Семь элементов, которые изменили мир - Джон Браун

Материал, из которого в основном и построена Венеция, также непосредственно связан с углеродом. Чаще всего в городе использовалась разновидность известняка, которая добывается на полуострове Истрии, когда-то входившем во владения Республики. Из истрийского известняка изготовлены колонны, арки и фасады исторических венецианских палаццо. Удобный в обработке и устойчивый к воздействию погодных условий, этот минерал можно встретить в городе повсюду. Углерод также содержится в бумаге и чернилах, с помощью которых Венеция зафиксировала для потомков свои выдающиеся художественные и интеллектуальные достижения, и в деревянных кораблях – на них венецианцы вели войны, укрепляя могущество Республики [3].

Удивительная способность атомов углерода связываться друг с другом и образовывать длинные цепочки и кольца делает углерод одним из универсальных элементов [4]. К структурам углерода добавляются другие элементы, образуя новые вещества, делающие наш мир необычайно сложным. Это фундамент не только Венецианской республики, но и всей человеческой цивилизации.

Углерод – становой хребет ДНК, хранящей генетический код нашего организма. Углерод – основа жизни [5].

Но сам по себе углерод практически бесполезен. Для его атома огромное значение имеет контекст, в который он помещен. Черный порох не взорвется, если его приготовить на основе чистого углерода, воспламеняющегося только при очень высокой температуре. Для ускорения горения углерода требуется окислитель, иначе ракеты праздничного фейерверка не смогут взлететь в небо. Поэтому в фейерверках для Феста дель Реденторе используется сложная смесь углерода и кислорода [6].

Чистый углерод очень редко находит применение. Он присутствует в графите, из которого делаются карандаши, и в бриллиантах. Используется в ювелирной промышленности и для изготовления буровых коронок. Графен, чисто углеродная решетка толщиной всего в один атом, скоро сможет вызвать кардинальные изменения в высокотехнологичных отраслях [7]. Но, чтобы менять мир, углерод, как правило, нуждается в других веществах.

Вспышка чумы стала одним из первых гвоздей, вбитых в гроб Венецианской республики. Слава ее с XVI в. начала клониться к закату. В мае 1797 г., когда войска Наполеона Бонапарта перекрыли вход в лагуну, Республика прекратила существовать – у Большого Совета Венеции не оставалось другого выбора, кроме как сдаться. С буддийским спокойствием дож снял corno (традиционный головной убор венецианских дожей) и передал его слуге со словами: «Возьми, это мне больше не понадобится» [8].

После падения Республики город освоил ремесло совершенно иного типа: он стал привлекать все больше и больше туристов. Теперь все лето исторические набережные и площади полны путешественников со всего мира, приезжающих полюбоваться на сокровища культурного наследия Венеции. Несмотря на модернизацию экономики, город выглядит во многом так же, как в момент падения Республики.

Отсутствие четырехколесного транспорта создает впечатление, будто технический прогресс обходит здешние земли стороной. Однако без самолетов, непрерывно приземляющихся в аэропорту Марко Поло, автомобилей и автобусов, движущихся по мосту Свободы, экономика Венеции не смогла бы существовать. Углерод не только делает возможным фейерверки над церковью Иль Реденторе, но и также снабжает топливом современный транспорт [9].

Из всех химических соединений на основе углерода углеводороды в наибольшей степени способствовали изменению мира. Они относятся к группе молекулярных соединений, образованных из водорода и углерода. Обычно, когда они смешиваются с кислородом из воздуха и горят, выделяется тепло. При такой изотермической реакции, если кислорода достаточно, выделяется также двуокись углерода и водяной пар [10].

В ископаемом топливе – каменном угле, нефти и газе – углерод предоставляет нам удобные обильные источники энергии, позволяющие изменять мир. Быстрое улучшение условий жизни и рост населения Земли, произошедшие за столетия после начала промышленной революции, оказались бы невозможны без этих видов топлива. Каменный уголь, нефть и газ и займут центральное место в истории об углероде.

Начну с каменного угля. Его использование серьезно активизировалось в период промышленной революции и позволило человечеству встать на путь глобального экономического роста. Затем пришел черед нефти, которая в конце XIX в. выкачивалась из колодцев и затем использовалась как дешевый и чистый источник яркого освещения, позволявшего удлинять время работы и отдыха. Однако лишь после появления автомобилей нефть поистине изменила мир. Автомобиль дает человеку свободу перемещения – возможность поехать, куда он хочет, в любое время. Но, помимо этого, нефть дает энергию глобальной сети грузового и пассажирского автомобильного, морского и авиационного транспорта и обеспечивает существование современного общества. И, наконец, природный газ – наиболее летучий из всех ископаемых видов топлива, который люди тысячелетиями рассматривали как нечто бесполезное, так как использовать его было слишком трудно. Теперь же он нашел широкое применение в электроэнергетике и может быстро перемещаться из мест добычи в места потребления. В конце истории об углероде я затрону важный вопрос: являются ли уголь, нефть и газ энергоносителями, масштабное потребление которых будет иметь катастрофические последствия для человечества?

Впервые я начал осознавать колоссальные возможности углеводородов в 1950-х гг., когда ребенком жил с родителями недалеко от нефтяного месторождения Масджид-и-Сулейман в Иране. Мой отец работал в Англо-Иранской нефтяной компании (позднее British Petroleum) и часто возил меня на месторождение, на котором постоянно горели «факелы» считавшегося в то время бесполезным природного газа. Жар, шум и запах фосфора царили повсюду. В возрасте десяти лет меня взяли на участок, где находилась буровая вышка Naft Safid 20, на которой несколькими годами ранее случился пожар. Тогда на скважине произошел взрыв, разметавший куски труб на сотни метров вокруг. Обломки железа так и лежали там, где упали. Мне также запомнилось оранжевое пламя пожара над нефтяной скважиной Abvaz № 6 в 50 милях от нашего дома. Я был очарован мощью нефти. Интерес к нефтяной промышленности сохранился у меня на всю жизнь, именно он и привел меня в BP в 1966 г. Работая в компании, я занимался решением технологических и политических проблем, связанных с нефтедобычей, побывал в политически нестабильных регионах России и Колумбии. Приходилось сталкиваться с олигархами, наркобаронами и бойцами партизанских отрядов. Я видел, как в борьбе за доступ к этому ценному ресурсу и контроль над ним проявлялась жадность и злоба. Но нефть приносит и пользу: она действительно изменила жизнь в странах, в которых есть месторождения, и во всем мире.

Однако история углерода начинается за тысячелетия до того, как мы стали использовать нефть в промышленном масштабе. В 1969 г., работая на Аляске, я наблюдал природное явление, заставившее меня задуматься над самыми ранними способами использования углеводородов человеком. Наша геологоразведочная группа проводила измерения в районе Брукс Рандж Маунтинс, по которому проходит нефтепровод с месторождений Аляски. Во время грозы я наблюдал, как молния ударила туда, где имелись выходы на поверхность битуминозных пород. Это привело к возгоранию. Вполне вероятно, что именно так, наблюдая сходное явление тысячелетия назад, наши далекие предки узнали о горючести каменного угля.

Каменный уголь

Сегодня крупнейший в мире потребитель каменного угля – Китай. Первые сообщения об использовании угля в области Шень-Ян на северо-востоке Китая относятся приблизительно к 4000 г. до н. э. Первобытные люди подбирали куски мягкой черной породы (другое название – лигнит), разбросанные по поверхности земли, и после обработки использовали их для декоративных украшений, преимущественно бус и серег. Лигнит легко поддается резке и полировке, подходит для изготовления украшений и даже сегодня применяется в ювелирной промышленности. Именно лигнит дал жизнь термину «черный мрамор».

Каменный уголь – углеводород с наибольшим удельным весом. Водород присутствует в меньшей пропорции по отношению к углероду, чем в нефти или газе. Следовательно, его труднее поджечь, а во время горения он выделяет больший процент двуокиси углерода, чем каждый из этих двух углеводородов [11]. Каменный уголь существует в разных видах; чем больше водорода он содержит, тем легче его воспламенить. Первые жители Китая, вероятно, наблюдали, как молния или искра от костра поджигает его, а затем поняли, что и сами могут воспользоваться этим источником тепла и света.

В эпоху династии Хань, начиная приблизительно с 200 г. до н. э., уголь уже добывался в больших объемах как для домашних, так и для производственных нужд. Неудивительно, что впервые его ввели в обиход не где-нибудь, а в Китае: небольшие запасы топлива имеются в каждой китайской провинции, а самые крупные в мире месторождения находятся на севере Китая в провинции Шаньси.