Humans Meet Metal
Tra i sette e i diecimila anni fa, i nostri primi antenati scoprirono che il rame è malleabile, ha un bordo affilato e può essere modellato in strumenti, ornamenti e armi più facilmente della pietra, una scoperta che avrebbe cambiato l’umanità per sempre. Questo incontro tra l’uomo e i metalli sarebbe stato il primo passo per uscire dall’età della pietra ed entrare nell’età dei metalli: l’età del bronzo e del ferro. Così iniziò l’aumento del movimento di elementi e minerali fuori dalle loro formazioni geologiche di origine e nell’aria, nel suolo, nell’acqua e negli organismi viventi attraverso le fonderie, le fornaci e gli scarti delle miniere.
Le prime migliaia di anni di produzione del rame hanno contribuito poco all’inquinamento globale o locale. Il rame non è molto tossico in confronto ad altri metalli e i primi esseri umani ne hanno usato troppo poco per iniziare a concentrarlo nel suolo, nell’aria o nell’acqua in misura tale da influenzare la salute umana o gli ecosistemi. Sembra che durante le prime migliaia di anni del suo uso, gli esseri umani abbiano sperimentato e imparato tecniche per utilizzare il rame. Man mano che diventavano più bravi a lavorarlo, le civiltà diventavano più complesse, il che a sua volta permetteva spesso una migliore tecnologia di lavorazione del rame. Con ciò, l’uso del rame si è esteso e il rame è entrato maggiormente nel nostro ambiente quotidiano.
Nasce la metallurgia
Si ritiene che l’oro sia stato usato prima del rame, anche se la sua morbidezza e scarsità lo rendevano poco pratico per un uso diffuso, mentre il rame è più duro e si trova in forma pura (“rame nativo”) in molte parti del mondo. (I colori distinti dell’oro e del rame e l’esistenza in forma pura hanno reso facile per i nostri primi antenati distinguere i due metalli da altri minerali e pietre che incontravano.)
C’è disaccordo tra gli archeologi sulla data esatta e sul luogo del primo utilizzo del rame da parte dell’uomo. Le prove archeologiche suggeriscono che il rame fu usato per la prima volta tra l’8.000 e il 5.000 a.C., molto probabilmente nelle regioni conosciute oggi come Turchia, Iran, Iraq e – verso la fine di quel periodo – il subcontinente indiano. Gli archeologi hanno anche trovato prove di estrazione e ricottura dell’abbondante rame nativo nella penisola superiore del Michigan, negli Stati Uniti, risalenti al 5.000 a.C.
Il rame nativo fu probabilmente usato per primo, poiché non richiedeva alcun processo per purificarlo. Poteva essere martellato in forme anche se sarebbe stato molto fragile. La ricottura fu il primo passo verso la vera metallurgia, quando si scoprì che il rame diventava più flessibile e facile da lavorare quando veniva riscaldato prima della martellatura. Successivamente, fu sviluppata la fusione del rame fuso in stampi. A un certo punto gli uomini scoprirono il minerale di rame e – forse per caso – che il minerale poteva essere riscaldato a temperature molto alte in un ambiente a basso tenore di ossigeno per fondere il rame puro, un processo noto come fusione. Questo ha dato più flessibilità alla lavorazione del rame; il rame nativo non era più l’unico tipo di rame utile se il rame poteva essere estratto dai minerali.
Egizi innovativi
I Sumeri e i Caldei dell’antica Mesopotamia sono ritenuti il primo popolo a fare largo uso del rame, e le loro conoscenze sulla lavorazione del rame furono introdotte agli antichi Egizi. Gli egiziani estraevano il rame dal Sinai e lo usavano per fare strumenti agricoli come zappe e falci, ma anche pentole, piatti e strumenti artigianali come seghe, scalpelli e coltelli. Gli egiziani, notoriamente amanti dell’abbellimento personale, facevano specchi e rasoi di rame e producevano trucchi verdi e blu dalla malachite e dall’azzurrite, due composti di rame dai brillanti colori verde e blu.
Confrontando la purezza dei manufatti di rame provenienti sia dalla Mesopotamia che dall’Egitto, gli scienziati hanno determinato che gli egiziani hanno migliorato i metodi di fusione dei loro vicini settentrionali della Mesopotamia. La maggior parte degli oggetti di rame in Egitto erano prodotti fondendo il rame fuso in stampi. Gli egiziani sembrano essere stati uno dei diversi gruppi che hanno sviluppato indipendentemente il metodo di fusione a “cera persa”, che è ancora usato oggi. (In parole povere, la cera è formata nella forma del prodotto finale, poi ricoperta di argilla. La cera viene sciolta lasciando uno stampo di argilla, che viene poi riempito di rame fuso. Lo stampo viene rotto quando il metallo è freddo.)
Il bronzo è meglio
Gli egiziani potrebbero essere stati il primo gruppo a scoprire che mescolando il rame con arsenico o stagno si otteneva un metallo più forte e duro, più adatto per armi e utensili e più facilmente colabile in stampi rispetto al rame puro (poiché il minerale di rame spesso contiene arsenico, questo potrebbe essere stato il risultato non intenzionale della fusione del minerale di rame che includeva arsenico presente in natura). Questa lega di rame con arsenico o stagno è chiamata bronzo, e ci sono prove archeologiche che gli egiziani hanno prodotto il bronzo per la prima volta nel 4.000 a.C. Il bronzo potrebbe anche essere stato sviluppato indipendentemente in altre parti del Medio Oriente e in altre parti del mondo. Indipendentemente dalla sua origine, la metallurgia del bronzo superò presto il rame in molte parti del mondo, inaugurando così l’età del bronzo. (Nelle parti del mondo che non avevano depositi di stagno, il rame fu usato da solo o in lega con altri metalli fino all’introduzione del ferro.)
Il processo di fusione del bronzo fatto con arsenico avrebbe prodotto fumi velenosi. La gente potrebbe aver preferito il bronzo a base di stagno o aver trovato che era più facile controllare le quantità di stagno aggiunto al rame piuttosto che controllare la quantità di arsenico, che spesso si trovava naturalmente nel minerale di rame. Qualunque sia la ragione, il bronzo fatto con lo stagno divenne presto il bronzo preferito in tutto il Medio Oriente.
I depositi di stagno erano più limitati a certe aree geografiche rispetto al rame, che era facilmente disponibile in molte parti del Medio Oriente così come in altre parti del mondo. Quando la gente cominciò a usare il bronzo invece del rame puro per fare armi e strumenti, si sviluppò il commercio dello stagno. La disponibilità di bronzo portò a strumenti e armi più avanzati, e con armi migliori, gli eserciti potevano conquistare meglio le società vicine (e saccheggiare le loro risorse di stagno e rame).
L’isola di Cipro, nel Mediterraneo orientale, era una delle principali destinazioni per i popoli europei e mediorientali dell’età del bronzo che cercavano di acquistare o saccheggiare rame. Cipro era il principale fornitore di rame dell’Impero Romano. Il nome “rame” deriva probabilmente dal latino “aes Cyprium”, che significa “metallo di Cipro”. Tuttavia, alcuni ipotizzano che il nome “Cipro” possa essere venuto dopo; potrebbe essere derivato da una parola più antica per il rame.
Artigianato del rame e spiritualità
Come il rame ha aiutato gli uomini a progredire nella guerra, ha anche giocato un ruolo nella vita religiosa e spirituale delle persone di tutto il mondo attraverso il tempo. Hathor, dea egizia del cielo, della musica, della danza e dell’arte, era anche la patrona del Sinai, la principale regione mineraria di rame degli egiziani; era spesso chiamata “Signora della Malachite”.
Per il popolo delle Ande in Sud America, che ha sviluppato la metallurgia più avanzata nell’America precolombiana, la metallurgia del rame era più di un mestiere secolare per produrre utensili. Usando il rame nativo, gli artigiani andini realizzavano oggetti religiosi in lamina di rame pestato e rame dorato.
Anche in molte culture sub-sahariane pre-coloniali si credeva che i ramai avessero poteri come sciamani, maghi e sacerdoti grazie alla loro intima conoscenza della terra, dei minerali e del fuoco e alla loro capacità di produrre metallo dal minerale. In alcune parti del continente la lavorazione del rame era una posizione ereditata dai maestri fabbri che passavano le conoscenze segrete ai loro figli. L’estrazione, la fusione e la fusione del minerale di rame erano precedute da elaborate cerimonie per assicurare che gli sforzi fossero sicuri e fruttuosi.
Il rame ha anche un ruolo oggi in molte credenze New Age. In alcune religioni moderne, si ritiene che abbia poteri curativi, sia spiritualmente che fisicamente. Alcune persone indossano il rame per aiutare ad alleviare i sintomi dell’artrite.
Bronze Buddhas and Copper “Cash”
I popoli del subcontinente indiano utilizzano il rame e le sue leghe da sempre. La fusione del bronzo era molto diffusa nell’antichità e il bronzo veniva usato per statue religiose e opere d’arte. Questa pratica si è diffusa anche nel sud-est asiatico, dove il rame e le sue leghe sono ampiamente utilizzati ancora oggi nelle opere d’arte buddiste.
Il rame fu usato per la prima volta in Cina intorno al 2500 a.C. I cinesi cominciarono presto a usare anche il bronzo, e usarono diverse percentuali di stagno nel bronzo per diversi scopi. Usarono ampiamente il rame e il bronzo per le monete. Durante la fiorente attività economica e l’espansione del commercio estero nella dinastia Sung, circa dal 900 al 1100 d.C., l’uso di monete di rame rotonde con un foro quadrato nel mezzo, esplose. La produzione di rame stava ora raggiungendo proporzioni quasi industriali in alcune civiltà, anche se probabilmente da nessuna parte più che nell’antica Roma.
I romani: Inquinatori Precoci
Anche se ferro e piombo erano in uso all’epoca degli antichi romani, rame, bronzo e ottone (una lega di rame e zinco) erano usati dai romani per le monete, aspetti dell’architettura come le porte e alcune parti del loro esteso sistema idraulico (anche se i tubi erano fatti di piombo). Hanno anche sviluppato organi a canne fatti con tubi di rame.
I Romani controllavano estesi depositi di rame in tutto il loro impero. Gli scienziati che analizzano gli isotopi del rame e gli oligoelementi presenti nelle monete di rame romane hanno determinato che Rio Tinto, la Spagna (ancora una miniera di rame funzionante), Cipro, e in misura minore Toscana, Sicilia, Gran Bretagna, Francia, Germania e altre parti d’Europa e del Medio Oriente erano fonti di rame per l’Impero. L’aumento della purezza delle monete di rame romane nel tempo mostra anche che i loro metodi di fusione migliorarono rapidamente.
I romani nel loro periodo d’oro producevano quasi 17.000 tonnellate di rame all’anno, più di quanto sarebbe stato prodotto ancora fino alla rivoluzione industriale in Europa. Con questa enorme produzione di rame arrivò un inquinamento che sarebbe rimasto insuperato per quasi duemila anni quando iniziò la rivoluzione industriale. L’aria inquinata della prima fusione del rame ha influenzato la salute degli esseri umani che vivevano nei tempi antichi? Probabilmente sì. I primi metodi di fusione a quel tempo erano rozzi e inefficienti per gli standard di oggi. La fusione del rame e, in misura minore, l’estrazione del rame producevano polvere di particelle ultrafini che veniva trasportata nell’atmosfera dalle correnti d’aria create dall’intenso calore delle operazioni di fusione. La maggior parte dell’inquinamento sarebbe caduto vicino ai siti di fusione, causando problemi di salute e contaminando il suolo e l’acqua.
Gli scienziati negli anni ’90 hanno scoperto che la contaminazione da rame è presente in strati di ghiaccio di 7.000 anni fa nelle calotte glaciali della Groenlandia. Uno strato di ghiaccio si deposita annualmente sulle calotte glaciali, permettendo un’analisi anno per anno della composizione del ghiaccio. Quando la fusione del rame si diffuse all’inizio dell’età del bronzo, abbastanza rame fu rilasciato nell’aria per contaminare il ghiaccio a migliaia di chilometri di distanza. I picchi delle concentrazioni di rame negli strati di ghiaccio corrispondono all’epoca dell’Impero Romano, all’apice della dinastia Sung in Cina (circa 900-1100 d.C.), e alla Rivoluzione Industriale, con una diminuzione delle concentrazioni trovate nel ghiaccio depositato subito dopo la caduta dell’Impero Romano e durante il tardo Medioevo europeo, quando l’uso del rame e del bronzo era inferiore.
L’inquinamento da rame dei tempi dei Romani ci perseguita ancora oggi. Un’ex miniera romana di rame e un sito di fusione a Wadi Faynan, in Giordania, è ancora – duemila anni dopo aver cessato le operazioni – una terra desolata e tossica disseminata di scorie di fusione del rame. I ricercatori hanno scoperto che la vegetazione e il bestiame a Wadi Faynan oggi hanno alti livelli di rame nei loro tessuti.
La rivoluzione industriale: Picking up Where the Romans Left Off
A partire dalla fine del 1600, la fusione del rame è diventata una grande industria in Gran Bretagna. Il minerale di rame della Cornovaglia e di altre zone e i depositi di carbone in tutto il paese alimentarono la fusione del rame. L’abbondanza di carbone a Swansea, nel Galles, rese questa città costiera un luogo privilegiato per le attività di fusione del rame in Gran Bretagna a partire dall’inizio del 1700. L’industria del rame guidò l’economia di questa città. I ricchi inglesi spesso possedevano le fonderie, mentre i gallesi locali lavoravano come operai nell’industria. Proprio come nell’antica Roma, la fusione del rame aveva il suo prezzo. La città e la campagna, una volta rigogliosa, che circondava Swansea fu spogliata dalla vegetazione a causa del fumo nocivo del rame che si diffondeva dalle ciminiere e si depositava sulla città e sui campi circostanti. Il terriccio sui pendii denudati soccombeva all’erosione. Il bestiame sviluppò nuovi strani disturbi come le articolazioni gonfie e i denti marci. Gli agricoltori hanno dato la colpa al fumo. Il fumo avrebbe anche causato mancanza di respiro, diminuzione dell’appetito e altri disturbi negli esseri umani.
Il minerale di rame della Cornovaglia purificato nelle fonderie di Swansea era ricco di arsenico, zolfo e fluorite (un composto dell’elemento fluoro). Le fonderie emettevano i fumi di questi composti insieme ai gas di scarico del carbone che alimentava le operazioni. Lo zolfo e la fluorite del fumo si mescolavano con l’acqua e l’ossigeno nell’atmosfera per produrre acidi solforosi, solforici e fluoridrici che piovevano su Swansea come pioggia acida. Scorie di rame e altri rifiuti coprivano il paesaggio vicino alle fonderie.
Nel 1821, fu istituito un fondo a Swansea, con i contributi di alcuni dei proprietari delle fonderie, che sarebbe andato a chiunque potesse sviluppare la tecnologia per ridurre il livello di veleni emessi dalle fonderie. (Gli industriali erano probabilmente più interessati all’economia e all’estetica che alla salute dei lavoratori e della popolazione locale). Anche se diversi gruppi di persone hanno proposto idee per purificare il fumo, nessuna ha avuto successo.
Sette anni dopo, un gruppo di agricoltori gallesi fuori Swansea ha fatto causa a uno dei principali proprietari della fonderia per disturbo pubblico, sostenendo che il fumo della fonderia stava danneggiando le loro fattorie. Il proprietario della fonderia di rame assunse uno dei migliori avvocati del paese, che combatté i querelanti sulla base del fatto che la città dipendeva dall’industria del rame per la sua sopravvivenza economica e che i fallimenti dei raccolti e il bestiame malato erano il risultato dei metodi agricoli arretrati dei gallesi e del clima sgradevole del Galles. Gli agricoltori persero la causa.
Rame conduttivo
Il rame ha giocato un ruolo centrale nelle tecnologie sviluppate durante la rivoluzione industriale. Uno degli usi più importanti del rame in quel periodo era nell’ingegneria elettrica. I primi scienziati che sperimentavano l’elettricità scelsero il rame come trasmettitore perché è altamente conduttivo (può trasmettere facilmente la corrente elettrica). Oggi l’industria elettrotecnica è il secondo maggior consumatore di rame.
Il prezzo dell’industrializzazione
Anche se i metodi di produzione sono migliorati dai tempi dei romani e della rivoluzione industriale, oggi la produzione di rame dà un pesante contributo all’inquinamento globale.
Butte, Montana, è sede di una miniera di rame abbandonata, un tempo di proprietà della ormai defunta Anaconda Copper Mining Company, fondata a Butte nel 1895. Fino alla chiusura delle principali operazioni minerarie di Butte negli anni 80, la miniera ha prodotto 20 miliardi di libbre di rame. Fino agli anni 50, ha prodotto un terzo del rame del paese ed è stato un importante fornitore per la nazione durante le due guerre mondiali. L’ex miniera è ora il più grande sito Superfund del paese. Il pozzo principale a cielo aperto si è riempito d’acqua dopo la fine delle attività minerarie, formando un lago di 600 acri. Rame, piombo, cadmio e arsenico contaminano l’enorme fossa, che si ricarica di acqua ogni giorno da una falda acquifera sottostante, rendendo il lago tossico quasi impossibile da ripulire. Lo zolfo, un minerale che è comunemente un componente del minerale di rame, reagisce con l’aria e l’acqua, producendo acido solforico, che riempie la cava. Il deflusso della miniera e la ricaduta della fonderia, un tempo di proprietà della Anaconda, coprono il paesaggio. Un bacino di 1.000 acri di sterili si trova vicino alla cava principale.
Durante il suo funzionamento, la miniera di rame di Butte ha modellato il tessuto sociale della città. La Anaconda Copper Mining Company aveva una mano pesante nella politica del Montana e aveva un effetto diretto sulla vita dei minatori e delle loro famiglie. La vita a Butte durante la maggior parte del 20° secolo ruotava intorno all’anticipazione dei licenziamenti e degli scioperi che arrivavano alla fine dei contratti triennali tra la Anaconda Company e il sindacato dei minatori. Le condizioni di lavoro erano terribili. Gli incidenti minerari, il “polmone dei minatori”, il forte inquinamento, la violenza e i disordini tra i sindacati e la compagnia erano alcuni dei costi per la gente di Butte. Anche se in città si estrae ancora poco rame, ai cittadini di Butte è rimasta l’eredità tossica della miniera.
L’Anaconda Company possedeva anche un’enorme miniera di rame a Chuquicamata, in Cile, che ha operato dagli anni ’20 agli anni ’70. I lavoratori delle miniere cilene vivevano in minuscoli appartamenti di proprietà della compagnia con servizi idraulici minimi. Le mogli e le famiglie dei minatori aspettavano in fila ogni giorno per avere accesso alle scarse provviste del negozio aziendale destinato alla classe più bassa dei dipendenti della miniera. Il loro status occupazionale dettava anche quali scuole i loro figli potevano frequentare. Gli scioperi erano anche una parte regolare della vita dei minatori e delle loro famiglie. L’etnografa e nativa di Butte, Montana, Janet Finn scrive: “Nello stabilire le relazioni tra lavoro, comunità e governo a Chuquicamata, la compagnia si rivolse a metodi provati e veri praticati a Butte: liste nere, corruzione e occasionale forza bruta temperata da divertimenti che abbracciavano sia il vizio che la virtù.”
La miniera di Chuquicamata della compagnia Anaconda fu chiusa nel 1971 dopo che il governo Cileno nazionalizzò le risorse di rame del paese. Tuttavia, l’estrazione del rame è ancora una grande industria in Cile. Uno studio dell’Università del Cile nel 1999 ha mostrato che l’estrazione, la fusione e la raffinazione del rame sono responsabili di una parte significativa della produzione di gas serra e di altro inquinamento atmosferico in quel paese e rappresentano il maggior consumo di combustibili fossili in Cile, nonché una quantità significativa di elettricità. Questo contribuisce ai livelli globali di anidride carbonica, che contribuiscono al riscaldamento globale. Inoltre, durante il processo di fusione, grandi quantità di anidride solforosa (SO2), un precursore delle precipitazioni acide, vengono rilasciate dai minerali solforosi, i minerali di rame più comunemente estratti in Cile.
Miniera di rame locale
Diverse città della contea di Orange, nel Vermont centrale, erano sedi di piccole miniere di rame e di operazioni di fusione durante il 1800. Nessuna delle miniere produceva tanto rame quanto le grandi miniere in altre parti del paese, ma le miniere locali erano una fonte di lavoro per gli immigrati della Cornovaglia e dell’Irlanda e aiutavano a sostenere l’economia locale. Ely (ora Vershire) era una classica città mineraria “boom and bust”, il sito di una delle più grandi miniere di rame della zona e la scena di due “guerre di Ely” tra minatori e proprietari di miniere in cui i minatori si ribellarono per ottenere gli arretrati dovuti loro dalla compagnia mineraria in fallimento.
Un’altra miniera di rame locale era la Elizabeth Mine a South Strafford, Vermont che fu in funzione dal 1830 al 1958. Oggi fa parte del programma Superfund della Environmental Protection Agency.
Le fonti includono:
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- “How Rome Polluted the World” di David Keys in Geographical, Vol. 75, Issue 12, dicembre 2003.
- “The Great Copper Trials” di Ronald Rees in History Today, Vol. 43, Issue 12, dicembre 1993.
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- “A Penny for Your Thoughts: Stories of Women, Copper, and Community” di Janet L Finn in Frontiers, Boulder, CO, Vol.19, Issue. 2, pagina 231, 1998.
- “Pennies from Hell” di Edwin Dobb in Harper’s Magazine, Vol. 293, Issue 1757, Ottobre 1996.
- “Atmospheric Pollution and the British Copper Industry, 1690-1920” di Edmund Newell in Technology and Culture, Vol. 38, No. 3, pagine 655-689, luglio 1997.
- Swansea, Wales Website.