقیق مطالعه نشده‌اند. به گفته او، سی‌تی‌اسکن روشی تحول‌آفرین برای تصمیم‌گیری درباره نحوه برش و تحلیل آثار است.
سرباره زمانی تشکیل می‌شود که سنگ معدن برای استخراج فلز حرارت می‌بیند و مواد نامطلوب در حالت مذاب جدا می‌شوند. سرباره مواد معدنی باقیمانده، فلزات واکنش‌نداده و گاهی افزودنی‌هایی مانند سنگ‌آهک را شامل می‌شوند. سرباره چگالی کمتری از فلز دارد و هنگام سرد شدن مانند گدازه سفت می‌شود.
آلانور توضیح می‌دهد سرباره‌ها از نظر شیمیایی پیچیده‌اند، زیرا عناصری مانند آرسنیک را در خود نگه می‌دارند، که نقش مهمی در سنگ‌های مس‌دار دارند و بررسی آن‌ها ممکن است اطلاعاتی درباره فرایند ذوب ارائه دهد. اما این مواد به‌راحتی در محیط حل یا جابه‌جا می‌شوند و تفسیرشان دشوار است.
برخی نمونه‌های تپه‌حصار حاوی مس بودند و با روایت‌های مربوط به ذوب مس سازگار بودند، در حالی که برخی هیچ نشانی از مس نداشتند. سی‌تی اسکن امکان شناسایی قطرات دست‌نخورده حاوی مس و همچنین حفره‌های ناشی از خروج گازها را فراهم کرد. در برخی نمونه‌ها، ترکیبات فلزی آرسنید نیز یافت شده بود و درباره نقش آرسنیک در فلزکاری اولیه اختلاف نظر وجود داشت. پژوهش دانشگاه امآیتی نشان داد که آرسنیک در حالت‌های مختلف در سرباره وجود دارد و می‌تواند جابه‌جا شود یا کاملا از سرباره خارج شود، که تفسیر فرایندها را پیچیده‌تر می‌کند.
پژوهشگران می‌گویند سی‌تی‌اسکن در آینده می‌تواند ابزاری قدرتمند برای بررسی مواد و فرایندهای پیچیده باستانی باشد و همچنین به پژوهشگران در بازسازی و شناخت این فرایندها کمک کند.
