33. 金属…硬さと柔軟性
農業が盛んになると文明は飛躍的に発展する。それと共に火の需要は増え、環境破壊が始まった。都市建設のためのレンガ作り、金属の精錬、そして人口の増加。森林からは木々が切り倒され、次々と火力として用いられた。そして森林は荒廃していった。気候も乾燥化へ向かう。
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3300年前のエジプトの王ツタンカーメンは黄金のマスクと棺で有名です。大量の金を使った王の棺が四千年前に作られている事実から、意識的に金が集められたことがわかります。金や銅は酸化されにくいので自然界に単体で存在できます。黄金色の金属粒子は目を引き、しかもそれが高温で熔けて、冷えると固まることは土器を作る過程で発見されたことでしょう。火で焼いた土審が出現した時期に、銅器の使用が始まりました。人類は高温を使う技術の応用分野が意外と広いことに気付いたでしょう。金は天然にはほとんどありませんから、人類が利用し始めた最初の金属が銅だったのは、自然の成り行きだったと考えられます。自然銅は火山などでできた硫酸銅が水に溶け、それが微生物などの働きで還元されて、川の砂などに混じっていたのではないでしょうか。この銅を掬い取って分別し、炉で溶かして銅を作りました。銅は金や銀と同じで可塑性が高く、叩くと変形できたので、最初の加工は炉から取り出した銅の塊をひたすら叩いて、望む形に加工したでしょう。最古の銅はトルコのアナトリア高原で紀元前4000年(いまから6000年前)に作られました。エジプトではさらに銅鉱石から銅を作る技術を開発しました。エジプトの王の副葬品として銅の針やピン、腕輪がたくさん出てきます。これらは石では作ることができませんでした。
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それから2000年ほどして、青銅が発明されました。青銅は銅に10%ほどの錫を混ぜた合金です。銅はやわらかく、武器にはできませんでしたが、青銅にすると硬くなり、また、変形も自由にできたので刀剣や槍などの武器を発達させました。そのほかにも容器も作られました。
青銅はそれまでの戦争を一変させたはずです。石や木でできた武器よりはるかに扱いやすく、硬く、また、細かな細工も可能でした。青銅を武器として持った軍隊は圧倒的な強さで周りの部族を征服し、また、青銅を作る技術はあっという間に世界中に広がりました。古代中国で精巧な青銅器ができたのが商(股)の時代。今から約4000年前です。青銅の塊(装飾品)は貨幣としての機能も持ちました。
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錫は元素記号Sn。色は銀色で、鉛の次に柔らかい金属です。加工しやすく、酸化変色しにくいので、昔から食器を中心とした日用品に用いられました。絵の具のチューブ、缶詰のメッキとして、また、タバコの包み紙に箔として利用されました。ブリキとは鉄板の表面に錫をメッキしたものです。アンデルセン童話には「鉛の兵隊」があります。童謡にもなっています。しかし、原作は「錫の兵隊」です。「錫」の知名度が低かったため、「鉛の兵隊」と日本語訳されていたのです。錫も鉛も約230度で熔解します。錫と鉛の合金をハンダといいます。
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ツタンカーメンの時代、エジプトでは鉄を生産できる技術がなく、鉄のほうがずっと高価でした。巨大なピラミッドは鉄なしで作られました。鉄と青銅は硬さは同じ程度ですが、粘り気が青銅にはないため、鉄剣と青銅剣がわたり合うと青銅のほうが折れてしまう。しかし、巨大な石を割るには青銅で十分。しかも、青銅は鉄より融点が低いので、石切鑿が折れたらすぐに熔かして作りなおすことができました。やがて、鉄を持ったヒクソス族が襲来してくると、エジプトは戦争に負け、その支配下に入りました。しかし、エジプトは鉄の武器と馬の戦車を研究して、自分たちで製造し、100年後にヒクソスをエジプトから武力で追い出しました。
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初めて鉄を精錬しだしたのは、ヒッタイト王国に属するアルメニア地方の未開種族だったと言われています。ヒッタイト王国は鉄の武器と騎馬隊によりトルコからシリアを征服し、バビロニア王朝とミタンニを滅ぼし、エジプト王朝と戦いました。ヒッタイト王国が滅亡すると鉄の製造技術は小アジア一帯から工一ゲ海沿岸の国々まで広がり、本格的な鉄器の時代が始まります。製鉄法さえ明らかにされれば、銅などに比べると格段に含有鉱石の多い鉄は比較的手に入りやすい金属になり、その強度などから武器に最適な金属として、多くの鉄製の剣が普及したと思われます。
鉄は地球上ではほとんどが酸化物で存在します。鉄を利用する前に、鉄があることを知らなくてはなりません。どのようにして鉄を精製する技術を開発したかはまだわかっていません。自然銅や砂金を川砂から採集するときは密度で普通の砂と分けます。そのときに一緒に砂鉄も混じり、銅や金を炉で熔かしたときに不純物として鉄ができたのではないでしょうか。特に銅は鉄と密度が近いので混ざってきた可能性があります。鉄は金や銅より融点が高いので完全に熔けずに屑のような塊として炉の中に残ったでしょう。この屑に気付き、かつ、熱しながら叩いて成型することで実用化したと思われます。
純粋な鉄はやわらかいですが、炭火で熱し、急速に冷却することで表面を炭素化すると硬くなります。焼入れと言います。戦闘中にはその皮膜がはがれていき、だんだんと強度が無くなり、剣は折れるのではなく、戦闘中に曲がってしまったようです。この欠点を解決した物が鋼です。鉄に炭素を2%だけ溶かし込むと鋼ができます。ただし、鋼を作るには鉄を完全に溶かす高温が必要になるため、アジアでは5世紀頃、ヨーロッパではふいごが登場する15世紀頃まで作ることができませんでした。日本では鋼を作る炉を鐘(たたら)といいます。
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金属原子は規則正しい結晶構造を作っています。原子と原手の間は自由電子で糊付けされています。そのため、力を加えると結晶構造の問でずれ易くなります。結晶構造を乱すものは不純物であり、不純物が適度な量だと、金属の強度が上がりますが、多すぎると金属はもろくなります。純粋な金属ほど柔らかく、薄く、細く加工することができます。この性質を延性といいます。
最も延性の高い金属は金です。金箔とは、金を叩いて薄く延ばし、厚さ0,001ミリ(O.1ミクロン)にまで加工したものです。アルミ箔は0.01ミリ程度ですからその100分の1です。十円玉の大きさからたたみ一畳分まで広げることができます。金箔は漆の上に吸い付けて完成。金ですから酸などの薬品や紫外線などに強く、保存性抜群です。
京都金閣寺は金箔で保存性を高めた建築物です。池に映る姿が有名ですが、それよりも室内の方が印象的です。補修の後に室内を写した写真を見たことがあります。床の黒漆と壁の金の取り合わせは恐ろしいほど豪華でした。是非、室内も公開して欲しいものです。
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わざと金属の結晶構造を壊すこともできます。結品構造は金属が冷えるときにできますが、構造ができる前に固める技術です。結晶構造に対してアモルファスといいます。普通の金属に比べて、強度が高く、腐食に強い、磁性が強く誘導されるなどの特徴があります。ただ、製法が難しいため、大きな素材はできませんでした。金属の組成を変えると結晶になりにくくなることが判り、金属ガラスと呼ばれています。金属ガラスは大きな素材をアモルファス状態で作ることができます。
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古代では金属は実用価値があり、高価で、また、変質せず保存性に優れていたので貨幣として用いられました。日本のコインは1円玉のアルミを除いて、銅の合金が使われています。5円玉は真鍮製で銅と亜鉛の合金です。10円玉は青銅で、銅と錫に亜鉛が加えてあります。銀色の硬貨、50円玉、100円玉そして旧500円玉は白銅で、銅とニッケルの合金です。新500円玉は白銅にさらに亜鉛を加えてあります。日銀の発表ではニッケル黄銅です。
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兵器の質の差が、絶対的な力の差となって、戦争の行方を決することが人類の歴史において何度か生じています。青銅の発明、鉄の発明、騎馬軍団の発明、馬でひく戦車の発明、そして、鉄砲、大砲の発明。効率的に人を殺す新兵器の開発は戦争を有利に進めるために現在でもなお盛んです。
つづく
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