Jednym z największych osiągnięć technologicznych starożytności, które miało także ogromny wpływ na cywilizacyjne oblicze późniejszych epok, było opanowanie siły płynącej wody dla potrzeb gospodarki, przede wszystkim do poruszania rozmaitych użytecznych mechanizmów.
Pierwsze prace nad skonstruowaniem urządzeń wykorzystujących siłę płynącej wody prowadzono we wschodniej części basenu Morza Śródziemnego już w okresie hellenistycznym. Pierwszym świadectwem istnienia młynów wodnych jest przekaz Strabona dotyczący takich urządzeń zainstalowanych w pałacu króla Pontu Mityrydatesa VI Eupatora w Kabirze w północno-wschodniej Azji Mniejszej (Strabon, Geografia XII, 3, 30). W swoim skąpym świadectwie grecki geograf mówi o urządzeniu zwanym ὑδραλέτης, które oznacza w grece właśnie młyn wodny, lub osobę odpowiedzialną za obsługę takiego urządzenia. Kabira leżała w specyficznym, górzystym regionie Azji Mniejszej, na równinie w sąsiedztwie jednego z pasm Gór Pontyjskich (Paryadres Mons). Strabon podaje, że w bezpośredniej bliskości miasta znajdowały się tereny łowieckie oraz kopalnie (Strabon, Geografia XII, 3, 30). Teren górski i podgórski, z licznymi ciekami wodnymi i spadkami terenu sprzyjał eksperymentom z urządzeniami wykorzystującymi moc spadającej wody. Motywacją do budowy młynów mogło być też zapewnienie pałacowi regularnych i szybkich dostaw mąki, a więc ostatecznie do polepszenia zaopatrzenia w żywność i uniezależnienia się od mozolnej pracy młynarzy.
Greccy technicy i inżynierowie prowadzili w okresie hellenistycznym ważne prace hydrotechniczne dochodząc do wielu istotnych osiągnięć. Już cywilizacja minojska eksperymentowała z inżynierią wodną, czego świadectwem jest akwedukt z epoki brązu, dostarczający wodę miastu Knossos na Krecie. Inżynierowie korzystali także ze spuścizny ludów bliskowschodnich w zakresie irygacji i techniki wodnej. W Mezopotamii w końcu III tys. przed Chr. i w Egipcie w połowie II tys. przed Chr. użytkowano już urządzenia do przenoszenia wody na wyższy poziom, w postaci prostego żurawia, czyli szadufu. Władcy asyryjscy w I tysiącleciu przed Chr. przykładali ogromną wagę do właściwego zaopatrzenia miast w wodę, czego przykładem mogą być inwestycje króla Sancheriba (704-681 przed Chr.). W celu zapewnienia stałych dostaw wody dla Niniwy wybudował on kanał i akwedukt w pobliżu Jerwan. Była to jedna z pierwszych tego typu budowli na świecie. We wschodniej części basenu Morza Śródziemnego zarządzanie wodom i hydroinżynieria były kluczowe dla podtrzymywania istnienia i rozwoju wielkich skupisk ludzkich, tj. dużych osad i aglomeracji miejskich. Wynikało to ze specyficznych właściwości miejscowego klimatu. Klimat regionu śródziemnomorskiego, podzwrotnikowy pośredni między morskim i kontynentalnym, charakteryzuje się gorącym i suchym latem z rzadkimi i nieprzewidywalnymi, gwałtownymi opadami, oraz chłodną i wilgotną zimą. Większość opadów występuje pomiędzy październikiem a grudniem, a różnica wilgotności lata i zimy jest drastyczna. Wymusza to gromadzenie wody dla większych skupisk ludzkich i stałe jej dostarczanie dla osad pozostających na wyższym stopniu rozwoju cywilizacyjnego, kiedy konsumpcja tego podstawowego płynu znacząco wzrasta.
W okresie hellenistycznym w Egipcie i na Bliskim Wschodzie zaczęto używać nowych urządzeń hydrotechnicznych. Powstały one między III a II w. przed Chr. Były to przede wszystkim koła wodne używane na polach i w kopalniach (tympanum), sakija i wreszcie śruba Archimedesa. Wszystkie te urządzenia służyły do podnoszenia strumienia wody na wyższy poziom za pomocą siły zwierząt lub ludzi zwielokrotnionej za pomocą urządzenia mechanicznego.
W przypadku młyna mamy w pewnym sensie do czynienia z odwrotnym mechanizmem: siła płynącej wody jest przekazywana przez koło łopatkowe innym urządzeniom, np. żarnom czy piłom. Na wschodzie w późnym okresie hellenistycznym istniały więc podstawy do dokonania wynalazku koła łopatkowego i młyna wodnego. Istniały warunki naturalne do posadowienia takich konstrukcji, obecni byli odpowiedni specjaliści, inżynierowie, a także stara kultura techniczna. Nie jest więc zaskoczeniem fakt, że pod okiem króla Mitrydatesa wykorzystano umiejętności techniczne ówczesnych inżynierów w celu ułatwienia życia dworu królewskiego i zapewnienia dostaw żywności. Wymaga natomiast wyjaśnienia fakt, że nie stało się to dużo wcześniej, mimo obecności wszystkich wymienionych czynników. Większość uczonych datuje wynalazek młyna wodnego na okolice 100 roku przed Chr., choć niektórzy skłaniają się ku poglądowi, że mógł on istnieć już na początku III w. po Chr. Elementy wykorzystane w budowie młyna wodnego były obecne już w sakiji, wystarczyło tylko zmienić ich konfigurację i przekształcić koło wodne na nadsię- lub podsiębierne koło łopatkowe.
Rozwój technologii hydraulicznych przebiegał w odpowiednim kontekście cywilizacyjnym i był związany z poszerzaniem zakresu wiedzy o przyrodzie. Warunki naturalne wschodniej części basenu Morza Śródziemnego determinowały kształt osadnictwa i wymuszały niejako budowę odpowiedniej infrastruktury. W warunkach tutejszego klimatu duże osiedla ludzkie wymagały odpowiedniego zaopatrzenia w wodę. Większość znanych z badań archeologicznych konstrukcji hydrotechnicznych została zaprojektowana, aby dostarczać wodę w przeciętnych warunkach klimatycznych strefy śródziemnomorskiej. Projektując systemy dostarczania wody i wybierając ich lokalizację inżynierowie dostosowywali się do lokalnych warunków. Ważnym czynnikiem sprzyjającym powodzeniu prac hydrotechnicznych była względna przewidywalność środowiska śródziemnomorskiego w średnich odcinkach czasowych.
Specjaliści posiadali więc niezbędne doświadczenie i wiadomości potrzebne do konstruowania urządzeń hydraulicznych. Irygacja, odwadnianie kopalń i dostarczanie wody pitnej stwarzały potrzebę prac w dziedzinie hydrotechniki, zarówno praktycznych, jak i teoretycznych. Starożytni inżynierowie wynaleźli wiele technologii zarządzania wodą, umieli także wykorzystywać właściwości terenu do projektowania wodociągów. Uczeni okresu hellenistycznego rozwinęli badania w zakresie hydrostatyki.
Rozwój budownictwa wodnego szedł w parze z doskonaleniem technik pomiarów w terenie i teorii hydrostatyki. Krokiem milowym była tu praca Archimedesa z Syrakuz O ciałach pływających. Zawdzięczamy jej pierwszą fizyczną teorię hydrostatyki wyrażoną za pomocą zaawansowanego aparatu matematycznego. Istniała też w okresie hellenistycznym rozwinięta matematyczna teoria mechaniki. Teoretyczne rozwiązania problemów mechanicznych przez Archimedesa z Syrakuz i Herona z Aleksandrii przyczyniły się do wielu praktycznych rozwiązań w dziedzinie konstrukcji maszyn, i to nie tylko tzw. maszyn prostych. Najważniejszym owocem tych prac było skonstruowanie kół zębatych i przekładni, czyli mechanizmów przenoszących siłę za pomocą ruchu obrotowego, co jest szczególnie ważne w kontekście wykorzystania siły płynącej wody.
Prawdopodobnie najstarsze, jeszcze eksperymentalne młyny wodne zostały wynalezione w Aleksandrii (240-260 przed Chr.) i w Bizancjum w pierwszej połowie III w. przed Chr. Było to związane z niespotykanym dotąd rozwojem różnych technologii na obszarze hellenistycznego Egiptu i Azji Mniejszej, jaki nastąpił w III w. przed Chr. Na tak wczesną datę wskazuje analiza greckich traktatów technicznych z tego okresu. Zauważalna jest luka czasowa pomiędzy tymi pierwszymi próbami wykorzystania siły płynącej wody, a pierwszymi absolutnie pewnymi wzmiankami źródłowymi z I w. przed Chr. Jest ona spowodowana zapewne trudnościami z adaptacją nowego wynalazku. W tym okresie nie był on zapewne zbyt rozpowszechniony poza północną i wschodnią Anatolią i Egiptem.
Jak można wywnioskować z powyższych informacji, w okresie hellenistycznym istniały sprzyjające warunki naturalne, podstawy teoretyczne i odpowiednia technologia, pozwalające na konstrukcję mechanizmów wykorzystujących siłę płynącej wody. Mechanizmy te zostały skonstruowane w ramach specyficznego systemu społeczno-kulturowego późnych państw hellenistycznych zarządzanych przez rodzime dynastie, czyli na terenie państwa Pontu w Azji Mniejszej. Na przykładzie tej technologii można prześledzić oddziaływania, względnie powiązania, pomiędzy podsystemami społecznym, gospodarczym i technologicznym. Istotna wydaje się informacja pierwsza pewna informacja źródłowa o zastosowaniu młyna wodnego w pałacu króla Mitrydatesa VI Eupatora w Kabirze. Oznacza to, że wynalazek miał służyć na początku potrzebom ówczesnych elit, tzn. królowi i dworowi. Jego genezy należy poszukiwać na styku oddziaływania warunków naturalnych, technologii i systemu społeczno-kulturowego.
Jako czynnik sprzyjający wynalezieniu młyna wodnego w późno hellenistycznej Azji Mniejszej można z pewnością uznać warunki ekologiczne obszaru Gór Pontyjskich. Ten rozległy, liczący ok. 1000 km długości łańcuch górski składa się z pasm o znacznej wysokości, ze szczytami liczącymi nawet do 3937 m na poziomem morza. Góry Pontyjskie są pocięte licznymi rzekami o zróżnicowanej długości, które najczęściej tworzą głębokie i wąskie doliny. Teren obfituje więc we wzniesienia o różnym nachyleniu stoku i górskie cieki wodne, co ułatwiało posadowienie konstrukcji i maksymalne wykorzystanie siły płynącej wody. Nowe urządzenie powstało w określonych warunkach systemu socjokulturowego późno hellenistycznego królestwa Pontu. Na kształtowanie się tego systemu olbrzymi wpływ miała osobność i działalność największego władcy tego państwa, Mitrydatesa VI. Ten energiczny i aktywny polityk i dowódca wojskowy dążył do zbudowania regionalnego mocarstwa wokół Morza Czarnego i opanowania Azji Mniejszej. Jego działania stanowiły zagrożenie dla supremacji Republiki Rzymskiej w basenie Morza Śródziemnego. Mitrydates był postacią wybitną: znał wiele języków i eksperymentował z truciznami, próbując się na nie uodpornić. Dysponował państwem o olbrzymim potencjale militarnym i gospodarczym, a jego siły zbrojne dorównywały rzymskim. Gromadził w swoich miastach i twierdzach ogromne zapasy żywności, w tym zboża i oliwy, oraz pieniędzy i metali. Król był więc człowiekiem twórczym i nie lękającym się nowych pomysłów, stąd też wniosek, że łatwo mógł zaakceptować pomysł konstruktora pierwszego młyna. Zainstalowanie go w Kabirze, przy rezydencji króla miało być może związek z gromadzeniem zasobów żywności potrzebnych do działań wojennych. Wyraźnie widać, że powstanie pierwszych urządzeń wykorzystujących siłę płynącej wody było związane z rozbudową potencjału militarnego i ekonomicznego państwa Mitrydatesa.
Tym razem z jakiegoś powodu zamierzano wydawać wojsku (i prawdopodobnie królewskim urzędnikom) racje żywności w postaci mąki. Być może było to motywowane podobnymi względami, jak wydawanie mieszkańcom Rzymu w okresie cesarstwa annony w formie mąki ze zboża zmielonego w cesarskich młynach na Janikulum. Oznaczałoby to, że mamy tu do czynienia z jeszcze jednym wynalazkiem, który Rzymianie przejęli ze wschodnich prowincji swego państwa. Prawdopodobnie zespół młynów w Kabirze nie był jedynym w państwie Mitrydatesa. Przyszłe badania archeologiczne być może pozwolą wykryć pozostałości innych urządzeń tego rodzaju na stanowiskach związanych z działalnością tego władcy, zwłaszcza na obszarze pałaców i twierdz.
Wynalazek młyna wodnego, wymyślony we wschodniej części Azji Mniejszej, stosunkowo szybko rozprzestrzenił się na ościenne kraje. Epigram greckiego poety Antypatra z Tessaloniki z I w. przed Chr. jest świadectwem, że pojawił się on w tym czasie w kontynentalnej Grecji (Anthologia graeca IX, 418). Utwór opisuje pionowy młyn wodny, oszczędzający pracę kobiet mielących zboże na żarnach. Jasne jest, że młyn napędzany siłą wody pojawił się około 100 lat przed Chr. we wschodniej Anatolii i szybko został zaadaptowany przez społeczności żyjące na zachód od tego regionu. Prawdopodobnie w okresie po wojnach Rzymu z Mitrydatesem VI był on już szeroko stosowany w całej Azji Mniejszej, basenie Morza Egejskiego i w kontynentalnej Grecji.
Młyn wodny był jednym z wielu wynalazków, które przeniknęły do Rzymu, na Półwysep Apeniński ze wschodniej części basenu Morza Śródziemnego w okresie późnohellenistycznym. Wśród tych technologii wschodniego pochodzenia można znaleźć m. in.: pompy okrętowe, prasy, produkcję szkła dmuchanego. Wszystkie te wynalazki przyczyniły się do wzrostu produktywności rzymskiej gospodarki w czasach późnej republiki.
Materiał archeologiczny wskazuje, że od I w. po Chr. młyny wodne upowszechniły się zarówno w zachodnich, jak i wschodnich prowincjach Imperium Rzymskiego. Młyny z St. Doulchard na terenie Galii pochodzą z lat 57/58 po Chr. i zawierają wszystkie elementy potrzebne do działalności zakładu młynarskiego: kanały i kamienie młyńskie. W ciągu pierwszych trzech wieków po Chr. młyny wodne budowano w większości prowincji Imperium Rzymskiego: w Brytanii, Galii, Hiszpanii, nad Renem, w Afryce Północne, Italii, Illirii, Grecji, Azji Mniejszej, Palestynie. W tym czasie zaczęto wykorzystywać siłę płynącej wody do rozmaitych celów: piłowania bloków marmuru, rozdrabniania rud metali i napędzania miechów w kuźniach. To właśnie w czasach Imperium Rzymskiego upowszechniło się używanie kół wodnych i urządzeń wykorzystujących energię płynącej wody.
Rozmaite przykłady wykorzystywania nowego rodzaju energii pochodzą z różnych prowincji rzymskiego państwa. Z Barbegal w Galii Narbońskiej pochodzi zbudowany w II w. po Chr. kompleks 16 młynów wodnych położonych na zboczu wzgórza, do którego za pomocą akweduktu dostarczano wodę, spływającą potem w dół wzgórza. Pracowało tu 16 nadsiębiernych kół wodnych obracających żarna mielące zboże na mąkę. Cała instalacja znajdowała się w rejonie starożytnego miasta Arelate i pracowała prawdopodobnie na potrzeby jego mieszkańców. W rejonie Hierapolis we Frygii (rzymska prowincja Azja) istniało poświadczone epigraficznie stowarzyszenie młynarzy. Dokonano tutaj także wynalazku napędzanego siłą wody systemu pił do cięcia marmuru. Dokonał tego w III w. po Chr. grecki inżynier M. Aurelius Ammianos, który kazał wyrzeźbić cały mechanizm na zachowanym do dziś wieku swojego sarkofagu. W konstrukcji mechanizmu po raz pierwszy użyto korbowodu i korby. Dzięki temu można było napędzać zespół pił do cięcia marmuru. W miejscu, gdzie tradycja młynarska sięgała prawdopodobnie okresu hellenistycznego miejscowi technicy obeznani z różnymi mechanizmami wynaleźli nowe sposoby spożytkowania siły wody i nowe urządzenia.
W czasach późnwj starożytności i wczesnego średniowiecza wynalazek młyna wodnego nie wyszedł z użycia. W III i IV w. po Chr. wiele młynów i urządzeń zaopatrzonych w koła wodne istniało w Galii, Afryce Północnej, Azji Mniejszej i nad Renem. Poeta Auzoniusz w jednym ze swoich dzieł (Mosella, 362–364) opisuje liczne w dorzeczu Mozeli młyny i maszyny do cięcia marmuru. We wczesnym średniowieczu zasięg występowania młynów wodnych rozszerzył się na terytoria, na których wcześniej go nie było (Germania na wschód od Renu, Brytania, Irlandia). Co ważne, kołą wodne pojawiły się na obszarach, które nigdy nie wchodziły w skład Cesarstwa Rzymskiego. Państwo Karola Wielkiego było pełne tego typu instalacji. Przeczy to utartym mitom o średniowieczu, jako epoce ciemnoty i zacofania technicznego. Sprowadzenie urządzeń opartych o mechanizm koła wodnego do Polski i w ogóle do środkowej Europy zawdzięczamy przede wszystkim zakonowi cystersów. Warto odnotować, że pierwsze klasztory cystersów (Cîteaux, Pontigny, Morimond i in.) powstały na terenie dawnej zachodniej i środkowej Galii, gdzie technologia młyna wodnego była znana od czasów rzymskich (dowody archeologiczne wskazują na istnienie takich młynów na stanowisku Les Martres-de-Veyre, oraz na terenie Lyonu w I-II w. po Chr.). Zakonnicy nie poprzestali na przyswojeniu sobie dawnych wynalazków, ale dążyli do ich udoskonalenia. We Francji i w Anglii praktycznie wszystkie opactwa dysponowały w XIII w. młynami wodnymi. Wiele z kół wodnych działających przy klasztorach było używanych nie tylko do mielenia zboża, ale także do folowania wełny. Cystersi nie próżnowali i skonstruowali oparte o siłę płynącej wody urządzenia służące do zmiękczania włókien roslinnych, mielenia słodu do warzenia piwa, garbowania skór zwierzęcych, napędzania młotów kowalskich. Udało im się na powrót zastosować koło wodne jako napęd mechanizmu do kruszenia rud metali, tak jak to robiono to w starożytności. Ale ich największą zasługą było wynalezienie opartego na sile płynącej wody urządenia napędzającego miechy pieców hutniczych (dymarek) do wytapiania żelaza z rudy. Dzieki temu można było zwiększyć ilość otrzymywanego metalu i wydajność produkcji. To właśnie cystersom można zawdzięczać wzrost gospodarczy w średniowieczu, wynikający z wprowadzenia usprawnień w tak ważnym dziale gospodarki, jak produkcja metalurgiczna.
Literatura
K. Donners, M. Waelkens, J. Deckers, Water Mills in the Area of Sagalassos: A Disappearing Ancient Technology, Anatolian Studies, 52, 2002.
T. S. Reynolds, Stronger Than a Hundred Men: A History of the Vertical Water Wheel, Baltimore, London, 2002.
K. Greene, Technological Innovation and Economic Progress in the Ancient World: M.I. Finley Re-Considered, The Economic History Review, 53, 2000.
A. Wilson, Machines, Power and the Ancient Economy, The Journal of Roman Studies, 92, 2002.
Ö. Wikander, Industrial Applications of Water-Power, (w:) Handbook of Ancient Water Technology, Leiden, 2000.
L. Russo, The Forgotten Revolution: How Science Was Born in 300 BC and Why It Had To Be Reborn, Berlin, 2004.
J. P. Oleson (red.) The Oxford Handbook of Engineering and Technology in the Classical World, Oxford, 2008.
W. Scheidel, I. Morris, R. Saller, The Cambridge economic history of the Greco-Roman world, Cambridge, 2013.
Sz. Modzelewski, Antyczna technika a odkrycia archeologiczne, Mówią Wieki 5 (616), s. 18-21.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz