В этом цикле статей мы рассказываем вам о металлах, но сегодня героем нашего рассказа станет элемент, который никакого отношения к металлам не имеет.
Это кремний.
Тот самый вездесущий кремний.
Вы наверняка знаете, что примерно наполовину земная кора состоит из кислорода (его содержание там составляет около 49% по массе), поскольку он входит в состав большинства горных пород и минералов, связывая другие элементы.
Второй по распространённости после кислорода — кремний. Если кислорода примерно половина, то кремния — около трети, 27,6–29,5%. Кремний — это песок, кварц, кремень — в общем, огромная часть того, что мы считаем просто «землёй под ногами».
И в этой главе металлов не будет.
Будет только балет и керамика.
Шутка.
Только кремень и керамика.
Большую, я бы даже сказал — подавляющую часть своей истории человечество провело в каменном веке. Палеолит и неолит, то есть древний и новый каменные века, были и уже навсегда останутся самыми протяжёнными периодами существования вида Homo sapiens.
Самые древние из известных сегодня каменных орудий были найдены в Африке, и им около 3,3 миллиона лет. Это находки из Ломекви-3 в Кении — они древнее нашего вида Homo sapiens, то есть были сделаны ещё до появления людей в строгом биологическом смысле.
Закончился же каменный век сравнительно недавно — ранняя металлургия меди и первые бронзовые изделия появляются примерно в IV тыс. до н. э. Какое-то время металл и камень существуют параллельно, но около 2000 года до н. э. металлы уже вытеснили камень в большинстве центров цивилизации.
Давайте округлим в большую сторону — будем считать, что «металлические века» — медный, бронзовый и железный — начались около 3000 года до н. э. Три тысячи лет до Рождества Христова, плюс две тысячи после, — получаем около 5000 лет истории человечества, живущего в мире металлов.
Так вот, эти пять тысяч лет «от Адама до Потсдама», от Троянского коня до семнадцатого айфона — плёнка на поверхности каменного века. Поскольку эти 5000 лет составляют десятые доли процента от бесконечно проживаемых — поколение за поколением — жизней первобытных людей.
Но — бог с ними, с миллионами лет! Давайте отбросим все предшествующие и параллельные виды разумных существ, всех этих Homo erectus и Homo neanderthalensis, ограничимся только нашим биологическим видом. Если всю историю Homo sapiens сжать в одни сутки, то использование металлов началось бы буквально в последние минуты перед полуночью.
А до этого — камень, камень и ещё раз камень. Тот самый кремний.
Вы можете спросить: а чем же занималось человечество все эти бесконечные тысячелетия каменного века? Ответ простой — совершенствовало технологию обработки камня.
Да, медленно — невообразимо медленно по нашим меркам! — но совершенствовало.
Потому что путь от олдувайского чоппера
до неолитического полированного топора
— это дистанция огромного размера, как говаривал Александр Сергеевич-другой.
Но переход от камня к металлам — это было нечто иное.
Не совершенствование, а революция. Причём революция, меняющая всё.
Начиная от способа работы с заготовкой — от металлических самородков, как мы уже упоминали в главе про медь, нужно было не откалывать лишнее, а плющить, трансформировать их самих, целиком.
И заканчивая способом заготовки этих заготовок (извините уж за невольный каламбур). Если камни приходилось искать в готовом виде, то с металлами примитивное собирательство не пройдёт.
Готовых к употреблению металлов на планете практически нет. Так, чтобы не «раз в год по обещанию», а более-менее часто, в самородном виде встречаются разве что золото, серебро и медь. Но это, по сути, исключение из правил. Потому что за исключением этих крайне незначительных самородков практически все металлы на планете хранятся в виде различных химических соединений. По большей части — в виде оксидов.
И вот из них чистый металл можно «выцарапать» только путём переплавки.
Чтобы перейти к подобному способу заготовки материала для производства орудий труда, в головах у людей должен был произойти весьма серьёзный скачок. Я бы даже сказал — принципиальный, стратегический скачок.
Вопрос — как человек изобрёл металлургию, то есть додумался до процесса плавки, — является одним из самых сложных в истории.
Что мы знаем? Мы доподлинно знаем первые выплавленные металлы — это свинец и медь. Проблема в том, что свинец слишком мягкий: он ногтем царапается и каменным ножом режется. Какие инструменты из него можно сделать? Да никаких, кроме снарядов для пращи!
Поэтому первые известные нам металлические инструменты были сделаны из меди, и первый «металлический» век, пришедший на смену каменному неолиту, именуется «энеолитом», то есть «медным веком».
Что нам рассказывали о выплавке первой меди в школе на уроках истории?
Сидел, мол, первобытный охотник у костра, жарил мясо, а потом вдруг заметил, что один из красивых камешков, которыми он обложил очаг, взял да расплавился! Вот так древний человек и открыл металлургию.
В этом рассказе прекрасно всё, кроме того, что это — миф, который давно нужно выбросить на помойку.
Нет, элементы правды в нём есть. Скорее всего, медь действительно выплавили из красивых камешков. Почти наверняка первой рудой для плавки стали оксиды и карбонаты меди — всем известный по сказкам Бажова малахит,
азурит
и куприт.
Но в целом рассказ про охотника у костра не получится выдать даже за "упрощение для детей".
Почему?
Приведём только две цифры.
Обычный дровяной костёр даёт температуру примерно в 600–900 °C.
Температура плавления меди — 1084,5 °C.
Физика — жестокая наука. Максимум, что могло произойти с нашим носителем обрывка шкуры мамонта вокруг могучей талии, — его «красивый камешек» мог развалиться в костре от жара. Тот же малахит при нагреве сначала разлагается примерно в диапазоне 150–500 °C — то есть костра хватит. Но здесь вылезает другая проблема: в том порошке, на который рассыпался малахит, никакой меди нет! А для того, чтобы из получившегося оксида меди восстановить металл углём, нам нужна более высокая температура. Те самые тысяча сто градусов — отдай, как говорится, и не греши!
Такой температуры костёр никогда не даст — хоть ты дуй в него всем племенем.
Но дело даже не в цифрах с большими нулями. Металлургу отнюдь не всегда нужна высокая температура — с тем же свинцом хватит и костра с дровами.
Но вот управляемая температура ему необходима всегда.
Обычно люди считают, что для выплавки металла нужны два компонента — руда и топливо.
Это не так.
Нужны три компонента — руда, топливо и печь.
Для металлургии недостаточно руды и топлива. Нужен ещё технологический объём — печь, способная удерживать и регулировать температуру, а также создавать восстановительную среду.
Поэтому ответ на вопрос, вынесенный в название этой главы — что разделяет охотника с каменным топором и воина с бронзовым мечом? — будет несколько неожиданным.
Горшок.
Обычный глиняный горшок. Вот такой, например.
Или вот такой — тюнингованный.
Человечество никогда не перешло бы от каменных орудий труда к металлическим, не занимайся оно много веков одной древней забавой.
Изготовлением керамики.
Но об этом — уже в следующей главе.