İnsanoğlunun İlk Sistematik Sert Kaya Kazı Yöntemi: Ateş Kurma
İnsanoğlu var olduğundan beri çeşitli amaçlar için yerküreyi kazma işi ile uğraşmaktadır. İlk çağlarda, keskin kenarları olan el aletleri yapımında kullanılmak üzere hammadde arayışı ile bu serüven başlamıştır. Daha sonraları kayaların içinde bulunan metaller keşfedilmiş ve bunların çıkarılması için yerküre kazılmıştır. Ayrıca, suyun bir bölgeden başka bir bölgeye taşınması amacıyla tünel açılması ihtiyacı ortaya çıkmıştır ve yerküre bu sefer tünel açımı için kazılmıştır. Rönesans'ın ardından gelişen bilim ve teknoloji ile daha yeni kazı yöntemleri keşfedilmiştir. Günümüzde ise mekanize kaya kazı ekipmanları tüm dünyada tünel ve madencilik kazılarında kullanılmaktadır.
İnsanoğlunun kazı serüveni ilk olarak Şekil 1'de görülen ilkel el aletleri ile başladı ve bu el aletleri geyik boynuzlarından ve kemik kalıntılarından yapılmaktaydı. Bu el aletleri yumuşak zemin kazısında kullanıldı ve kazıların öncelikli amacı el aleti yapabilmek için çakmaktaşı ve obsidyen gibi maddelerin bulunabilmesiydi. Obsidyen ve çakmaktaşına olan bu ilginin sebebi, bu maddelerin konkodial kırılma göstermesinin keşfedilmesiydi. Konkoidal kırılma sayesinde çok sivri ve keskin kenarları ve köşeleri olan cisimler elde ediliyordu. Sonrasında ise bu cisimler avlanmak ya da günlük hayatın içinde kullanılmak üzere el aleti yapımında kullanılıyordu. Ancak, beklenildiği gibi bu tip kazı aletleri (Şekil 1) ancak zemini kazmak hususunda yeterli olmaktaydı. Daha sonraları günümüzde madenciliğin sembolü olan kama ve çekiç yardımı ile dayanımı düşük ve süreksizlik içeren kayalar kazılabilmiştir. Ancak, sert kaya kazısında bu tip bir kazı aletleri ile kazı yapılması olanaksızdı. Bundan dolayı, yeni bir yöntem keşfedilmesi gerekiyordu. İnsanoğlu doğa ile ilk büyük mücadelelerinden birini sert kaya kazısını gerçekleştirebilmek için verdi ve ilk kez bilimsel yöntemi kaya kazısına uyguladı. Sonuç olarak da ateş kurma (the fire setting) yöntemini keşfetti.
Ateş Kurma ile Kaya Kazısı
Ateş kurma yönteminin tam olarak ne zaman keşfedildiği ve nerede uygulandığı ile alakalı bir net bir bilgi bulunmamaktadır. Ancak, insanoğlunun kullandığı ilk sistematik kazı yöntemi olan ateş kurmanın binlerce yıllık bir geçmişe sahip olduğu net bir biçimde bilenmektedir. Çok eski bir yöntem olması nedeniyle, nasıl uygulandığına dair hakkında yazılı bilgi edinmek konusunda güçlükler yaşanmaktadır. Bu yöntem ile ilgili ilk yazılı bilgilere İncil'de yer verilmiştir. Daha sonra Livy ve Pliny bu yöntemden bahsetmiştir. Ayrıca, Kartacalı komutan Hannibal'in Alpleri bu yöntem ile aştığı iddia edilmektedir17.
Ateş kurma yöntemi ile sert kaya kazısı, yazılı bir metinde açıkça ilk kez mineralojinin babası olarak da bilinen Agricola (1556) tarafından madencilik ve metalürji ile alakalı yazılmış ilk kitap olan De Re Metallica'da yer bulmuştur. Bu yöntem Agricola tarafından Şekil 2(a)'daki gibi resmedilmiştir. (1) numara ile işaretlenen bölgede kazı yapılacak olan ayna önüne yığın halinde dizilen odunlar görülmektedir. Bu odunlar (5) numara ile işaretlene bölgedeki ustalar tarafından hazırlanmaktadır ve yakılmak üzere yeraltına gönderilmektedir (2). Ateş kurma sırasında boğucu ve zehirli gazlar ortaya çıktığından dolayı kazıyı yapan madenci bundan etkilenmektedir ve (3) şekilde görüldüğü gibi madenci dumandan etkilendiği için yüzünü kapatmakta ve çıkışa doğru yönelmektedir. Ortaya çıkan dumanlar ise havalandırma kuyusundan (4) dışarı atılmaktadır. Şekil 2 (b)'de ise yeraltında arkeologlar tarafından gerçekleştirilen ateş kurma denemelerinden bir görüntü bulunmaktadır.
Ayrıca, yöntemin detayları Agricola (1556) tarafından detaylı bir biçimde izah edilmiştir. Tarihi değeri olması nedeniyle bu yöntem birebir çeviri yapılarak değiştirilmeden buraya aktarılmıştır:
Ateş kurma yöntemi, çoğunlukla tek başına uygulanmamaktaydı. Yardımcı olarak çekiç ve kama tipi kazıcı aletler vasıtasıyla kaya zayıflatılmaktaydı. Özellikle küçük ölçekli madenlerde ateş kurma ve keski yordamı ile kazı en çok kullanılan yöntemdi. Ateş kurma yönteminin etkili bir biçimde kullanılabilmesi için odun yapımında kullanılabilecek ormanlık alanlara ihtiyaç duyulmaktaydı. Bundan dolayı da kama ve çekiç yardımına genellikle başvuruluyordu. Ancak Norveç ve İsveç gibi ağaçlık alan sıkıntısı yaşanmayan bölgelerde bu yöntem tek başına da başarılı ve ekonomik olarak uygulanabilmekteydi17.
Ateş Kurma ile Kazı Mekanizması
Yöntemin nasıl ve kim tarafından keşfedildiği bilinmemektedir. Kazara keşfedilmesi olası olan bu yöntemde kayaların zayıflatılması ya da tamamen yerinden sökülmesinde etkili olan belirli mekanizmalar bulunmaktadır. Bunlar şu şekilde sıralanabilir:
• Isıl genleşme,
• Isıl gradyan,
• Boşluk suyu buharlaşması,
• Minerallerin kimyasal olarak bozulması, • Isıl şok,
• Var olan zayıflıkların açılması17,10.
Bilindiği üzere kayaçlar farklı minerallerden meydana gelmektedirler. Bilinen 4000'e yakın mineral olmasına rağmen az sayıda mineral kayaçların içinde bulunmaktadır ve bunlara da kayaç yapıcı mineraller adı verilmektedir. Az sayıda olmalarına rağmen bu minerallerin özellikleri birbirlerinden çok farklıdır. Ateş kurma ile kazı yönteminde en çok etkili olan mekanizma minerallerin farklı ısıl genleşme özelliklerine sahip olmalarıdır. Kaya ısıtıldığında mineraller genleşmekte ve farklı mineraller farklı oranlarda genleştiği için kaya içinde iç kuvvetler yaratılmaktadır ve sonuçta kayanın içinde halihazırda olan çatlaklara ek olarak çatlaklar yaratılmaktadır ve bu sayede kayaçlar zayıflatılarak kazılması kolaylaştırılmaktadır. Tablo 1'de kayaçların içinde sıklıkla bulunan minerallerin 20-400 C° arasındaki hacimsel ısıl genleşme katsayıları gösterilmiştir ve bu genleşme katsayıları Eşitlik 1'dek formül vasıtası ile hesap edilmektedir15. Mineraller, farklı kristal yapıları gösterdikleri için farklı yönlerdeki ısıl genleşme özellikleri de farklı olabilmektedir16. Tablo 2'de ise çeşitli kayaların hacimsel ısıl genleşme katsayıları verilmiştir.
Burada α hacimsel ısıl genleşme katsayısı, V ilk hacim, ΔV hacimde
0 ki değişim, ΔT ise sıcaklık değişimidir. Tablo 1 ve Tablo 2'de dikkat çeken ilk husus kuvarsın en yüksek ısıl genleşme katsayısına sahip mineral, kaya tuzunun ise en yüksek katsayıya sahip olan kaya olmasıdır. Isıl genleşmeye ilave olarak, ısıl gradyan da kayacın zayıflamasında etkili olmaktadır. Kayanın ısıtılması ile kayanın çeşitli bölgelerinde farklı sıcaklıklar ortaya çıkmaktadır ve bu sıcaklık farklılıklarından ortaya çıkan gerilmeler de kayacı zayıflatmaktadır10. Kayalar ısıtıldıklarında belirli bir sıcaklığın üzerine çıkarıldıklarında çatlamaya başlarlar, bu sıcaklık, örneğin, bazalt için 550 C°'dir16.
Bu parametreler ilave olarak, kaya içindeki boşluklarda bulunan suyun sıcaklık ile buharlaşması da kayayı zayıflatan diğer bir parametredir11. Diğer taraftan, sıcaklığın artması ile birlikte mineralin kimyasal yapısı da bozulabilmektedir. Örneğin, kireçtaşlarında yüksek sıcaklıklarda kalsinasyon olarak da adlandırılan olay meydana gelmektedir ki bu kayanın ve mineralin kimyasal yapısını değiştirmektedir17. Kimi uygulamalarda, kayaların ateş kurma yöntemi ile ısıtılmasının akabinde, su ya da başka soğutucu sıvılar ile ısıl şoka
maruz bırakıldığı ve bu sayede ateş kurma yönteminin etkinliğinin arttırıldığı tarihi kaynaklarda bildirilmektedir. Örneğin, Hannibal'in Alpleri geçerken kayaları kırmak için ateş kurma yöntemine ilave olarak sirkeyi soğutucu sıvı olarak kullandığı rivayet edilmektedir17.
Ateş Kurma Uygulamaları
Ateş kurma çeşitli kazı uygulamalarında kullanılmaktaydı. Bu uygulamalar kuyu açma, kat kazısı, baş aşağılar, galeri açımı, tavan arınlı üretim yöntemi ve taş ocaklarıdır. Şekil 3'te bu yöntemlerin bazıları şematik olarak gösterilmiştir. Kuyu açma, en az karşılaşılan ve ateş kurmanın en zor uygulamalarından biridir ve Gatzschmann (1846) tarafından detaylıca incelenmiştir. Kuyu açmada, kuyunun havalandırmanın kalitesinin arttırılabilmesi için ağaç bir duvar tarafından ikiye bölünmesi gerekmektedir. Ayrıca, yakılan ateşin üzeri ısıl enerjinin tabana yayılabilmesi için kaplanmalıdır17. Bu uygulamaya ait örnekler Niğde'de bulunan Kestel madeninde ve Özbekistan'da bulunan Karnab madeninde tespit edilmiştir. Ayrıca, daha yeni olarak Hindistan'da Zawar Mochia madeninde bu yönteme ait kalıntılar tespit edilmiştir. Kat kazısında (Şekil 3a) ise yine Kestel madeninden ve Yunanistan'da bulunan Agios Sostis madeninde ateş kurma yöntemine ait uygulamalara rastlanmıştır. Genellikle dairesel ya da oval kesitli boşluklar bu yöntemle açılmaktaydı ve bunların çapları genellikle 70-80 cm arasında değişmekteydi17. Desandre (Şekil 3b) olarak da adlandırılan eğimli giriş galerileri de ateş kurma yöntemi ile açılmıştır. Bazı durumlarda tek bir desandre açılırken, kimi durumlar da ise aynı anda iki desandre birden sürülmüştür. Desandrenin bir tanesi genellikle havalandırma maksadıyla kullanılmıştır.
Günümüzde metal madenciliğinde de sıklıkla kullanılan tavan arınlı üretim yöntemi ilk kez ateş kurma yöntemi yardımı ile kullanılmıştır (Şekil 3c). Ateş yakıldığında alevler yukarı doğru yükseldiğinden dolayı, tavan arınlı üretim yöntemi ateş kurmanın doğal sonucu olarak oluşmuş bir üretim yöntemi olarak değerlendirilebilir17. Şekil 3c'den de görülebileceği gibi cevher aşağıdan yukarı doğru seri bir biçimde yerleştirilen odun yığınları yakılarak zayıflatılıp kazılmaktadır. Kazılıp zayıflatılan malzemenin üstüne çıkılarak yeni bir kazı arını yaratılıp kazı işlemi sürdürülmektedir. Callon (1876) yöntemi şu şekilde tarif etmektedir: Şekil
Yeraltı kazılarına ilave olarak, ateş kurma yöntemi taş ocaklarında da antik çağlarda kullanılmıştır6,10. Taş ocaklarındaki uygulamalarda, ateş kurma yöntemi yardımcı bir yöntem olarak kullanılmaktaydı ve kesilecek olan bloğun yerinden kolay çıkarılabilmesi için çekiçleme yöntemine ek olarak kullanılmaktaydı. Bu yöntem şaşırtıcı bir biçimde Hindistan'da günümüze çok yakın zamanlarda bile bazı taş ocaklarında kullanılmaktaydı5.
Ülkemizden Bir Örnek: Kestel Kalay Madeni
Ülkemiz Niğde ili sınırları içerisinde yer alan Kestel madeni, ateş kurma yöntemi açısından literatürde önemli bir yere sahiptir. Yaklaşık M.Ö. 2900 tarihinde işletildiği belirtilen Torosların yakınlarında bulunan Kestel madeni, uzun seneler boyunca kalay üretimi amacıyla kullanıldı. Bölgenin jeolojik birimleri arasında mermer, amfibolit, kuvarsit, gnays ve granitlerden oluşmaktadır ve kalay minerali olan kasiterit (SnO ) bu birimlerin bazılarının içerisinde bu
2 lunmaktadır19. Bu bölgedeki ilk arkeolojik araştırmalar 1987 yılında başlatılmıştır19. Bu madenin en önemli özelliği ateş kurma yöntemi ile açılmış olan ilk kuyuya ev sahipliği yapıyor olmasıdır. Galeri ya da kat kazısında bu yöntem daha önceleri başka bölgelerde uygulanmış olsa da kuyu açma işleminde ilk kez Kestel madeninde kullanılmıştır17. Kestel'deki kuyu başarılı bir biçimde açılmıştır. Şekil 4'te Kestel madeninin üstten ve kesit görünümü gösterilmektedir.