История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие

Дональд Протеро (2018)

Захватывающая история того, как шаг за шагом добывалось геологическое знание, связанное с нашей планетой: как определялся ее возраст, состав, «нрав», раскрывались глубинные процессы. Каждая из 25 глав книги рассказывает, как геологи, палеонтологи и океанологи искали ответы на свои вопросы в толще земной коры, в кратерах вулканов, на самом дне Мирового океана, в малодоступных горах, ущельях, ледяных пустынях и даже в космосе. В предисловии Дональд Протеро сравнивает труд ученого геолога с работой криминалиста, а затем раскрывает это сравнение, показывая кропотливый процесс восстановления из мельчайших деталей, единичных следов и случайных отпечатков целостной картины далекого прошлого, отделенного от нас бездной геологического времени. Хаттон считал, что совокупность этих геологических процессов может полностью объяснить нынешние формы рельефа во всем мире и потому нет необходимости прибегать к библейским толкованиям. Наконец, он заявлял, что процессы эрозии, отложения, трансформации осадков и поднятия горных хребтов были циклическими и многократно повторялись в истории планеты. Поскольку такие циклы занимают огромные промежутки времени, Хаттон писал, что возраст Земли должен быть непостижимо велик. По его словам, геологическое время безмерно и практически бесконечно: «ни следов начала, ни перспектив конца». Как отмечал палеонтолог Стивен Джей Гулд, Хаттон «раздвинул границы времени, внеся тем самым наиболее выдающийся и преобразующий вклад геологии в человеческую мысль — Глубокое время». Особенности Около 150 уникальных фотографий, схем и иллюстраций. В природе происходит постоянный процесс создания нового океанического ложа: магма извергается в трещинах рифтовой долины в центре хребта, когда происходит его растягивание в стороны. Как только донные лавы остывают, они фиксируют магнитное поле Земли на момент своего формирования. Затем они растаскиваются в стороны, а в середине формируется новая кора, которая намагнитится уже в другом направлении, если магнитное поле планеты перевернулось. Старая кора постепенно отходит от центрального хребта, как пара конвейерных лент, и эти ленты — подобно пленке старого магнитофона, отходящей от записывающей головки, — сохраняют сигнал, который оставляют чередующиеся периоды прямой и обратной полярности Земли.

03. «Оловянные острова» и Бронзовый век

Касситерит

Бронза была таким же ценным сырьем, как нефть сегодня.

Археолог Кристиан Кристиансен

На край земли

В древние времена морские плавания были опасным делом. Корабли не могли уходить далеко от берега; небольшие паруса или команда рабов на веслах не позволяли двигаться быстро; карты у мореплавателей были плохими. Большинство древних цивилизаций относились к сухопутным и отправляли в сражения армию, а не флот. Масштабную морскую культуру развили только несколько народов — например, финикийцы в восточном Средиземноморье или греки, плававшие между своими многочисленными островами. Но даже такие морские народы, как финикийцы, у которых появились первые приличные карты, не имели возможности определять свою долготу и тем самым точно устанавливать собственное местонахождение. Поэтому в открытом море они перемещались только на небольшие расстояния, по мере сил стараясь прижиматься к берегу.

Римляне завоевали все земли, окружавшие Средиземное море, и называли его Mare nostrum, «наше море», потому что правили на всех его берегах. Появившееся в III в. латинское название Mare Mediterraneum буквально означало «Море посреди земли» из-за расположения в центре Римской империи. Тем не менее военный флот использовали ограниченно; римляне больше полагались на свои хорошо обученные легионы.

Очень немногие средиземноморские корабельщики осмеливались заходить в неведомые воды Атлантического океана, который для народов того времени был краем Земли. Действительно, название океана происходит от древнегреческого мифа о титане по имени Атлант или Атлас, который держал на своих плечах небесный свод; его же имя носят горы Атлас к югу от Гибралтарского пролива. Две скалы, обрамляющие этот пролив (Гибралтар в Испании и Джебель-Муса в Северной Африке), известны как Геркулесовы столбы, что отражает греческий миф о Геракле, который во время одного из своих 12 подвигов ненадолго принял ношу Атланта. Все, что располагалось дальше этих коварных вод, считалось царством неизвестного. Это одна из причин, почему Платон поместил свою мифическую Атлантиду за Геркулесовыми столбами.

Однако морские нации, открывшие месторождения меди на Кипре (см. главу 2), отчаянно нуждались и в другом металле — олове. В древнем мире оно имело колоссальное значение: при соединении с медью (5–20 % от ее доли) образуется бронза — сплав, который тверже, чем любой другой металл, известный в то время, и который проще обрабатывать, чем олово или медь по отдельности. Этот первый металлический сплав можно было превратить в превосходные инструменты и оружие. Так начался бронзовый век.

Олово настолько редко встречается в Европе, что спрос на него был крайне велик. Многие торговцы преодолевали в его поисках большие расстояния — особенно после того, как истощились месторождения в Средиземноморье. Финикийцы первыми добрались до месторождений олова на юго-западе Британии, а источник их оловянных богатств стал строжайшей тайной. По легенде, капитан корабля из Карфагена (финикийского города-государства, расположенного на территории современного Туниса) предпочитал разбить свое судно, нежели рисковать тем, чтобы его выследили греческие, а позже и римские корабли, обнаружив утаиваемый источник этого драгоценного металла. Греки, сражавшиеся с финикийцами за контроль над Средиземным морем, знали о легендарных «Оловянных островах», которые они называли Касситеридами, но не представляли их местоположение (рис. 3.1). Как показывают многие карты, мореплаватели считали, что Касситериды — это острова, а не часть той суши, которую затем открыли восточнее и нарекли Бреттанией. Впервые в истории о Британских островах упоминается именно как об «Оловянных островах».

Рис. 3.1 Карта античного мира из «Географии» Страбона (примерно 18 г. до н. э.), на которой Касситериды показаны в виде островов, отделенных от «Бреттании» — именно так в древности воспринимали Корнуолл. Источник: Wikimedia Сommons

Тем не менее античные авторы активно обсуждали легендарные источники финикийского олова. Уже в 500 г. до н. э. Гекатей Милетский писал о землях за Галлией, где добывали этот металл. Около 325 г. до н. э. Пифей из Массалии добрался до Британии, где, согласно сообщениям о его путешествии^[13], обнаружил процветающую торговлю оловом. Греческий астроном и географ Посидоний упоминал о торговле оловом с Британией около 90 г. до н. э.

Многие ученые позже размышляли, где располагались реальные Касситериды. Некоторые авторы отождествляли их с островами Силли и видели в этом доказательство того, что финикийцы торговали с Британией. Однако на архипелаге Силли нет добычи полезных ископаемых — если не считать небольшие разведочные работы. Позднее стало ясно, что «острова Касситериды» в действительности были полуостровом Корнуолл на западной оконечности Британии, а не островами.

Древнегреческий историк Диодор Сицилийский так описывал в I в. до н. э. добычу олова в Британии:

Жители Британии, обитающие у мыса Белерий, отличаются исключительным гостеприимством, нравы же их по причине присутствия иноземных купцов мягкие. Олово они получают, умело обрабатывая рудную породу. Порода эта каменистая с землистыми прожилками, из которых посредством обработки и плавки удаляют руду. Придав олову форму бабок, его доставляют на остров, который находится перед Британией и называется Иктис, причем во время морских отливов дно здесь обнажается, и олово в огромных количествах перевозят сюда на повозках^[14].

Олово на юго-западе Британии (в Девоне и Корнуолле) добывали еще в 2100 г. до н. э., в основном этим занимались местные кельтские племена. Они торговали с финикийцами, прибывшими из мест, где сейчас находятся Ливан и Сирия. Позднее торговлей оловом из Корнуолла занимались венеты — кельтское племя с полуострова Бретань на северо-западе Франции, которое тоже пользовалось древним корнским (корнийским) языком и имело общую с Корнуоллом культуру. Юго-запад Великобритании никогда не покрывался ледниками, поэтому рудные залежи находятся близко к поверхности: их не сносил натиск льда и не закрывали ледниковые наносы. Руда встречалась даже в галечнике ручьев и рек: именно этими месторождениями люди стали пользоваться раньше всего, но со временем горняки начали делать короткие траншеи прямо в рудных телах.

Добыча олова продолжалась здесь в Античности, в Средние века и вплоть до ХХ столетия. Она была настолько важна, что в 1305 г. король Эдуард I учредил специальные станнарные^[15] суды и станнарные парламенты только для управления деятельностью оловянных рудников и ее регулирования. На протяжении веков эти органы были основными формами управления в Девоне и Корнуолле. Металл добывали так: соскребали поверхностные отложения из глубоких траншей и дробили их в штемпельной мельнице с приводом от водяного колеса. Затем измельченную руду плавили и заливали в емкости из гранита, получая грубые слитки олова. Их доставляли в станнарные суды для взвешивания и определения пробы.

Богатство оловянных рудников сделало их заманчивой мишенью, и в 1497 г. король Генрих VII поднял налоги на добычу для оплаты своих войн в Шотландии, что нарушило предыдущие правила, установленные станнарными судами. Разгневанные горняки Корнуолла подняли восстание против короля, их силы в течение нескольких недель прошлись по южной Англии, практически не встречая сопротивления. Они двинулись на север в Бристоль, затем на восток и отступили только после сопротивления в Кенте на юго-востоке Англии. Наконец, 17 июня 1497 г. корнуоллские повстанцы столкнулись с 25-тысячной армией, поддерживавшей короля, в битве у Дептфордского моста. Этого моста и поля боя давно нет, здесь сейчас юго-восточные районы Лондона. Войско повстанцев было намного меньше сил противников и, не имея кавалерии и артиллерии, оказалось в явно невыгодном положении. Корнуоллские лучники какое-то время сдерживали королевские войска, пытавшиеся перебраться по мосту, однако из-за неопытности бунтовщики оставили подкрепления вдалеке от переправы, поэтому после захвата моста королевская армия легко разрезала войско повстанцев на части: погибло до 2000 человек.

Корнуоллские оловодобытчики

Эта битва была последним открытым восстанием корнуоллцев против короны, однако жители Корнуолла поныне остаются полным достоинства и несгибаемым народом, со своим особым диалектом и местной культурой. Они всегда отделяли себя от других жителей Британии, и их собственный черный флаг с белым крестом гордо развевается по всему Корнуоллу. Множество укромных бухт и местечек в Корнуолле делали его превосходным местом для контрабандистов, пытавшихся уклониться от королевских налогов и пошлин, поэтому здесь хватало моряков, не ладивших с законом. Они послужили источником вдохновения для «Пиратов Пензанса» — знаменитой комической оперы Артура Салливана и Уильяма Гилберта.

В XVIII и XIX вв. олово требовалось уже не для бронзового оружия. Оно использовалось в пьютере — сплаве, где к олову (85–90 % состава) добавляли медь, сурьму или свинец; из пьютера изготавливали миски, кружки, блюда и другую утварь. Однако больше всего олова требовалось для консервных банок и оловянной фольги, которые были необходимы для герметичного хранения продуктов. Фактически, можно сказать, олово изменило ход современной войны и позволило появиться великим империям в эту эпоху. Жестяная тара обеспечивала питание армии и флоту во время дальних плаваний и походов, а ведь именно получение достаточного количества продовольствия всегда было проблемой для военной логистики. Собственно, жестяные банки были изобретены по запросу самого Наполеона Бонапарта. Как говорил Наполеон, «армия марширует на своем животе»^[16].

Олово использовали для множества других орудий и предметов, поскольку этот металл было легко плавить, разливать и обрабатывать и он не подвергался коррозии. Целые поколения европейских мальчишек играли с оловянными солдатиками; один из них описан в сказке Ганса Христиана Андерсена «Стойкий оловянный солдатик». До распространения алюминиевой фольги именно оловянная фольга применялась обычно как для герметизации контейнеров, так и в электротехнических устройствах. За это время «корнуоллский оловодобытчик» стал распространенным мемом британской культуры, сравнимым с «валлийским угольщиком». Сейчас олово в ограниченных количествах по-прежнему в ходу — особенно в качестве стойкого к коррозии покрытия для стальных контейнеров и припоя для электроники. Например, в Apple iPad используется от 1 до 3 граммов олова: ведь всего лишь в двух его компонентах 7000 точек пайки. Олово по-прежнему является самым важным металлом для большинства производимых сегодня электронных устройств.

Однако замена оловянной жести и фольги алюминием уменьшила значимость олова в современном мире. Месторождения Корнуолла слишком истощились, чтобы обеспечить рентабельность в условиях снижения цен и падения рынка, поэтому его рудники с 1920-х гг. начали закрываться. Кроме того, колоссальные месторождения олова нашли в Перу и Боливии, что сделало этот регион мировым лидером в добыче олова на протяжении большей части XX в. Затем значительные месторождения были найдены в Китае, Австралии, Малайзии и других странах. Огромные залежи этого металла нашли в Конго, и в результате за их эксплуатацию взялись разнообразные агрессивные повстанческие группировки, сражающиеся со своими правительствами в Африке. В настоящее время большая часть мирового олова поступает из Индонезии, Китая и Малайзии.

Откуда взялось олово?

Основным источником олова в Европе были территории вокруг Девона и Корнуолла. Олово здесь непосредственно связано с интрузиями^[17] каменноугольных и пермских гранитных пород (например, в Дартмуре и в Лендс-Энде). Это произошло во время Герцинской складчатости^[18], когда части микроплиты, известной под названием Арморика, столкнулись с южной Англией, сминая ее породы, в которые затем проникала магма, выплавляемая в корневых частях воздымавшегося горного хребта.

Эти интрузии сопровождались многочисленными близповерхностными жилами, образованными обогащенной рудным веществом магмой. Они также перегревали подземные воды, которые просачивались через окружающую девонскую породу, захватывали редкие элементы, а затем осаждали их в жилах, обогащенных этими минеральными веществами, создавая гидротермальные месторождения. Такие жилы богаты медью, свинцом, цинком и серебром, но больше всего район известен как одно из крупнейших в мире месторождений олова, представленного касситеритом (оксидом олова, или SnO₂) — минералом, название которого восходит к древней легенде об островах Касситеридах. Касситерит — поразительный металлический серебристо-серый минерал, который может образовывать кристаллы сдвоенные, а иногда и бипирамидальной формы, выглядящие как две пирамиды, соединенные друг с другом основаниями (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Кристаллы касситерита (оксида олова) в форме двойников. Источник: Wikimedia Сommons

Хотя сегодня оловянные рудники Корнуолла большей частью закрыты, их можно посетить и получить представление о некогда преисполненной гордости мощной отрасли, которая способствовала развитию промышленного могущества Британии. Исторический оловянный рудник, открытый для экскурсий, — шахта Гивор в Корнуолле, которая находится к северу от Лендс-Энда, самой западной точки Британии. Она функционировала с 1840-го по 1990 г., выдав за это время более 50 000 тонн олова, и в период своего расцвета была одной из крупнейших в отрасли шахт Великобритании. В 1880-х гг. на одной этой шахте работало почти 200 оловодобытчиков; на пике же здесь трудилось 270 человек. Сегодня этот участок живой истории признан ЮНЕСКО объектом Всемирного наследия^[19]; экскурсии по бывшим местам добычи проводят люди, которые сами некогда здесь работали, а также их сыновья.

Добыча олова всегда была опасным и грязным занятием. Даже открытый способ приводил к спорам из-за леса, воды и пастбищ. Все подземные работы велись в узких шахтах, которые уходили глубоко в землю, следуя за рудными жилами. Самая заметная достопримечательность оловянной шахты Гивор — надшахтный копёр (рис. 3.3), на котором крепятся машинное оборудование и шкив с тросами. С их помощью под землю опускали клети с шахтерами и оборудованием, а поднимали на поверхность вагонетки с добытой рудой. Когда-то люди вгрызались в твердую породу, используя кирки и лопаты, но со временем с помощью гидравлических буров и молотков стали делать отверстия-шпуры для размещения в них динамита. Такое бурение порождало огромное количество каменной пыли, и шахтеры жили недолго, потому что их легкие поражал силикоз. Постепенное внедрение буров с водяным охлаждением решило проблему каменной пыли и снизило уровень смертности у горняков.

Рис. 3.3 Надшахтный копёр в музее оловянной шахты Гивор (Корнуолл). Фото автора

В конце дня шахтеры укладывали заряды в шпуры, затем покидали шахту и взрывали динамит. За ночь пыль оседала, и на следующее утро они возвращались к работе, загружая всю руду и пустую породу в небольшие вагонетки для транспортировки на поверхность. Чтобы добраться до рудных жил или удалить воду, приходилось прорывать множество горизонтальных туннелей (штреков), а эти туннели горняки соединяли вертикальными стволами, которые помогали им добираться до более скрытых жил и использовались для дренажа. От главного ствола шахты надо было пройти несколько коротких горизонтальных туннелей, чтобы достичь рудоносной жилы и обработать ее методом обрушения. С годами Гивор добиралась до все более глубоких жил, некоторые из них находились уже под Атлантическим океаном и за много миль от входа в шахту. В конечном итоге общая длина системы туннелей составляла почти 85 миль (примерно 135 км); многие из этих туннелей следовали за оловянными жилами под дном океана и требовали постоянной откачки морской воды. Другие шахты — например, Долкоат, уходившая на 1067 м вниз от земли, — относились к числу глубочайших в мире в 1920-е гг.

Когда вагонетки с породой поднимали на поверхность, сырую руду отправляли в штемпельную мельницу, которая измельчала породу и превращала ее в подобие песка. Затем требовалось отделить ценную руду от бесполезного материала. Большую часть времени сырье промывали водой, которая отсеивала более плотные металлосодержащие минералы от легкой по сравнению с ними пустой породы. На старых рудниках использовалось несколько больших, заполняемых водой промывочных ям; их выкладывали глиной и использовали для отделения плотных металлов от более легких минералов.

Чтобы добраться до олова, требовалось переработать огромное количество рудной породы. На рудниках Корнуолла концентрация металла обычно составляла 1 % или меньше, так что для получения одной тонны чистого олова необходимо было добыть сто тонн сырья.

На более современных оловянных шахтах, таких как Гивор, имелось здание с сотнями магнитных сепараторов (рис. 3.4), которые управляли движением измельченной руды на рифленом промывочном столе. Магнитное поле под верхней частью стола удерживало магнитные минералы, входящие в состав руды, в то время как немагнитные минералы смывались в зону сбора отходов. Затем концентрированный металлический остаток собирали и отправляли на плавильный завод, где его плавили и разделяли на отдельные металлы (олово, медь, цинк), а затем изготавливали из них слитки, которые шли на рынок. Одним из недостатков корнуоллского горнодобывающего района было отсутствие угля и другого топлива, необходимого для плавильных заводов, поэтому для конечной плавки приходилось отправлять переработанную руду в другие места.

Рис. 3.4 Магнитный сепаратор на оловянной шахте Гивор. Рифление стола помогает отделить тяжелое олово и другие металлы от пустой породы. Магниты под столом концентрируют металлосодержащие минералы в верхней части стола, а безрудный материал стекает с его нижней части. Фото автора

Крах оловянной империи

Оловянные шахты Корнуолла становились все менее и менее прибыльными к началу XIX в., когда, как уже говорилось, в Боливии и Юго-Восточной Азии нашли более богатые и рентабельные месторождения. Тем не менее добыча олова продолжалась в Корнуолле на протяжении большей части ХХ столетия. Цену на олово частично поддерживал мировой картель — Международный совет по олову, который регулировал производство этого металла по всему миру, чтобы сохранять его дефицит и повышать значимость на товарном рынке. При необходимости он скупал излишки в Корнуолле или Малайзии, поддерживая тем самым рентабельность продаж.

Однако спрос на олово неуклонно снижался, и во многих товарах его заменил дешевый алюминий. Добыча в Корнуолле обходилась дороже, чем в развивающихся странах. В конце концов у Международного совета закончились деньги, необходимые для скупки излишков олова, и в октябре 1985 г. картель внезапно распался, несмотря на несколько попыток его возродить. Сейчас цена на олово намного ниже — вследствие ограниченного спроса на него и дешевизны этого металла, добываемого в странах с низкой заработной платой. Эта ситуация опасна для горняков, особенно в Индонезии, где разрабатываемые месторождения находятся все глубже и все больше связаны с риском. Рудокопы, по-прежнему использующие кирки и лопаты, работают всего за 5 долларов в день, и никто не вводит правила техники безопасности — например, террасирование карьеров, предотвращающее обвалы. В 2011 г. на этих рудниках погибал примерно один рабочий в неделю, однако здесь по-прежнему не стремятся регулировать работу шахт или повышать их безопасность.

Крах мирового оловянного картеля привел к прекращению добычи олова в Корнуолле и Девоне. Последней работавшей шахтой Девона была шахта Хемердон недалеко от Плимптона, просуществовавшая до 1980-х гг. Последний оловянный рудник Корнуолла в Саут-Крофти закрылся в 1998 г. Во время экскурсии по шахте Гивор последняя и самая трогательная остановка — бывшая шахтерская раздевалка, где многие рабочие оставили снаряжение и одежду после своей последней смены, когда в 1986 г. хозяева без предупреждения закрыли предприятие. Горняки и экскурсоводы до сих пор жалуются, что богатые инвесторы, владельцы и торговцы из картеля извлекли прибыль благодаря инсайдерской информации перед внезапным обвалом цен, однако рабочих никто не уведомил о ситуации, а после закрытия предприятий у них не стало будущего. Надпись возле одной из шахт в Корнуолле, появившаяся примерно в 1999 г., гласит:

Корнуоллские парни руду добывают

Или тянут упорно рыбацкие сети.

Но когда здесь закончатся олово с рыбой,

Чем займутся тогда корнуоллские дети?

Путешествие по населенным призраками холмам Корнуолла и посещение давно заброшенных горнодобывающих предприятий — отрезвляющий опыт. Это заключительный этап в долгой истории металла, который положил начало бронзовому веку, помог промышленной революции, дал возможность прокормить большие армии и флоты с помощью консервов в жестяных банках и до сих пор остается одним из самых важных металлов в современной электронике. Мы живем не в бронзовом веке, но олово по-прежнему необходимо — даже в компьютерный век.

Примечания

13

Книга Пифея «Об океане» до нас не дошла; сохранились лишь упоминания о ней у других авторов.

14

Диодор Сицилийский. Историческая библиотека. Книга V, глава 22. Пер. О. П. Цыбенко. Белерий — современный мыс Лендс-Энд на оконечности Корнуолла. Бабка — кость надкопытного сустава. Иктис — скорее всего, нынешняя гора Святого Михаила: это островок в заливе Маунтс-Бэй в Корнуолле, который соединяется с материком во время отлива.

15

От лат. stannum — «олово». Имеется в виду так называемое Станнарное право (англ. Stannary law), распространявшееся начиная со Средневековья исключительно на добытчиков олова в Корнуолле и Девоне. Все труженики этой отрасли в королевстве выводились из-под судов любой другой юрисдикции. Формально свод этих правил до сих пор остается частью законодательства Великобритании, хотя практически уже не имеет значения. — Прим. ред.

16

Фраза в такой форме, приписанная Наполеону, впервые появилась только в 1862 г. в американской газете The Springfield Daily Republican. До этого в 1858 г. Томас Карлейль приписал Фридриху Великому близкий по выражению афоризм: «Армия, как змея, двигается на своем животе».

17

Интрузия — внедрение магматического расплава в твердые породы, а также само тело, образовавшееся при застывании такой магмы.

18

Герцинская (варисцийская) складчатость — период тектонических процессов с середины девона до начала триаса.

19

Объектом Всемирного культурного наследия ЮНЕСКО признан Горный ландшафт Корнуолла и Западного Девона. С 2006 г. частью этого комплекса стал и бывший рудник Гивор. — Прим. ред.