Первоистоки (3)⁠⁠

Продолжаем знакомиться с книгой Льюиса Дартнелла "Первоистоки".

Предыдущие части: 1 2

Молодое человечество, было вынуждено в выборе материала для орудий и построек полагаться на мать-природу. Люди использовали буквально то, что лежит под ногами. Египтяне использовали для постройки пирамид известняк, а именно окаменевшие раковины гигантских морских одноклеточных прошлого - нуммулитов.

В отличие от них жители Месопотамия не имели известняка и даже дерева. Всё, что у них было - это грязь и глина. Как говорил Филеас Фогг из старого мультика: "Используй то, что под рукою, и не ищи себе другое," - и они строили из высушенной на солнце грязи. Глина послужила и исходным материалом для письма, и (в обожжённом виде) для посуды.

Известняк же (который может быть и не биологического происхождения, а продуктом осаждения горячих подземных источников) повсеместно широко использовался и используется. Например, портлендский камень из отложений юрского периода можно найти и в Биг-Бене, и в Букингемском дворце, и в соборе святого Павла. Индианский - и в Пентагоне, и в Эмпайо Стейт Билдинг, и в Вашингтонском кафедральном соборе.

Попав в природные подземные горячие тиски, известняк некоторым образом облагораживается, перейдя из разряда осадочных пород в метаморфические. Из него получается мрамор. Средиземноморье изобилует месторождениями мрамора, произошедших из известняка моря Тетис. Этот известняк "спёкся" при столкновении африканской и евразийской плит. Один из наиболее лучших сортов можно было найти в местечке Каррара в итальянской Тоскане. Из каррарского мрамора Микеланджело изваял своего Давида.

Известняк и мрамор - это ещё не всё, что может получиться из карбоната кальция. Из остатков одноклеточного морского планктона мелового периода, когда уровень океана был высок (сказался рост подводных гор при расхождении Пангеи на отдельные континенты), получилось что бы вы думали? Конечно, мел. Из мела особо не построишь, он мягок. Зато из него можно сделать цемент и бетон. По причине высокого уровня моря в меловом периоде море Тетис закрыло большую часть Европы, и меловые залежи можно найти много где. В них можно найти и кое-что потвёрже, и именно кремень, который тоже является остатком древнего планктона, но такого, который строил свои раковины из диоксида кремния. Не надо думать, что кремень уже отжил своё в форме древних орудий и не нужен больше человеку. Без него, например трудно получить приличного качества стекло.

В меловом периоде произошло не столь громкое, но знаменательное событие. Растительный планктон, который остался нам в виде мела, а именно кокколитофориды, научился жить не только в неглубоких водах, а по всему океану. Казалось бы, что такого? А между тем, они уже неоднократно спасли земную жизнь от вымирания, подобного Пермскому. Тогда при столкновении доисторических материков и образовании Пангеи произошло множество вулканических извержений с попаданием в атмосферу большого объёма газов (в том числе углекислого). Эти газы создали парниковый эффект, истощили озоновый слой планеты и оставили глубокие воды океана без кислорода. 96% морских 76% наземных видов позвоночных вымерло. Вымерло даже 83% видов насекомых! Нельзя сказать, что после этого не было больше подобных вулканических извержений. Они были. Но массовых вымираний, таких, как Пермское, уже не повторилось. Автор объясняет это как расхождением Пангеи на континенты, что помогло "вымывать" углекислый газ из атмосферы, так и размножением вышеупомянутого растительного планктона. Этот планктон, обитая уже по всей площади океана, а не лишь у берегов, быстро оприходовал избыточное количество диоксида углерода, не позволяя сильнее обычного разогреться атмосфере.

В природные тиски при столкновении плит попадал, конечно, не только известняк, но и горячая магма, которая, остыв, затвердевала в надёжный гранит. Он легче базальта и не опускается вниз при горообразовании, а выходит на верх, обнажаясь в виде  скалы подобно этой:

Или вот этой:

Кстати, изначально президентов хотели сделать в полный рост - денег не хватило. Зато сделали надолго. Несмотря на то, что гранит выветривается лишь на 2,5 миллиметра за тысячелетие, скульпторы сделали с запасом, и в данный момент на лицах присутствует "жирок". Вот пройдёт 30 тысяч лет - и наши потомки (если такие останутся) смогут насладиться оригинальным замыслом ваятелей. Но что такое 30 тысяч лет для планеты - лишь миг. Потому эрозия гранита - процесс неизбежный, порождающий песок из кварцевых частичек, а также каолин, из которого уже полторы тысячи лет назад китайцы научились делать фарфор.

Вот так камни у нас под ногами создают нашу же историю. Британия с её пёстрым геологическим составом может обликом своих зданий служить иллюстрацией строения своих недр, будь то тёмный абердинский гранит, песчаник Йоркшира, лондонская черепица или деревянные каркасы с наполнением из мела в Норфолке. Недра и по сей день оформляют городской силуэт, позволяя (или не позволяя) строительство высотных зданий. В Нью-Йорке небоскрёбы можно найти в основном лишь в двух местах, а именно там, где их подножие надёжно опирается на скалы из твёрдого сланца.

Камень - это, конечно, хорошо, но человек со временем нашёл кое-что получше. Он научился не только брать готовый материал, но трансформировать его, доставая из руды металлы. Металл - уникальный материал. Он может быть твёрдым и в то же время прочным, проводить тепло и электрический ток. Исторически легче всего было достать медь: смешал красивый голубой колчедан с древесным углём, разогрел в печке - и знай себе собирай чистый металл после охлаждения. Но медь - металл мягкий, он быстро тупится. Потому древние металлурги научились смешивать её с другими металлами, например с оловом, получив бронзу. Бронза гораздо твёрже меди и притом она плавится при более низкой температуре и не брызгается при кипении. И главное - она здорово льётся! Так пять тысяч лет назад на Ближнем Востоке человечество вступило из каменного века в век бронзовый.

Сырьём для получения меди послужил медный колчедан, залежи которого образуется на морском дне. Там, в районах расхождения океанических плит, горячая магма поднимается близко к поверхности морского дна. Морская вода, проникшая в трещины, закипает от контакта и обратно в океан возвращается в виде обогащённой минералами жидкости, непрерывно струящейся из так называемого чёрного курильщика. Непрерывное осаждение минералов курильщика формирует ту самую медную руду, которые мы добываем. Но, разумеется, не с морского дна. Земная история длится миллиарды лет, и много где бывшие курильщики уже давно "дышат кислородом". В том числе и на острове Кипр, который и дал имя химическому элементу за номером 29: Cuprum. Этот остров - часть океанической земной коры, поднятой с дна при столкновении Африки с Евразией. Начиная со второго тысячелетия до нашеё эры, медные залежи Кипра служили сырьём для первых металлургов. Первыми по всему миру колчедан из Троодосских гор стали развозить минойцы - самая ранняя европейская цивилизация. Они жили по соседству - на Крите и других островах Эгейского моря. Лабиринт Минотавра - это про их дворец было придумано. Минойцы послужили отцами греческой цивилизации, сами же они уже давно сошли с исторической арены. Вполне может быть, что случилось это по причине глобального катаклизма - взрыва вулкана на острове Санторин, где тоже была большая колония минойцев. Близлежащие территории, включая Крит, были покрыты слоем пепла, уничтожившего как минимум часть урожая, плюс цунами, плюс разрушения от землетрясения. Да уж, жизнь в сейсмически активных областях состоит не из одних только преимуществ. Археологи раскопали Акротири - древний минойский порт. Как видно, неплохо они там устроились, до извержения.

Древняя фреска с гаванью Акротири.

Но бронза, помимо меди, содержит ещё другие металлы, прежде всего олово. Вот  с ним-то в древние века был напряг. Ближайшее месторождение было в районе Чехии. Чего было навалом - так это железа. Оно и прочнее, чем бронза, и тупится медленнее. Но железо трудно достать из руды. Древним металлургам приходилось смешивать руду с древесным углём и запекать это дело, пока не получался блюм - спечённый кусок смеси железа со шлаком. По этому блюму, то бишь "цветочку" нужно было долго и упорно лупить молотом, пока не останется одно железо. В пятом веке до нашей эры китайцы придумали плавильную печь с поддувом - домну. Начался век железный, коренным образом улучшивший орудия (и оружие), что позволило заняться вырубкой европейских лесов новым топором и вспашку европейских почв новым плугом. Этим занялись впоследствии и наши предки, разойдясь во все концы древней Руси. Железо, как и медь, можно улучшить, сплавив его с другими компонентами. Важнейшим из них является углерод. Дашь больше углерода - получишь чугун, он твёрдый, но хрупкий. Дашь меньше - получишь сталь, она мягкая, но прочная.

Исторически железо - один из наиболее распространённых элементов Солнечной системы, и это не случайно. В звёздных недрах происходит непрерывный термоядерный синтез. Тритий с дейтерием, сливаясь, образуют гелий плюс нейтрон, да ещё кучу энергии впридачу. Три ядра гелия сливаются в углерод. И так далее. До тех пор, пока не синтезируется железо. Дальше не получается, потому что железо имеет наибольшую энергию связи, которая уже не может выделиться при дальнейших реакциях. Хотите элементы потяжелее? Ждите взрыва сверхновой. Или вообще столкновения нейтронных звёзд. Земля возникла из газопылевого облака около 4,5 миллионов лет назад и разогрелась на этапе формирования. В процессе разогрева тяжёлые элементы, включая железо и более тяжёлые металлы, осели в ядро планеты. Там железо тоже не сидит без дела, а, вращаясь, порождает электромагнитное поле Земли, защищающее всё живое от солнечного ветра. А многое из тяжёлых элементов, что осталось наверху - не что иное, как принесённый астероидами продукт уже после затвердевания коры. Получается, наши тела в буквальном смысле состоят из звёздной пыли.

Несмотря на осаждение в ядро, железа хватает в земной коре: около 5% вещества горных пород. Те породы, из которых мы его добываем, имеют одну общую особенность: они происходят из ленточных железных формирований, которые отложились в сравнительно короткое время в районе 2,2 - 2,6 миллиардов лет назад. И помог этому процессу "свежеизобретённый" фотосинтез первых цианобактерий. Как мы знаем, в процессе фотосинтеза растение берёт воду и углекислый газ. При помощи солнечного света оно синтезирует для себя углеводы, отдавая побочный продукт - кислород. До фотосинтеза кислород в чистом виде на Земле практически отсутствовал, но жизнь была - анаэробная. Хлорофилл цианобактерий в буквальном смысле преобразил планету, спровоцировав вымирание старых форм жизни и появление новых - кислородных. Появившийся из кислорода озоновый слой послужил дополнительной защитой для этой новой жизни. Не сказать, что анаэробные бактерии совсем пропали, в наше время их всё ещё можно найти либо глубоко под землёй, либо в желудке у коровы. Так вот, свежий кислород в верхних слоях морской воды стал реагировать с обильно растворённым в ней железом. Ржавчина, как известно, в воде не растворяется и выпадает коричневым осадком на дно сосуда, то бишь океана. Так, спустя миллионы лет в процессе перемешивания вод всё железо океана "заржавело" и осадилось в форме ленточных формирований на морском дне.  Если вы думаете, что этим все последствия ограничились - вы ошибаетесь. "Поедание" первобытными растениями углекислого газа истончило одеяло планеты из метана и углекислоты. Вся Земля была скована людом на долгие 10 миллионов лет, пока вулканическая активность снова не разогрела её. Вулканы - они могут не только разрушать, да.

В последние века мы вошли во вкус, открыв новые металлы с их полезными свойствами, непонятными для наших предков. Эти свойства исправно служат каждому из нас. Смартфон у нас в кармане состоит из порядка семидесяти элементов таблицы Менделеева, тогда как всего стабильных у нас всего 83! В состав микросхем ещё в девяностых годах входило порядка двух десятков металлов, а сейчас их уже около шестидесяти. Есть такой металл - индий. Учёные, открыв его, не знали, что с ним делать. Потом придумали защищать им авиационные подшипники от коррозии. А теперь проводники из прозрачного оксида индия присутствуют буквально в каждом экране, будь то телевизор, ноутбук или смартфон. Такой жадный аппетит на редкие металлы заставляет задуматься о нашем будущем. Металл может быть не такой уж редкий, на самом деле. Редкоземельные элементы, например, на самом деле широко распространены в земной коре. Но они "размазаны" в ней в такой низкой концентрации, что почти всегда делает добычу заведомо нерентабельной. А есть ещё на самом деле очень редкие и очень полезные металлы, например платина, которая очищает выхлоп каждой легковушки, а также присутствует в реакторах многочисленных химических производств. В мире есть лишь считанное количество её месторождений, в том числе в Норильске. Из тонны руды достаётся лишь пять граммов чистого металла, так что всё мировое производство можно увезти в нескольких железнодорожных вагонах. Поэтому кое-какие элементы можно уже скоро будет заносить в своего рода Красную книгу по мере истощения месторождений. Тогда нам придётся открывать новые в грудах электронного мусора. Думаю, про таблицу Менделеева у нас в кармане мы долго не забудем. Не получится.

Вот так, используя то, что под рукою ногою, человек век за веком выстроил свой такой удобный и уютный мир.