Menschen treffen Metall

Zwischen sieben- und zehntausend Jahren vor, entdeckten unsere frühen Vorfahren, dass Kupfer formbar ist, eine scharfe Kante hat und leichter als Stein zu Werkzeugen, Ornamenten und Waffen verarbeitet werden kann – eine Entdeckung, die die Menschheit für immer verändern sollte. Dieses Zusammentreffen von Menschen und Metallen sollte der erste Schritt aus der Steinzeit in das Zeitalter der Metalle sein: das Bronze- und Eisenzeitalter. So begann die zunehmende Bewegung von Elementen und Mineralien aus ihren ursprünglichen geologischen Formationen in die Luft, den Boden, das Wasser und die lebenden Organismen über Schmelzöfen, Öfen und Abraumhalden.

Die ersten paar tausend Jahre der Kupferproduktion trugen wenig zur globalen oder sogar lokalen Umweltverschmutzung bei. Kupfer ist im Vergleich zu anderen Metallen nicht sehr giftig, und die frühen Menschen verwendeten zu wenig davon, um es im Boden, in der Luft oder im Wasser in dem Maße zu konzentrieren, dass es die menschliche Gesundheit oder die Ökosysteme beeinträchtigen würde. Es scheint, dass die Menschen während der ersten paar tausend Jahre seiner Verwendung mit Kupfer experimentierten und Techniken lernten, es zu nutzen. Je besser sie damit umgehen konnten, desto komplexer wurden die Zivilisationen, was wiederum oft eine bessere Technologie zur Kupferverarbeitung ermöglichte. Dies führte zu einer erweiterten Nutzung von Kupfer und zu einer größeren Verbreitung von Kupfer in unserer alltäglichen Umgebung.

Metallurgie ist geboren

Es wird angenommen, dass Gold früher als Kupfer verwendet wurde, obwohl seine Weichheit und Knappheit es für eine weit verbreitete Verwendung unpraktisch machte, während Kupfer härter ist und in reiner Form („natives Kupfer“) in vielen Teilen der Welt gefunden wird. (Die unterschiedlichen Farben und das Vorhandensein von Gold und Kupfer in reiner Form machten es unseren frühen Vorfahren leicht, die beiden Metalle von anderen Mineralien und Steinen, auf die sie stießen, zu unterscheiden)

Unter Archäologen herrscht Uneinigkeit über das genaue Datum und den Ort der ersten Verwendung von Kupfer durch den Menschen. Archäologische Beweise deuten darauf hin, dass Kupfer erstmals zwischen 8.000 und 5.000 v. Chr. verwendet wurde, höchstwahrscheinlich in den Regionen, die heute als Türkei, Iran, Irak und – gegen Ende dieser Periode – als indischer Subkontinent bekannt sind. Archäologen haben auch Beweise für den Abbau und das Glühen des reichlich vorhandenen einheimischen Kupfers auf der oberen Halbinsel von Michigan in den Vereinigten Staaten gefunden, die auf 5.000 v. Chr. zurückgehen.

Einheimisches Kupfer wurde wahrscheinlich zuerst verwendet, da es keinen Prozess zur Reinigung benötigte. Es konnte in Formen gehämmert werden, obwohl es sehr spröde gewesen wäre. Das Glühen war der erste Schritt zur echten Metallurgie, als die Menschen entdeckten, dass Kupfer flexibler und leichter zu bearbeiten wurde, wenn es vor dem Hämmern erhitzt wurde. Als nächstes wurde das Gießen von geschmolzenem Kupfer in Gussformen entwickelt. Irgendwann entdeckten die Menschen Kupfererz und – möglicherweise durch Zufall – dass das Erz in einer sauerstoffarmen Umgebung auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden konnte, um das reine Kupfer herauszuschmelzen, ein Prozess, der als Schmelzen bekannt ist. Dies verlieh der Kupferverarbeitung mehr Flexibilität; nicht länger war natives Kupfer die einzige Art von brauchbarem Kupfer, wenn Kupfer aus Erzen gewonnen werden konnte.

Innovative Ägypter

Durch den Vergleich der Reinheit von Kupferartefakten aus Mesopotamien und Ägypten haben Wissenschaftler festgestellt, dass die Ägypter die Verhüttungsmethoden ihrer nördlichen Nachbarn in Mesopotamien verbessert haben. Die meisten Kupfergegenstände in Ägypten wurden durch Gießen von geschmolzenem Kupfer in Formen hergestellt. Die Ägypter scheinen eine von mehreren Gruppen gewesen zu sein, die unabhängig voneinander das „Wachsausschmelzverfahren“ entwickelt haben, das auch heute noch verwendet wird. (Vereinfacht ausgedrückt wird Wachs in die Form des Endprodukts geformt und dann mit Ton überzogen. Das Wachs wird ausgeschmolzen und hinterlässt eine Tonform, die dann mit geschmolzenem Kupfer gefüllt wird. Die Form wird abgebrochen, wenn das Metall abgekühlt ist.)

Bronze ist besser

Die Ägypter waren möglicherweise die erste Gruppe, die entdeckte, dass das Mischen von Kupfer mit Arsen oder Zinn ein stärkeres, härteres Metall ergab, das sich besser für Waffen und Werkzeuge eignete und leichter in Formen gegossen werden konnte als reines Kupfer. (Da Kupfererz oft Arsen enthält, war dies möglicherweise das unbeabsichtigte Ergebnis der Verhüttung von Kupfererz, das natürlich vorkommendes Arsen enthielt.) Diese Legierung aus Kupfer mit Arsen oder Zinn wird Bronze genannt, und es gibt archäologische Beweise dafür, dass die Ägypter 4.000 v. Chr. zum ersten Mal Bronze herstellten. Bronze kann auch unabhängig in anderen Teilen des Nahen Ostens und anderen Teilen der Welt entwickelt worden sein. Unabhängig davon, wo sie ihren Ursprung hat, überholte die Bronze-Metallurgie in vielen Teilen der Welt bald das Kupfer und läutete damit die Bronzezeit ein. (In Teilen der Welt, in denen es keine Zinnvorkommen gab, wurde Kupfer allein oder in Legierungen mit anderen Metallen verwendet, bis Eisen eingeführt wurde.)

Der Schmelzprozess für Bronze, die mit Arsen hergestellt wurde, hätte giftige Dämpfe erzeugt. Möglicherweise bevorzugten die Menschen Bronze auf Zinnbasis oder fanden, dass es einfacher war, die Menge an Zinn, die dem Kupfer zugesetzt wurde, zu kontrollieren als die Menge an Arsen, das oft natürlich im Kupfererz vorkam. Was auch immer der Grund war, Bronze mit Zinn wurde bald die Bronze der Wahl im gesamten Nahen Osten.

Zinnvorkommen waren mehr auf bestimmte geografische Gebiete beschränkt als Kupfer, das in vielen Teilen des Nahen Ostens und auch in anderen Teilen der Welt leicht verfügbar war. Als die Menschen begannen, Bronze anstelle von reinem Kupfer zur Herstellung von Waffen und Werkzeugen zu verwenden, entwickelte sich der Handel mit Zinn. Die Verfügbarkeit von Bronze führte zu einer fortschrittlicheren Werkzeug- und Waffenherstellung, und mit besseren Waffen konnten Armeen benachbarte Gesellschaften besser erobern (und deren Zinn- und Kupferressourcen plündern).

Kupferhandwerk und Spiritualität

Als Kupfer den Menschen half, die Kriegsführung voranzutreiben, spielte es auch eine Rolle im religiösen und spirituellen Leben der Menschen auf der ganzen Welt durch die Zeit. Hathor, die ägyptische Göttin des Himmels, der Musik, des Tanzes und der Kunst, war auch die Schutzherrin des Sinai, der wichtigsten Kupferbergbauregion der Ägypter; sie wurde oft als „Herrin des Malachits“ bezeichnet.

Für die Menschen in den Anden in Südamerika, die die fortschrittlichste Metallurgie im präkolumbischen Amerika entwickelten, war die Kupfermetallurgie mehr als ein weltliches Handwerk zur Herstellung von Werkzeugen. Unter Verwendung des einheimischen Kupfers stellten die Andenhandwerker religiöse Gegenstände aus gestoßener Kupferfolie und vergoldetem Kupfer her.

Kupfer spielt heute auch in vielen New-Age-Glaubensrichtungen eine Rolle. In einigen modernen Religionen wird ihm Heilkraft zugeschrieben, sowohl spirituell als auch physisch. Manche Menschen tragen Kupfer, um die Symptome von Arthritis zu lindern.

Bronze-Buddhas und Kupfer-„Bargeld“

Kupfer wurde erstmals um 2500 v. Chr. in China verwendet. Die Chinesen begannen schnell, auch Bronze zu verwenden, und nutzten unterschiedliche Anteile von Zinn in Bronze für verschiedene Zwecke. Sie nutzten Kupfer und Bronze ausgiebig für Münzprägungen. Während der blühenden Wirtschaftstätigkeit und des erweiterten Außenhandels in der Sung-Dynastie, etwa 900 bis 1100 n. Chr., setzte sich die Verwendung von Bargeld – runde Kupfermünzen mit einem quadratischen Loch in der Mitte – durch. Die Kupferproduktion erreichte nun in einigen Zivilisationen fast industrielle Ausmaße, aber wahrscheinlich nirgendwo mehr als im alten Rom.

Die Römer: Frühreife Umweltverschmutzer

Obwohl Eisen und Blei bereits zur Zeit der alten Römer in Gebrauch waren, verwendeten die Römer Kupfer, Bronze und Messing (eine Legierung aus Kupfer und Zink) für Münzen, Aspekte der Architektur wie Türen und einige Teile ihres umfangreichen Sanitärsystems (obwohl die Rohre aus Blei bestanden). Sie entwickelten auch Pfeifenorgeln aus Kupferrohren.

Die Römer kontrollierten umfangreiche Kupfervorkommen in ihrem gesamten Reich. Wissenschaftler, die Kupferisotope und Spurenmetalle in römischen Kupfermünzen analysierten, haben festgestellt, dass Rio Tinto, Spanien (immer noch eine funktionierende Kupfermine), Zypern und in geringerem Maße die Toskana, Sizilien, Britannien, Frankreich, Deutschland und andere Teile Europas und des Nahen Ostens Quellen von Kupfer für das Reich waren. Die zunehmende Reinheit der römischen Kupfermünzen im Laufe der Zeit zeigt auch, dass sich ihre Verhüttungsmethoden schnell verbesserten.

Die Römer produzierten in ihrer Blütezeit jährlich fast 17.000 Tonnen Kupfer, mehr als bis zur industriellen Revolution in Europa wieder produziert werden würde. Mit diesem enormen Ausstoß an Kupfer ging eine Umweltverschmutzung einher, die bis zum Beginn der industriellen Revolution fast zweitausend Jahre lang unübertroffen bleiben sollte. Hat die verschmutzte Luft aus der frühen Kupferverhüttung die Gesundheit der Menschen in der Antike beeinträchtigt? Wahrscheinlich. Die frühen Verhüttungsmethoden zu dieser Zeit waren nach heutigen Maßstäben grob und ineffizient. Die Kupferverhüttung und in geringerem Maße auch der Kupferbergbau produzierten ultrafeine Staubpartikel, die durch die Luftströmungen, die durch die intensive Hitze der Schmelzvorgänge entstanden, in die Atmosphäre getragen wurden. Der größte Teil der Verschmutzung fiel in der Nähe der Schmelzstätten nieder und verursachte Gesundheitsprobleme und verunreinigte Boden und Wasser.

Die Kupferverschmutzung aus der Römerzeit verfolgt uns noch heute. Eine ehemalige römische Kupfermine und -verhüttungsstätte im jordanischen Wadi Faynan ist auch heute noch – zweitausend Jahre nach der Einstellung des Betriebs – eine giftige Einöde, übersät mit Schlacke aus der Kupferverhüttung. Forscher haben herausgefunden, dass die Vegetation und das Vieh in Wadi Faynan heute hohe Kupferwerte in ihrem Gewebe aufweisen.

Die industrielle Revolution: Picking up Where the Romans Left Off

Beginnend in den späten 1600er Jahren, wurde die Kupferverhüttung zu einer wichtigen Industrie in Großbritannien. Kupfererz aus Cornwall und anderen Gebieten sowie Kohlevorkommen im ganzen Land befeuerten die Kupferverhüttung. Ein Überfluss an Kohle in Swansea, Wales, machte diese Küstenstadt zu einem erstklassigen Standort für die Kupferverhüttung in Großbritannien, die in den frühen 1700er Jahren begann. Die Kupferindustrie trieb die Wirtschaft dieser Stadt an. Wohlhabende Engländer besaßen oft Schmelzhütten, während die einheimische walisische Bevölkerung als Arbeiter in der Industrie tätig war. Genau wie im alten Rom hatte die Kupferverhüttung ihren Preis. Die Stadt und die einst üppige Landschaft um Swansea wurden durch den giftigen Kupferrauch, der aus den Schornsteinen der Schmelzöfen aufstieg und sich auf die umliegende Stadt und die Felder legte, von der Vegetation befreit. Der Mutterboden an den abgetragenen Hängen erlag der Erosion. Das Vieh entwickelte seltsame neue Beschwerden wie geschwollene Gelenke und verfaulte Zähne. Die Landwirte gaben dem Rauch die Schuld. Berichten zufolge verursachte der Rauch auch Kurzatmigkeit, verminderten Appetit und andere Beschwerden bei Menschen.

Das Kupfererz aus Cornwall, das in den Hütten von Swansea gereinigt wurde, enthielt viel Arsen, Schwefel und Flussspat (eine Verbindung des Elements Fluor). Die Schmelzhütten emittierten Dämpfe dieser Verbindungen zusammen mit den Abgasen der Kohle, mit der die Betriebe befeuert wurden. Der Schwefel und der Flussspat aus dem Rauch vermischten sich mit Wasser und Sauerstoff in der Atmosphäre und erzeugten schwefelige, schweflige und flusssäurehaltige Säuren, die als saurer Regen auf Swansea niedergingen. Kupferschlacke und andere Abfälle bedeckten die Landschaft in der Nähe der Schmelzhütten.

Elf Jahre später verklagte eine Gruppe walisischer Landwirte aus der Nähe von Swansea einen der großen Hüttenbesitzer wegen Belästigung der Öffentlichkeit, da der Rauch der Hütte ihre Farmen beschädigte. Der Besitzer der Kupferhütte engagierte einen der besten Anwälte des Landes, der die Kläger mit der Begründung bekämpfte, dass die Stadt für ihr wirtschaftliches Überleben von der Kupferindustrie abhängig sei und dass die Ernteausfälle und das kranke Vieh das Ergebnis der rückständigen landwirtschaftlichen Methoden der Waliser und des unangenehmen walisischen Wetters seien. Die Bauern verloren den Prozess.

Leitfähiges Kupfer

Kupfer spielte eine zentrale Rolle in den Technologien, die während der industriellen Revolution entwickelt wurden. Eine der wichtigsten Anwendungen von Kupfer war damals die Elektrotechnik. Frühe Wissenschaftler, die mit Elektrizität experimentierten, wählten Kupfer als Überträger, weil es hoch leitfähig ist (elektrischen Strom leicht übertragen kann). Die Elektroindustrie ist heute der zweitgrößte Verbraucher von Kupfer.

Der Preis der Industrialisierung

Obwohl sich die Produktionsmethoden seit der Zeit der Römer und der industriellen Revolution verbessert haben, trägt die Kupferproduktion heute erheblich zur globalen Umweltverschmutzung bei.

In Butte, Montana, befindet sich eine verlassene Kupfermine, die einst der heute nicht mehr existierenden Anaconda Copper Mining Company gehörte, die 1895 in Butte gegründet wurde. Bis zur Schließung des Hauptbetriebs der Mine in Butte in den 1980er Jahren produzierte die Mine 20 Milliarden Pfund Kupfer. Bis in die 1950er Jahre produzierte sie ein Drittel des Kupfers des Landes und war ein wichtiger Lieferant für die Nation während der beiden Weltkriege. Die ehemalige Mine ist heute die größte Superfund-Site des Landes. Der Haupttagebau hat sich seit der Beendigung der Bergbauaktivitäten mit Wasser gefüllt und einen 600 Hektar großen See gebildet. Kupfer, Blei, Kadmium und Arsen verunreinigen die riesige Grube, die täglich mit Wasser aus einem darunter liegenden Grundwasserleiter aufgefüllt wird – eine Sanierung des giftigen Sees ist nahezu unmöglich. Schwefel, ein Mineral, das üblicherweise Bestandteil des Kupfererzes ist, reagiert mit Luft und Wasser und erzeugt Schwefelsäure, die die Grube füllt. Die Abwässer der Grube und der Fallout der Schmelzhütte, die einst Anaconda gehörte, bedecken die Landschaft. In der Nähe der Hauptgrube befindet sich ein 1.000 Hektar großer Absetzteich.

Die Anaconda Company besaß auch eine riesige Kupfermine in Chuquicamata, Chile, die von den 1920er bis in die 1970er Jahre betrieben wurde. Die chilenischen Minenarbeiter lebten in winzigen firmeneigenen Wohnungen mit minimalen sanitären Einrichtungen. Ehefrauen und Familienangehörige der Minenarbeiter standen täglich Schlange, um Zugang zu den spärlichen Lebensmitteln im Firmenladen zu erhalten, der für die unterste Klasse der Minenarbeiter bestimmt war. Ihr Beschäftigungsstatus bestimmte auch, welche Schulen ihre Kinder besuchen konnten. Auch Streiks gehörten zum Alltag der Bergleute und ihrer Familien. Die Ethnografin und aus Butte, Montana, stammende Janet Finn schreibt: „Beim Aufbau der Beziehungen zwischen Arbeitern, Gemeinde und Regierung in Chuquicamata wandte das Unternehmen bewährte Methoden an, die in Butte praktiziert wurden: Schwarze Listen, Bestechung und gelegentlich rohe Gewalt, gemildert durch Vergnügungen, die sowohl Laster als auch Tugenden umfassten.“

Die Chuquicamata-Mine der Anaconda Company wurde 1971 geschlossen, nachdem die chilenische Regierung die Kupferressourcen des Landes verstaatlicht hatte. Dennoch ist der Kupferbergbau immer noch ein wichtiger Wirtschaftszweig in Chile. Eine Studie der Universität von Chile aus dem Jahr 1999 zeigte, dass der Kupferbergbau, die Verhüttung und die Raffination einen erheblichen Anteil an der Produktion von Treibhausgasen und anderen Luftverschmutzungen in diesem Land haben und den größten Verbrauch an fossilen Brennstoffen in Chile sowie eine beträchtliche Menge an Strom verursachen. Dies trägt zu den globalen Kohlendioxidwerten bei, die wiederum zur globalen Erwärmung beitragen. Zusätzlich werden während des Verhüttungsprozesses große Mengen an Schwefeldioxid (SO2), einem Vorläufer von saurem Niederschlag, aus den Sulfiderzen, den am häufigsten abgebauten Kupfererzen in Chile, freigesetzt.

Lokaler Kupferbergbau