Бронза из сплава меди и олова около 200 лет давала человечеству металлические орудия труда, инструменты и оружие, а затем ее сменил значительно более качественный металл – железо.
От кованого железа к стали
На самом деле мы применяли железо десятки тысяч лет, но не за его качества как металла, а в виде красивого пигмента, с помощью которого мы украшались и самовыражались. Охра бывает самых разных оттенков, от коричневого до желтого и ярко-красного, в зависимости от того, какой именно минерал – оксид железа в ней содержится и сколько в ее структуре воды. Еще по меньшей мере 30 000 лет назад мы растирали разные виды охры в порошок, расписывали ею свое тело, красили волосы, делали из нее краску для наскальной и пещерной живописи. Причем, похоже, наш биологический вид применял эти природные красители не первым: охру нашли наряду с кремневыми артефактами на стоянках неандертальцев, которым свыше 200 000 лет
[366].
Однако подлинным переворотом в истории цивилизации стал момент, когда мы научились добывать из этих красно-рыжих оксидных руд чистое металлическое железо. Как мы уже видели, в бронзовый век было достаточно много источников меди, зато очень мало олова. А железо доступно в богатых залежах и встречается на планете повсеместно. Тем не менее железо начали применять позднее меди и бронзы, и причина в том, что этот металл гораздо сложнее добыть из каменистой руды.
Первой печью для выплавки железа была сыродутная печь, в которой одновременно сжигались руда и древесный уголь, однако достигаемой при этом температуры было недостаточно, чтобы железо расплавилось и вытекло из шлака. Из печи доставали раскаленные, но еще твердые губчатые куски железа в смеси со шлаком, так называемые крицы, после чего их били молотом на наковальне, чтобы выделить чистое кованое железо. Добыть из крицы чистое железо – это чудовищно тяжелая работа. Такие методы плавления и ковки железа были изобретены в Малой Азии около 1300 года до н. э.
Затем их усовершенствовали – стали строить плавильные печи гораздо выше и мехами накачивать в них снизу поток воздуха: так удавалось получать более высокие температуры для плавления железа. Это доменная печь. Добавление известняка в качестве плавня (флюса) помогает отделить шлак, облегчает добычу железа и очищает его. Затем расплавленный металл сливают из нижней части печи – так получают чушки, или чугун. Чугун содержит много углерода (около 3 %), что делает его твердым, но хрупким. Первые доменные печи появились в Китае еще в V веке до н. э., а в I веке н. э. китайцы первыми стали раздувать мехи при помощи водяных колес
[367]. В XI веке доменные печи и чугун переняли арабы, однако в Европу эти методы попали лишь в конце XIV века
[368].
Железный век начался в разных уголках планеты в разное время, но так или иначе преобразил общество. Бронза оставалась относительно дорогой, поэтому по большей части была достоянием правящей элиты либо шла на экипировку армий, которые та же элита натравливала друг на друга. А железных руд везде в изобилии, и они дают универсальный металл, из которого можно изготавливать самые разные практичные изделия. К тому же железные инструменты значительно прочнее бронзовых и лучше сохраняют остроту. Это было важно не только для оружия, но и для бытовых орудий труда. Железные топоры стали огромным подспорьем в вырубке лесов, чтобы расчищать новые сельскохозяйственные земли. А железные плуги не только повысили производительность земледелия, но и помогли человечеству превратить в поля землю, которую раньше невозможно было возделывать. Оба эти орудия открыли совершенно новые регионы для заселения.
В частности, изобретение в конце III века н. э. плуга с отвалом и острым железным сошником сделало возможным производительное земледелие на плотных почвах европейского ландшафта к северу от Альп. Тяжелый плуг не просто процарапывает в почве борозду, но и глубоко подрезает дерн и затем переворачивает его через изогнутый отвал. В результате весь верхний слой почвы переворачивается, что помогает контролировать рост сорняков и подмешивать удобрения, а кроме того, такие борозды сильно улучшают дренаж глинистых почв, склонных к заболачиванию
[369]. Появление железных орудий сделало плотные глинистые почвы Северной Европы гораздо более плодородными, чем песчаные почвы Средиземноморья. Так что железный топор и плуг постепенно превратили леса, оставшиеся еще с последнего ледникового периода, и заболоченные низины Северной Европы в гигант-ское волнистое покрывало из злаковых полей
[370]. Это, в свою очередь, поспособствовало фундаментальному сдвигу в распределении населения и в урбанизации Европы в последующие века
[371].
Физические свойства меди в сплавах только улучшаются, и для железа это тоже справедливо. Сталь – это железный сплав, содержащий немного углерода, как правило не более процента, так что по содержанию углерода она занимает промежуточное положение между чистым кованым железом и чугуном. И, подобно бронзе, сталь гораздо тверже чистого железа. Свойства стали можно менять, корректируя содержание углерода: можно запекать кованое железо с углем, чтобы оно впитало чуть больше углерода, а можно смешивать кованое железо и чугун в разных пропорциях. Однако изготавливать высококачественную сталь было по-прежнему трудно, поэтому она шла только на особенно важные детали, например на лезвия клинков и мечей или на мелкие детали, требовавшие гибкости, например на часовые пружины.
Нынешняя эпоха дешевого массового производства стали началась в середине XIX века, когда был изобретен простой способ очищать чугун от углерода – бессемеровский процесс. Для него расплавленный чугун заливают в глубокий котел, а затем продувают воздух сквозь расплавленный металл. Это выжигает углерод и очищает железо от прочих примесей, в сущности создавая «чистую доску» – беспримесное железо, в которое затем можно подмешать нужное количество углерода, чтобы получить требуемый сорт стали. Это изобретение сократило время на производство пяти тонн стали с целого дня примерно до четверти часа
[372], вызвав настоящий взрыв в сталелитейной промышленности и резко снизив стоимость стали. Так поздняя Промышленная революция превратила общество в мир, где правит металл. Сегодня сталь встречается везде – из нее делают бытовую технику и кухонные принадлежности, инструменты, станки, рельсы, корабли и машины. Кроме того, мы научились применять ее в качестве каркаса для зданий, укрепляем арматурой бетон и строим из него небоскребы.
Таким образом, если железный век произвел революцию в человеческих поселениях, сельском хозяйстве и военном деле, наш современный мир выстроен из сплава железа – из стали. Но откуда взялось железо?
