А теперь перейдем от того, как геологические процессы обеспечили нам природный материал для строительства городов и цивилизаций, к тому, как человечество научилось добывать из камней материалы для орудий и техники, при помощи которых мы преобразили свой мир.
Глава шестаяНаш металлический мир
Мы знаем, что первые орудия труда люди делали из камня, откалывая куски сланца, обсидиана или кремня, или изготавливали из дерева, кости, кожи и растительных волокон. Миновали палеолит, мезолит и неолит (древний, средний и новый каменные века), и мы достигли прогресса и усовершенствовали свою технику: теперь мы уже делали не просто неуклюжие ручные скребки и резаки, а маленькие заостренные каменные чешуйки, подходящие для наконечников стрел и копий. А затем наступил бронзовый век, знаменовавший огромный шаг вперед в человеческой истории: раньше мы для изготовления орудий брали то, что предлагал окружающий мир, и меняли его форму, а теперь научились целеустремленно трансформировать сырье, добывать сверкающие металлы из каменных руд, ковать и отливать их и совершенствовать составы сплавов. Со временем темп технического прогресса нарастал. Со времен, когда гоминины изготовляли орудия из обколотого камня, до момента, когда люди впервые выплавили медь, прошло 3 миллиона лет, а с железного века до полетов в космос мы продвинулись всего за 3 тысячи.
Металлы сыграли такую революционную роль в человеческой истории, поскольку обладают целым рядом свойств, которых нет ни у каких других материалов. Они могут быть необычайно твердыми и прочными, однако, в отличие от хрупкой керамики или стекла, еще и гибки и не бьются. По мере развития современной техники оказалось, что они еще и проводят электричество и сопротивляются высоким температурам, которым подвергаются всяческие высокопроизводительные машины. А в последние несколько десятилетий мы научились задействовать поразительно широкий ассортимент металлов во всякого рода высоких технологиях, главным образом – в современной электронике.
Из этой главы мы узнаем, как металлы преобразили человеческое общество с бронзового века до века интернета и как Земля обеспечивает нас ими.
Добро пожаловать в бронзовый век
Первым металлом, который мы начали выплавлять, чтобы делать орудия труда и оружие, была медь. Медные жилы обычно легко заметить, в них есть минералы красивого зеленого или голубого цвета, а сам металл легко плавить – его можно добывать нагреванием кусков руды в таких же печах, в каких обжигают гончарные изделия, и топить их углем. Горящий уголь одновременно дает высокую температуру, достаточную для плавки, и обеспечивает химические реакции восстановления, которые выделяют металл из оксида, сульфида или карбоната, в состав которого он входил, когда образовывал породу, в результате чего остается чистая медь.
Однако у чистой меди есть один недостаток: этот металл очень мягок, и лезвия орудий, выкованных из него, легко тупятся, а потому их приходится постоянно точить. А если сплавить медь с другим металлом, получается куда более качественный материал – бронза. Когда атомы меди перемешиваются с другими, более крупными атомами, металл перестает быть пластичным: большие атомы словно бы заклинивают слои атомов меди и не дают им скользить друг по другу с прежней легкостью, и от этого сплав становится тверже и прочнее. Первой бронзой был сплав меди с мышьяком, однако затем состав усовершенствовали и стали сплавлять медь с оловом: такую бронзу начали первыми производить жители Малой Азии и Месопотамии в конце IV тысячелетия до н. э., после чего она распространилась в Египет, Китай и долину Инда[336]. Особым преимуществом бронзы из меди и олова стало то, что она плавится при гораздо более низкой температуре и не пузырится, поэтому ее легко разливать в литейные формы[337]. Это дает ремесленникам возможность получать изделия любой конфигурации, а затем чинить их и даже отливать заново, если они тупятся или ломаются[338]. Вскоре бронза стала стандартным материалом для церемониальных предметов, кухонных принадлежностей, сельскохозяйственных инструментов и оружия[339]. На смену неолиту пришел бронзовый век.
То, что первыми применять бронзу стали в Месопотамии, несколько неожиданно, поскольку в этом регионе нет собственных источников олова и этот необходимый ингредиент сплава приходилось покупать и возить издалека. В Западной Евразии олово, применявшееся в бронзовый век, добывали в копях Рудных гор вдоль нынешней границы Германии и Чехии[340], в Корнуолле и в небольших количествах в Бретани. Особенно важную роль в снабжении Древнего мира большим количеством олова играли копи Корнуолла. Руды этого нужнейшего металла возникли, когда гранитная магма вторглась в слои осадочной породы. Жар магматической массы запустил подземные гидротермические системы, и циркулирующая горячая вода растворяла металлы вокруг себя, после чего он осаждался в щелях и трещинах породы в виде богатых рудных жил[341].
Нам известно, что морскую торговлю оловом из Северной Европы начали финикийцы, которые примерно в 450 году до н. э. прошли Гибралтарский пролив, а до этого торговые маршруты в Плодородный полумесяц пролегали по суше[342]. А поскольку олова в Древнем мире не хватало, оно наверняка дорого стоило. Медная руда, напротив, встречалась значительно чаще, и наша планета, чтобы снабжать нас медью, наладила весьма хитроумный процесс.
С морского дна на горные вершины
Ремесленники бронзового века в Средиземноморье, Египте и Месопотамии полагались на медь, которую добывали на Кипре[343]. Более того, остров получил название от латинского слова cuprum – «медь» (от него же образован современный символ этого элемента Cu). Из главы 4 мы узнали, как геологическое устройство Средиземноморья создало идеальную среду для процветающих мореходных культур, а тектонические процессы в этом уголке планеты обеспечили еще и важнейшее сырье для создания цивилизаций в бронзовом веке.
Медь наряду с другими металлами – цинком, свинцом, золотом и серебром – в высоких концентрациях залегает в подводных хребтах, которые пролегают посреди океанов[344], где тектонические плиты разламывались и в отверстия вздымалась магма, образуя новую океаническую кору. По всей длине этих открытых разломов в земной коре горячая магма сочится очень близко к поверхности. Морская вода, просачиваясь сквозь породы морского дна, встречается с магмой и перегревается. После этого она прорывается обратно сквозь кору, попутно выщелачивая окружающие породы, и с силой вырывается из морского дна в виде гидротермических источников. Когда обогащенная минералами горячая жидкость попадает в холодную океанскую воду, частички минералов, содержащих металлический сульфид, вздымаются мощными, бурлящими чернильными клубами, отчего они и получили куда более меткое прозвище «черные курильщики». Черные курильщики образуют в непроглядной тьме океанских глубин скопления структур, похожих на печные трубы или на какой-то индустриальный пейзаж, вдохновленный Гауди.
Черные курильщики на бесплодном морском дне – словно оазисы для некоторых форм жизни, предпочитающих самые экстремальные условия на Земле. Эти экзотические сообщества обитают там, куда никогда не проникает солнечный свет, и в число таких видов входят, например, гигантские двухметровые кольчатые черви рифтии (совершенно ошеломившие ученых, когда в конце семидесятых годов XX века подводные аппараты открыли первые поля черных курильщиков), а также белесые креветки, улитки и крабы. Эти бессолнечные экосистемы питаются за счет микробов, которые способны расти на неорганических источниках энергии, в том числе на металлах и сульфидах, изрыгаемых источниками.
Частицы, выбрасываемые в океан, оседают на дно и покрывают все пространство вокруг источников ценными металлами в высокой концентрации – соединениями меди, кобальта, золота и так далее, – однако добывать их в наши дни еще не научились. Поэтому, чтобы такие залежи металла поступили в наше распоряжение, нужны особые обстоятельства.
Как мы уже убедились, при конвергенции тектонических плит на границах, где они сталкиваются, толстые слои осадочных пород с морского дна сминаются и превращаются в горные хребты. В результате окаменелости морских обитателей сплошь и рядом находят на вершинах гор – например, в Гималаях или Альпах. Раньше это объясняли мифологическими событиями вроде Всемирного потопа, но затем мы узнали о потрясающей силе тектоники плит, буквально способной сдвинуть горы. Однако океаническая кора сама по себе состоит из плотных базальтовых пород и почти всегда пододвигается под более легкую континентальную кору и поглощается в недрах Земли вместе с древними черными курильщиками. Но иногда редкие узкие полосы океанической коры избегают этой участи, а, наоборот, выталкиваются наверх и ложатся на континентальную кору[345]. По всей видимости, чаще такое случается с самыми маленькими тектоническими плитами, как и в Средиземноморье, когда фрагменты плиты оказались зажаты между Африкой и Евразией при их столкновении. Именно это и произошло на острове Кипр.
Овальное возвышение пологих гор Троодос в центре Кипра – лучший в мире пример офиолита, слоя океанической коры, надвинутого поверх континентальной[346]. Эта океаническая кора возникла глубоко на морском дне около 90 миллионов лет назад в результате расширения рифта в море Тетис