Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической табли

Как и в случае с железом, при производстве меди из руды нужны большие количества углерода и энергии. На заре производства меди потребление древесины привело к масштабной вырубке лесов в отдельных районах Испании, Кипра, Сирии, Ирана и Афганистана [110]. В наше время нечто подобное произошло в Норвегии, на горном плато Рёрусвидда, где с середины XVII века и вплоть до 1977 года добывали медь. Обширные леса, когда-то там произраставшие, вырубили, чтобы получить топливо и для пожога в медных шахтах, и для выплавки медной руды [111]. На добычу меди из одного кубического метра породы могло уйти 17 кубических метров древесины.
Словно сплошной вырубки лесов было недостаточно, значительная часть растительности в районе Рёруса пострадала от загрязнения в результате добычи меди. До середины XIX века важный этап обработки медной руды проводился на открытом воздухе [112]. Чтобы отделить медь от серы, измельченную руду сваливали на подстилку из сухих дров – затем их поджигали и оставляли гореть на пару месяцев. Содержащаяся в руде сера вступала в реакцию с кислородом и поднималась в воздух в виде газа. В воздухе газ реагировал с водяным паром, превращаясь в серную кислоту, – на землю выпадал экстремальный вид кислотных дождей [113]. К счастью, для современного производства меди разработаны методы, позволяющие задержать основную массу загрязнений до того, как они попадут в окружающую среду.
Медные шахты и производство меди могут оставить на земле заметные следы, но, если мы хотим и дальше пользоваться электричеством, как и сегодня, мы зависим от поддержания поставок меди на мировой рынок. Согласно ряду исследований, до сокращения производства меди осталось лишь несколько десятилетий [114]. В то же время ряд ученых указывают на то, что добываемая сегодня медь залегает в самом верхнем километре земной коры, чаще всего совсем близко к поверхности. По всей вероятности, на глубине 2–3 километров имеются крупные неизвестные месторождения меди. Если появятся методы для обнаружения этих месторождений и роботы, способные работать в глубоких, жарких и опасных шахтах, а нам не придется беспокоиться о потере жизней и здоровья, – пригодные к добыче ресурсы, возможно, окажутся в 10 раз больше, чем те, на которые мы рассчитываем сегодня [115]. Может быть, это позволит нам поддерживать потребление меди на протяжении нескольких столетий.
 
Алюминий: красные облака и белые сосны
Медь – далеко не единственный металл, с помощью которого мы проводим электричество. Во многих случаях его вполне заменяет алюминий. Алюминий – легкий металл, прекрасно подходящий для линий электропередач. А также его низкий вес – главная причина того, что большая часть моего электромобиля изготовлена из алюминия [116]: благодаря сплаву с другими металлами он становится прочным, не теряя легкости.
С алюминием меня связывают близкие отношения, хоть этот химический элемент не играет важной роли для организма – в моем теле его примерно столько же, сколько меди (не больше, так как его избыток способен причинить вред) [117]. Но алюминий я беру в руки каждый день, и по многу раз. Ведь именно из алюминия изготовлен корпус моего мобильного телефона [118]. Когда кислород вступает в реакцию с алюминием, образуется слой оксида алюминия, который крепко держится за металл под ним, словно прочная защитная оболочка. Таким образом, оставшийся металл в контакт с кислородом не вступает, и поэтому алюминий, в отличие от железа, не ржавеет и не разрушается. На фабрике, где изготавливают корпусы мобильных телефонов, контролируют уровень кислорода и температуру, чтобы слой оксида оказался правильной толщины – примерно пять тысячных миллиметра – и достаточно прочным, чтобы выдержать мое прикосновение.
Земная кора на 8 % состоит из алюминия [119], так что это распространенный химический элемент. По объему производства это второй в мире металл после железа. В год мы производим около 50 миллионов тонн алюминия – против 1640 миллионов тонн железа. Почти весь алюминий производят из бокситов – породы, образующейся в тропических районах, когда поверхностные воды, просачиваясь сквозь породу, вымывают прочие химические элементы и оставляют алюминий, кремний, железо и титан. Большинство разрабатываемых сегодня месторождений бокситов расположены в Австралии, Китае, Бразилии и Гвинее [120].
Так как бокситы залегают близко к поверхности, добывают их методом открытой разработки. Верхние слои почвы и породы убирают в сторону, а бокситы выкапывают и раздрабливают, прежде чем обработать гидроксидом натрия в огромных автоклавах, чтобы отделить оксид алюминия от прочих содержащихся в руде минералов. Остается красная текучая грязь, которую перекачивают на хранение в огромные резервуары – там шлам медленно высыхает [121]. Из-за щелока красный шлам едкий и может нанести окружающей среде непосредственный значительный ущерб, если произойдет прорыв плотины или утечка. Крупнейшая авария подобного рода произошла во время прорыва плотины в Айке, в Венгрии, в 2009 году [122]. Там погибло 10 человек (по всей вероятности, они утонули), когда грязь хлынула в ближайшую деревню. Шлам потек в местную реку, где погибло все живое, а потом в Дунай. К счастью, в долгосрочной перспективе последствия катастрофы оказались незначительными [123].