Энергия и цивилизация

Примечание 4.20. Потребности в древесине для римской плавки меди и серебра в Рио-Тинто

Первое исследование огромных груд шлака в Рио-Тинто дало оценку в 15,3 Мт шлака от добычи свинца и серебра и 1 Мт шлака от добычи меди. На основе этих данных рассчитали (Salkield 1970), что римлянам требовалось валить 600 тысяч взрослых деревьев в год, чтобы добыть топлива на плавку – невозможное количество для южной Испании. Новое исследование (базирующееся на обширном бурении) принесло цифру около 6 Мт шлака, и хотя медь была главным продуктом в римскую эпоху, в доримские времена тут плавили немало серебра (Rothenberg and Palomero 1986). При соотношении шлак/древесный уголь 1 к 1 и дерево/древесный уголь 5 к 1 производство 6 Мт шлака потребовало бы 30 Мт дерева или 75 000 т/г. на протяжении 400 лет крупномасштабного производства.

Добыча топлива путем вырубки естественного леса (обеспечивает не более 100 т/га) потребовало бы очищать в год 750 га леса, эквивалент круга с радиусом около 1,5 км: это было сложной, но решаемой задачей, неизбежным последствием которой стало бы сведение лесов на обширных территориях. Схожим образом столетия плавки меди на Кипре (начались около 2600 года до н. э.) оставили после себя 4 Мт шлака. Очевидно, древняя металлургия была главной причиной уничтожения лесов в Средиземноморье, на Кавказе и в Афганистане, и нехватка дерева в конкретных местностях в конечном итоге ограничила масштаб плавки.

С самого начала добычи меди часть металла использовали для изготовления бронзы, первого практичного сплава, избранного Кристианом Томсеном для ставшего ныне классическим разделения эволюции человека на каменный, бронзовый и железный века (Thomsen 1836). Само собой, это очень общее, лишенное деталей разделение. Некоторые общества, в первую очередь Египет до 2000 года до н. э., прошли через эру чистой меди, а другие, например Африка к югу от Сахары, проследовали прямо из каменного века в железный. Первая бронза появилась в результате случайной плавки медной руды, содержащей олово. Позже ее получали совместной плавкой двух руд, и только после 1500 года до н. э. начали изготавливать, плавя два металла в одном тигле. Олово с его низкой точкой плавления в 231,97 °C производили, расходуя сравнительно малое количество древесного угля, из дробленых оксидных руд. Общие затраты энергии на изготовление бронзы были ниже, чем для той же меди, и при этом сплав обладал лучшими качествами.

Примечание 4.21. Разрывная прочность и твердость широко распространенных металлов и сплавов

Источник: базируется на Oberg and co-workers (2012)

Поскольку доля олова варьировалась от 5 до 30 % (и поэтому точка плавления колебалась между 750 и 900 °C), то невозможно говорить о типичной бронзе. Сплав, который брали для отливки пушек, состоял из 90 % меди и 10 % олова и был в 2,7 раза прочнее и тверже, чем лучшая холоднотянутая медь (Oberg et al. 2012; примечание 4.21). Из бронзы изготовлены первые хорошие металлические топоры, долота, ножи, подшипники и надежные мечи, которые годились и чтобы рубить, и чтобы колоть. Бронза, шедшая на колокола, обычно содержала около 25 % олова.