Как устроен наш мир и как при необходимости построить его заново: инструкция

Металлы и руды

Металлы — самый важный материал для любой цивилизации. Некоторые из них: например, серебро, золото и платина — встречаются в природе в самородной форме. Для получения остальных придется сначала найти руду, а потом очистить ее, отделив металл от других веществ.

Горное дело

На пути к процветанию любая цивилизация достигает точки, когда в поисках материалов для строительства светлого будущего приходится копать глубже, причем не только в переносном смысле. Так что вооружитесь киркой и канарейкой — и вперед, в недра планеты.

Чтобы добыть ресурсы из-под земли, нужна шахта, а в ней — как минимум три прохода. Первый нужен для доступа к руде (1). Поскольку она расположена пластами на многих уровнях, понадобятся штреки (2) для ее транспортировки и ствол для подъема на поверхность (3), а также вентиляционный ствол (4), ведь шахта наполнена смесью атмосферного воздуха и легковоспламеняющихся ядовитых газов (например, угарного газа и метана), которые обычно окружают угольные залежи. Для упрощения работы соедините проходы (2) покатыми тоннелями (5).

Чтобы организовать подъем руды, нужны рельсы, вагонетки (6) и канатные подъемники (7), соединенные с воротом системой блоков (8). Перед погрузкой руду измельчить с помощью дробилок (9). Чтобы отыскать залежи, изучите геологическую структуру местности (10), обращая особое внимание на обнажения горных пород.

Шахту может затопить подземными водами и привести к ее обрушению и проседанию грунта, поэтому надо соорудить систему каналов, отводящих воду в водоприемник (11), а оттуда выкачивать ее на поверхность насосом.

Там, где залежи подходят близко к поверхности земли, проще устроить карьер (12). Здесь вам пригодятся взрывчатые вещества — например, пороховые заряды. Запалы для них сделайте из пенькового шнура, пропитанного смолой или смазанного белой глиной. Просверлите в скале горизонтальные отверстия и вставьте туда заряды.

Присоедините запал к заряду, отмотайте шнур на безопасное расстояние, подожгите его и дождитесь взрыва. С большими глыбами можно справиться и с помощью деревянных клиньев. Загоняйте их в трещины и заливайте водой: расширяясь, древесина будет крушить камень.

Крепи

Во избежание обрушения шахты ее надо укрепить. Вырубая горизонтальные проходы в породе, поддерживайте потолок опорами. Поскольку риск обрушения довольно высок даже с ними, ставьте дополнительные деревянные столбы и балки и устройте настил, который примет на себя тяжесть каменного свода.

Ядовитые газы

Во время работы в шахте существует реальная опасность отравления ядовитыми газами. Их накопление помогут обнаружить канарейки — они реагируют на угарный газ намного быстрее человека. Если канарейка теряет сознание, значит, вредные вещества уже вокруг, и необходимо немедленно выбираться на поверхность. Снабдите клетку баллоном с кислородом, чтобы быстро реанимировать пернатого товарища.

Безопасная лампа

Учитывая, что в шахте могут присутствовать различные взрывоопасные газы, открытым огнем там лучше не пользоваться. Защитите лампу многокамерной металлической сеткой, которая будет направлять воздух внутрь, а продукты сгорания — наружу. Если горючая смесь газа с воздухом вспыхнет, пламя не вырвется за пределы решетки. Кстати, такой лампой удобно отслеживать содержание газа в воздухе: чем его больше, тем ярче светит огонь.

Стекло

Стекло требуется не только для производства окон, бутылок и различной бытовой утвари. Его изобретение значительно расширит ваши возможности в области науки и техники, создаст потенциал для новых идей и открытий. Без этого материала невозможно добиться прогресса во многих отраслях науки: химии, физике, биологии, медицине, астрономии, оптике, электронике, связи.

В конце концов, именно из стекла сделаны линзы микроскопов, телескопов и камер, так что берите лопату и отправляйтесь за сырьем. Стекло получают из расплавленного кварцевого песка или измельченного кварца. Речной песок для этих целей подходит лучше всего, так как он обычно чище других видов, а значит, стекло получится прочнее и прозрачнее.

Стекло выплавляют в гигантских кирпичных печах с топкой (1) и плавильной камерой (2). Для хорошего горения нужно обеспечить постоянный приток воздуха, а для этого — сориентировать топку (3) с учетом сезонного направления ветра, чтобы получился воздуховод.

Когда печь готова, в нее загружают сырье (4). Для известково-натриевого стекла нужно три ингредиента: диоксид кремния (песок или кварц), кальцинированная сода, благодаря которой это вещество плавится при температуре печи, а также негашеная или гашеная известь, чтобы стекло стало более стойким химически и блестящим.

Над печью постройте купол с трубой. В топке разожгите огонь. Поток воздуха будет направлять жар в камеру и плавить сырье. Эти процессы могут занять от десяти дней до двух недель. Температуру надо поддерживать на уровне примерно 1100 °C достаточно долго, чтобы из вязкого расплава ушли все пузырьки. Потом дайте печи остыть и достаньте блок крепкого прозрачного стекла.

В плавильной камере образуется гигантская, многотонная стеклянная глыба — порой она выше человеческого роста. Чтобы вынуть эту массу, иногда приходится разбирать верхнюю часть печи. Действуйте осторожно: кирпичи вам еще пригодятся, чтобы собрать все заново и выплавить следующую партию стекла.

Из необработанного блока стекла невозможно создать хорошую линзу для микроскопа и красивый бокал для вина, поэтому его придется разбить на части поменьше и отправить в стеклодувные мастерские.

Окрашивание

Чтобы линзы и другие детали научных приборов были идеально прозрачные, песок или кварц должен быть ярко-белый. Желтоватый песок содержит примеси, которые передадутся и стеклу. Однако иногда в сырье для красоты специально добавляют различные окрашивающие вещества: например, оксид меди придает сине-зеленый оттенок, а оксид железа — желтовато-зеленый. В цветных сосудах гораздо лучше сохраняется пиво, вино и другие чувствительные к свету жидкости.

Формование и выдувка

Благодаря выдувке стеклу можно придать любую форму — она ограничена исключительно вашим воображением и емкостью легких. Сначала стекло придется опять растопить. Теперь возьмите концом полой трубки шарик расплавленного стекла и дуйте в другой конец, постоянно ее поворачивая, как будто хотите получить мыльный пузырь. Стекло формируется под действием вдуваемого воздуха и силы гравитации.

Создать плоский стеклянный лист можно двумя способами. Проще всего выдуть стеклянный шар, срезать верхушку и, постоянно поддерживая пластичность с помощью нагревания, очень быстро вращать стеклодувную трубку между ладонями, чтобы под действием центробежной силы расплавленное стекло постепенно превратилось в тонкий диск. Когда диск остынет, его можно оправить металлом и вставить в оконный проем. Такое стекло будет свободно пропускать свет, а благодаря неровностям за вами не смогут подглядывать назойливые соседи.

Другой вариант — выдуть из расплавленного стекла продолговатый пузырь, дать ему немного остыть, а потом разрезать вдоль и раскатать в плоский тонкий лист. Такое стекло будет больше напоминать оконное, и ему можно найти много применений.

Резина

Резина — очень эластичный материал. Она не только растягивается во много раз больше исходной длины, но и сжимается обратно, когда натяжение перестает действовать. Еще она не пропускает газ и воду.

Благодаря этим особенностям резине найдется много применений: с ее помощью можно усовершенствовать колеса, изолировать электрические провода, предотвратить нежелательную беременность и сделать многое-многое другое.

Чтобы мягкий липкий каучук стал твердым и эластичным, его надо высушить в специальной печи — автоклаве. Процесс нагревания каучука с серой, который способствует этому превращению, называют вулканизацией.

Если поблизости не растут резиновые деревья, могут подойти некоторые виды фикусов. В крайнем случае можно поэкспериментировать даже с одуванчиками: в их корнях есть и жидкий латекс, и прочные резиновые волокна. Для получения резины вулканизируйте растительное сырье с помощью муравьиной кислоты или сока серосодержащих растений, например капусты.

Во время вулканизации сера соединяет длинные молекулы каучука перекрестными связями в своего рода сеть. Этого эффекта можно достичь горячей прессовкой, прокатом между нагретыми валами (A) или тепловой обработкой в автоклаве (B) паром, образующимся при кипении воды под высоким давлением.

Ректификация

Не знаете, куда девать лишние пищевые продукты? Сделайте из них очищенный — ректифицированный — спирт. Первые стадии получения ректификата аналогичны дистилляции. Важное отличие заключается в том, что его обычно не пьют, и нет нужды отбирать в качестве сырья высококачественные злаки, картофель или ягоды. Если вы не планируете использовать алкоголь в кулинарных целях, достаточно будет соломы, кукурузных стеблей и некоторых сорняков.

Брожению подвержено все, что содержит сахар, однако объемная доля спирта в естественных условиях никогда не превышает четырнадцати процентов, так как при большей его концентрации ферментирующие микроорганизмы погибали бы.

Следовательно, надо сконструировать специальный аппарат, который путем повышения температуры уберет из жидкости примеси. Ректифицировать — это все равно что дистиллировать десятки раз. Этот метод подойдет не только для спирта, но и для очистки других жидкостей, например растительного масла.

Под ректификационной колонной (2) имеется стеклянная колба. Нагретые пары спирта поднимаются из нее, остывают и конденсируются на стеклянных бусинах. Более легкие компоненты (A) затем вновь испаряются и поднимаются выше, там конденсируются снова, и все повторяется. Регулируя температуру, можно заставить пары спирта (A) оседать на уровне отводящей трубки (3), а оттуда — поступать в охлаждаемую часть аппарата (4). Легкие токсичные примеси (например, альдегиды и ацетон) останутся в парообразном состоянии и выйдут наружу через трубку, а сивушные масла и другие примеси с более высокой, чем у спирта, точкой кипения (B) вернутся на дно емкости.

Хлопок и пряжа

Люди научились выражать себя различными способами, и один из них — одежда. Мода позволяет показать ваш внутренний мир, когда одних слов мало. Одежду можно сшить из шерсти любых животных и из растительных волокон, оказавшихся под рукой. В зависимости от материала пряжа имеет различные толщину и плотность.

Шерсть

Для получения шерсти проще всего остричь или вычесать овцу, ламу, козу, верблюда или еще какого-нибудь пушистика, даже собаку. Промойте и расчешите полученный материал, а потом сядьте за прялку и сплетите из него нити.

Лен

Лен (Linum usitatissimum) — весьма капризное однолетнее растение, которому требуются умеренные температура и влажность, но обилие солнца. Собранные стебли замочите и просушите. Когда твердая наружная оболочка начнет расслаиваться, высушите стебли в духовке, пока они не начнут трескаться при сжатии руками, затем волокна промойте.

Прорежьте борозду по всей длине вала и к одному его концу приделайте ручку, которая будет идеально входить в это углубление. Кладите стебли перпендикулярно ручке и опускайте ее, чтобы сломать стебли и снять внешний слой, размягчая волокна внутри. Затем пучок надо вычесать, чтобы убрать остатки оболочки и очистить тонкие льняные нити.

Хлопок

Выращивание хлопчатника (Gossypium sp.) — нелегкое дело. Если вы живете в сухом холодном месте — можете не тратить время, ему подойдет только теплый и влажный климат. Семена сеют весной во влажную почву с хорошим дренажом, а осенью светлые хлопковые коробочки собирают в открытые ящики. Потом с помощью коттон-джина — хлопкоочистительной машины — волокна отделяют от колючих семян.

Коттон-джин представляет собой ящик с двумя покрытыми зубцами валами, которые с большой скоростью вытягивают через прорези решетки линт — хлопковый пух. Сзади установлены щетки, которые вращаются в три раза быстрее. Загрузите сырье, и машина отделит пух от семян и передаст его щеткам, которые вытянут волокна. Потом можно приступить к прядению.

_{Отрывок из книги «The Book. Как создать цивилизацию заново». М.: Издательство Манн, Иванов и Фербер (МИФ), 2023.}