Химический элемент номер один на Земле – кислород. Из его соединений земная кора состоит почти наполовину. А элемент номер два – кремний.
Он занимает 28% массы земной коры. Неудивительно, что именно кремний дважды изменил историю человечества.
Что же в кремнии особенного? И какие еще природные материалы с древности и по сей день двигают прогресс? Об этом рассказали в программе "Тайны Чапман" с ведущей Анной Чапман на РЕН ТВ.
Горная порода, благодаря которой появилась наша цивилизация
Орудия труда из кремня
В 2023 году в английском графстве Кент археологи нашли клад из 800 кремневых орудий возрастом более 300 тысяч лет. Самым неожиданным оказался топор длиной 30 сантиметров – необычно крупный для того времени.
Ученые гадают, кто мог им пользоваться. Либо это был человек-гигант, либо топор использовался не в быту, а для особых задач.
Кремень – один из тех природных материалов, в которых содержится кремний, и без которого трудно представить раннюю историю человечества. Благодаря своей структуре – соединению мелких кристаллов – он легко раскалывается на острые прочные щепки. Этот камень стал основой для создания орудий, без которых невозможно выжить.
"При ударных нагрузках он скалывается, образуя вследствие кристаллической структуры острые грани, которые в бытовом употреблении очень нужны. Благодаря этим замечательным качествам из него изготавливались скребки, ножи, наконечники", – сообщил доцент Московского политехнического университета, кандидат технических наук Илья Вольнов.
Освоение огня древними людьми
Кремень дал людям еще и власть над огнем. По этой причине некоторые древние народы считали его даром богов. Твердые и острые края кремня будто специально созданы для того, чтобы высекать ими искры.
При ударе от камня отлетает тонкая стружка. Из-за трения она сильно разогревается и тут же при взаимодействии с кислородом вспыхивает.
Умение добывать огонь разделило жизнь древних людей на до и после. Огонь согрел, продлил световой день, позволив больше бодрствовать. Он стал защитой от диких животных. Но самое главное – на нем наши предки начали готовить пищу.
"Применение огня древними людьми привело к тому, что стал увеличиваться головной мозг, они стали лучше питаться. Пища, которая обработана огнем, как известно, лучше усваивается", – отметил историк Харланов.
Кремниевая революция XX века
В Средние века благодаря способности кремня рождать огонь началось производство разнообразного оружия – от карманных пистолетов до мощных шестиствольных пушек. Когда искра от удара кремня зажигала порох, это вызывало выстрел.
Кремневое оружие доминировало на полях сражений до середины XIX века. Во второй половине XX века кремний породил новую научно-техническую революцию, полностью изменив мир за считаные годы.
"На основе кремния созданы полупроводниковые транзисторы, созданы системы интегральных микросхем, в результате чего человечество получило компьютер, бытовую технику, интернет – все, к чему мы уже привыкли", – подчеркнул заведующий кафедрой материаловедения Московского политехнического университета доктор технических наук Виктор Овчинников.
Сегодня ученые ищут материалы, которые смогут превзойти кремний. Но пока он остается в центре технологий. И возможно, еще не раз напомнит о себе.
Медь – один из первых металлов, освоенных человечеством
В становлении нашей цивилизации огромную роль сыграли и металлы. Идея о том, что их можно плавить и придавать им любую форму, впервые появилась в VII тысячелетии до н.э.
"Первый из металлов, который в свободном состоянии в земной коре находился и был удобен и прост для обработки, это медь. Медь можно было на костре при не очень высоких температурах выплавить и изготовить", – рассказал доцент Московского политехнического университета Илья Вольнов.
Как древним людям пришло в голову смешать медь с оловом, до сих пор загадка. Но именно так они получили бронзу – первый в истории сплав прочнее меди.
Как древние люди производили железо
Железо оказалось еще крепче, но покорилось не сразу. Сначала люди использовали метеоритное железо – редкие самородки, упавшие с неба. Такие куски железа притягивались к примитивным магнитам и выглядели как подарок из космоса.
"Когда подкованный конь, например, скакал по дороге, вдруг он не мог оторвать копыта от земли. То есть подкованная лошадь притягивалась через магнитные силы. Эта магнитная сила позволяла находить железо, как правило, метеорного происхождения", – сообщил эксперт.
Исследователи установили, что из метеоритного железа изготовлено лезвие кинжала, найденное в гробнице Тутанхамона. В бронзовом веке этот металл ценился гораздо дороже золота. Его ценность упала, когда люди научились добывать железо из руды.
Случилось это относительно недавно – примерно 3 тысячи лет назад. Чтобы подчинить себе земное железо, древним металлургам пришлось создать жар температурой свыше 1,5 тысячи градусов.
"Железо достаточно сложно для выплавки. Здесь потребовались новые возможности по повышению температуры в специальных печах, изобретение горна, который с помощью кислородного наддува позволял поднять температуру нагрева или температуру плавления", – уточнил Илья Вольнов.
Люди тысячелетиями экспериментировали с металлами и продолжают это делать до сих пор. Сейчас физики создают металлические материалы, которые еще вчера считались фантастикой.
Металлическая пена: уникальный сверхлегкий материал
Металлическая пена больше чем наполовину состоит из воздуха и очень напоминает воздушный шоколад. Но хрупкой ее не назовешь. Испытания, проведенные учеными Университета Северной Каролины, показали, что пенометалл из нержавейки защищает от ударной волны и осколков лучше, чем традиционная армейская броня.
Секрет в том, что разрушение металла сдерживают многочисленные поры. Металлическая пена бывает разной: алюминиевая, например, не тонет в воде.
"Образцы пеноалюминия имеют плотность ниже, чем у воды. При этом при специальной обработке пеноалюминий может иметь прочность, сопоставимую с чистым алюминием", – отметил физик Алексей Соколов.
Пенометалл создают разными способами. Один из них позволяет заполнить воздушные поры углекислым газом, что автоматически делает металлическую пену противопожарной.
"Когда этот материал будет расплавляться под действием огня, он будет выделять углекислый газ как огнетушитель. Где это сейчас применяется? Из этих материалов делают корпуса приборов, делают перегородки для того, чтобы они служили в системе пожаротушения, преграждали путь огню на воздушных судах", – пояснил Виктор Овчинников.
Глина в истории человеческой цивилизации
Еще один материал, который служит нам с древнейших времен, – глина. Из нее наши предки строили дома и делали посуду.
Но что, если они находили ей и другое применение? Ученые из Университета Мичигана считают, что 40 тысяч лет назад люди мазали глиной тело, чтобы спастись от космической радиации.
Согласно общепризнанной версии, на Земле тогда случилась катастрофа: магнитные полюса поменялись местами, и магнитное поле, которое защищает планету, значительно ослабло.
"Глина как пористый материал очень эффективно удерживает радионуклеиды. Но есть между глинами разница как между фарфором и фаянсом, также между различными глинами из различных месторождений есть такие же различия. Поэтому не всякую глину можно применить для задержания радионуклеидов", – подчеркнул специалист.
Ученые выяснили, что радиоактивное излучение хорошо экранирует глина, которую добывают в Ираке. Именно на ее основе уральские физики недавно создали новый инновационный материал, который защищает от радиации не хуже свинца и вольфрама.
Также есть сорта глины с повышенной прочностью. Например, якутская. Из нее делают даже броню.
"В Якутии изобрели бронежилет из местной глины. Он действительно показал при испытаниях, что глина задерживает осколочные и пулевые поражения, которым могут быть подвергнуты не только человек, но и объекты техники, в частности легкобронированной, такие как штабные автомобили, автомобили связи можно обкладывать этими пластинами", – сообщил Виктор Овчинников.
Глина – отличный абсорбент, поэтому ее используют для очистки нефти. А белая глина – каолин – входит в состав бумаги и может занимать до 40% ее массы.
Каолин делает бумагу плотной, гладкой, блестящей и придает ей белизну. И конечно, глину по-прежнему уважают строители.
В 2021 году в Италии впервые напечатали глиняный дом на 3D-принтере. Похожее на пещеру жилище площадью 60 квадратных метров возвели за неделю. Его создатели верят, что в будущем такой экологически чистый дом сможет построить себе любой желающий.
Смертельно опасный минерал асбест
Не все материалы, которые пускали в ход наши предки, прошли проверку временем. Например, асбест, который представляет собой минерал, состоящий из тончайших гибких волокон, в наше время попал в черный список.
Настоящий расцвет асбеста пришелся на XX век. Из него делали все – от стройматериалов до формы для пожарных и бытовой техники. При этом первые тревожные сигналы о его вреде появились еще в начале века, но на них долго закрывали глаза.
"Обнаружили, что рабочие на асбестовых заводах достаточно быстро умирают, и установить причину такой смертности было сложно, потому что владельцы заводов всячески пытались засекретить эту информацию. Открытие пришло где-то к 1980-му, когда обнаружили, что микроволокна асбеста очень маленькие, тоньше человеческого волоса, и могут попадать в организм через дыхательные пути", – рассказал историк Роман Харланов.
Частицы асбеста остаются в легких навсегда. Их острые края повреждают клетки, вызывая воспаление и мутации ДНК. На данный момент использование асбеста полностью или частично запрещено на территории 67 стран.
Еще больше интересного от РЕН ТВ – в канале "Рен. Важное" мессенджера "МАКС"