Спор металла и камня

Среди этих конструкционных материалов почетное место занимают металлы, раньше всего ставшие известными человеку, – золото, серебро, медь, а также недавно освоенные редкие элементы: цирконий, тантал, бериллий, германий. А стало быть, в освоение космоса внесли свой немалый вклад и геологи, месторождения этих металлов открывшие.

Впрочем, и без подъема в космос ясно, насколько важную роль металлы играют в нашей жизни. Откуда берутся металлы? Все скажут: из руды. А что такое руда? Как и когда человек познакомился с этими камнями, рождающими металл?

Мир камня – мир необычный. И вот почему. Человечество всегда интересовал «дефицит» – те химические элементы, которыми природа не очень-то богата. Металлы (за исключением разве что алюминия и железа) рассеяны в земной коре, и их концентрация в виде рудных месторождений – по сути, явление исключительное. Раскрытием закономерностей в возникновении таковых залежей занимается большая армия геологов, минералогов, геохимиков.

В первую очередь были освоены «готовые» металлы – медь и золото. То есть те, которые одновременно являются и металлами (из них сразу можно изготавливать всевозможные изделия), и минералами (не имеют постоянного химического состава и свойств). Но что определяло судьбу каждого металла? Что сделало золото «металлом царей и царем металлов»? Почему медь стали использовать почти на пять тысяч лет раньше железа? А алюминий, которого на Земле в тысячи раз больше (в простой глине его содержание составляет 30–40%), используется всего около сотни лет… Этот удивительный металл поначалу ценился дороже золота. Он поразил красотой и легкостью Н. Чернышевского – во время его заточения в крепость за вольнодумие ему подали стакан чаю и алюминиевую ложечку, и он воскликнул: «Это металл будущего!»

РОДИТЕЛЬ МЕТАЛЛОВ

Откуда появился термин «минерал»? Его происхождение идет от звучного латинского слова «минера» – «руда». Минералогия, или наука о минералах, – одна из древнейших наук. Как она стала развиваться? Вспомним песчаные отмели рек, берега речушек, изобилующие цветными камнями. Многие каменные голыши – не что иное, как кремень, краеугольный камень человеческой цивилизации. Интересно, как его называли в древности? В одном из древнейших языков мира, санскрите, есть слово «упала» – «камень». Оно родственно названию широко известного нам красивейшего камня опала, близкого родственника кремня.

Первая встреча человека с металлом состоялась в далеком каменном веке. И помог этой встрече именно кремень. Ведь из кремня изготовляли первые орудия древние люди: топоры, серпы, молоты, ножи. Возраст самых древних орудий – 2,5 млн. лет. Наиболее древние каменные орудия, тяжелые (более килограмма) рубила, находят в Южной Франции. Сравнительно недавно (6–10 тысяч лет назад), в эпоху верхнего палеолита и неолита, люди пользовались уже целым арсеналом каменных орудий – топоры, скребки для обработки шкур зверя, молотки, наконечники стрел, копий и дротиков, мотыги для возделывания полей, долота, резцы, пилки и множество нужных вещей. Прекрасно сохранившиеся орудия труда и войны найдены археологами на Южном Урале, в частности в Учалинском районе, где наши далекие предки делали наконечники стрел и копий из ярко-красной яшмы (возможно, это делалось для устрашения врагов, ибо казалось, что камень покрыт засохшей кровью).

Кремневую гальку найти было нетрудно. Однако для по-настоящему надежных орудий нужен был материал более высокого качества – чтобы его добывать, люди научились проходить горные выработки на высоком техническом уровне. Диву даешься: как древние без точных инструментов и специального оборудования проходили шахты, делали горизонтальные выработки, следуя за жилами высококачественного кремня.

Чем же покорил в современном представлении простой кремень древнего нашего предка – и что это за минерал? Основу этого минерала составляет кремнезем – оксид кремния SiO₂. Еще этот кремнезем содержит чуть-чуть воды, оксидов железа, алюминия, иногда примесь органики. Два элемента, кремний и кислород, – основа земной коры (на долю этих элементов приходится 70% ее массы), так что кремень в природе распространен широко.

Кремень человек оценил за его высокую твердость при большой вязкости. Из-за этой вязкости свежедобытые глыбы кремния, в частности яшмы, при обработке не разлетались на мелкие осколки, а расщеплялись на тонкие пластины, слегка изогнутые, с острым режущим краем. Из таких пластинок наши первобытные предки делали всевозможные инструменты и орудия труда. В этом отношении прекрасным исходным материалом являются яшмы Южного Урала, образующие пояс протяженностью несколько сотен километров при ширине 5–10 км.

Впрочем, изыскания археологов свидетельствуют: древние минералоги, жившие девять тысячелетий тому назад, не только прекрасно знали кремень и вулканическое стекло, но и умели определять некоторые минералы меди. Первое знакомство с металлосодержащей рудой состоялось еще в каменном веке. Наши древние предки знали, что есть камни, которые от удара плющатся и становятся прочнее, а от жара костра не разлетаются на остроугольные осколки (именно с обжига на костре большей частью начиналась обработка кремня), а становятся мягкими и податливыми. И хотя с появлением металлов роль камня становится все более скромной, археологи утверждают: все основные приемы горного дела, разработанные в эпоху неолита, – шахты, штреки, вентиляционные окна и так далее, – использовались людьми и во все последующие исторические периоды.

Известные поэмы «Илиада» и «Одиссея» раскрывают перед нами панораму жизни многих греческих племен, живших в Древней Элладе, на полуострове Пелопоннес, побережье Малой Азии и островах Эгейского моря.

Эти поэмы – своего рода «энциклопедия античности», полная многих интересных деталей. Немало там говорится и о металле – на первом месте стоит медь. Великое множество медных изделий «гремит» и «сверкает» в торжественном слоге гомеровских поэм, бряцают «медные латы», блещут «медноострые копья». Даже бог солнца Гелиос «с моря прекрасного встал и явился на медном своде небес». Много металлических предметов украшают и мирные покои во дворце царя Менелая.

Кроме меди Гомер упоминает золото и серебро, олово и свинец, а также неметаллические полезные ископаемые: мрамор, глину, соль, серу, янтарь… Упомянуты и медные деньги. Критские таланты имели форму растянутой для обработки бычьей шкуры, масса такой «монеты» достигала 25 кг, а по стоимости она равнялась цене живого быка.

Во многих странах Древнего мира средствами оплаты были медные изделия: ножи, топоры, наконечники стрел и копий, в Нормандии – миниатюрные топорики и ножички. В странах Африки медными деньгами служили предметы украшения: кольца, браслеты, обручи (для пальцев, щиколоток, шеи).

В Китае в качестве менового эквивалента использовались не только медные и бронзовые орудия и их миниатюрные модели, но и музыкальные инструменты, например литые медные колокольчики. Это была, пожалуй, самая звонкая «монета» в мире!

Древние египетские письменные памятники утверждают, что за 3000 лет до н. э. египтяне вели регулярную добычу меди на Синайском полуострове. В период V–IV тысячелетий медь осваивали жители древнего Закавказья и современной Болгарии.

Но, казалось бы, камень много прочнее мягкой меди. Почему же мягкий металл победил прочный камень? Еще в середине прошлого века молодые археологи ленинградского отделения Института археологии АН СССР под руководством доктора исторических наук С. Семенова провели своеобразный эксперимент по решению вопроса: что, если бы наши современники оказались в каменном веке? Смогли бы выжить, добывать кремень, изготовлять из него орудия труда, рубить каменными орудиями деревья, долбить лодки, сверлить отверстия?

Эксперимент проводился в вековой тайге Приангарья. Для исследователей «наступил» каменный век. Вот в ствол сосны вонзился каменный топор. Час с четвертью понадобилось, чтобы свалить дерева. А времени на такую же работу медным топором потребовалось в три раза меньше, всего 25 минут. Дальше – больше: надо ствол обстучать, обрубить сучья. Медный топор потребовал времени в 7 раз меньше. А если нужно распилить толстенный олений рог? Медная пила справилась с работой за 19 минут, а кремневая пила при первой же попытке… сломалась.

Весь секрет заключался в следующем: скорость работы пилы зависит от угла заточки. У медной пилы угол пологий – 15–20 градусов, у каменной – крутой, 40–45 градусов, и поэтому каменная пила плохо входит в дерево. Кроме того, медный рабочий инструмент оказался долговечнее каменного.

Нельзя сбрасывать со счетов и такое свойство металла, как способность принимать при литье определенную форму. Об этом писал еще знаменитый римский поэт Тит Лукреций Кар:

Археологи свидетельствуют: «На грани неолита и бронзового века добыча меднорудного сырья и обработки металла нередко находились в одних руках и практически в одном районе. Древнейшие горно-металлургические “предприятия” были делом целых общин и племен. Это были племена халибдов в Малой Азии, дактилей в Азии, тельхинов на острове Родос».

И еще в одном предположении единодушны археологи разных стран: первый металл ввели в хозяйственный быт скотоводы. В самом деле – в отличие от охотников, полностью сосредоточенных на преследовании жертвы, у пастуха уйма времени для обозрения и сбора интересных камушков.

* * *

В заключение – коротко о самом названии меди, металла и в то же время минерала. В таблице Менделеева медь именуется латинским словом «cuprum». Еще Плиний в своей «Естественной истории» писал, что медь добывалась на Кипре, – собственно, по названию этого острова и был назван металл. Залежи медной руды на Кипре представлены залежами колчеданного типа, такими же, как медноколчеданные руды Учалинского, Сибайского, Подольского, Юбилейного, Бурибаевского, Гайского и многих других залежей этого типа на Урале.

Сперва медь добывали из верхней части месторождений, из окисленной зоны (так называемой «железной шляпы», наличие которой свидетельствует о том, что в нижних горизонтах есть цельная первичная руда, – по этим признакам открыты все крупные медноколчеданные месторождения). Эта окисленная часть медных залежей Кипра была богата самородной медью и ее окислами (куприт) и карбонатами (малахит и азурит).

С Кипром связано еще одно имя меди, под которым она описывалась в трактатах средневековых алхимиков: Венера. Кстати, золото обозначалось в них Солнцем, а его собрат, благородное серебро, – Луной, быстроногий вестник богов Меркурий был символом жидкого и подвижного металла – ртути. Но какая связь меди и Венеры? Причина тут в красоте этого розовато-золотистого металла. Венера, как повествуют мифы, явилась из морской пены и ступила на землю именно на острове меди, Кипре, – потому и звалась Венерой Кипридой. Кстати, с Кипра медь вывозили не только в слитках, но и в виде изделий, и особенно славились медные зеркала – полированные медные диски, в которых своими отражениями любовались красавицы минувших тысячелетий…

И еще одно название меди сохранилось в истории минералогии – халькос. Так называли ее древние греки по названию местности Халкис, что на острове Эвбея. А основной минерал меди в сульфидных рудах (соединение металлов и серы) сейчас зовется халькопиритом.