西班牙羅馬礦洞的秘密/下(公元1世紀以後)

西班牙力拓河(Rio Tinto)銅礦
一段被遺忘的帝國興衰史

古羅馬在西班牙的力拓(Rio Tinto)銅礦開發簡介
力拓,Rio Tinto,係現代一家有名既英/澳資礦業巨擘,但呢間公司既名又係點黎既呢?查實力拓公司既起源可以追溯至西班牙南部一個叫力拓(Rio Tinto)既礦坑。19世紀末,西班牙政府引入外資希望可以改善礦業效率,英國麥地臣公司(Matheson & Co.,創辦人同為為香港渣甸洋行,即怡和洋行創辦人之一)同德意志銀行合資成功競標,力拓公司於1873年3月29日注冊成立,1880年代公司控制權後轉移至羅斯柴爾家族手上。力拓公司既營運確實係先響西班牙既力拓銅礦開始,之後業務先再擴展至全世界,成為今日赫赫有名既礦業巨頭之一。

關於力拓公司來歷既典故講到呢度,係時候返到正題。話說1880年代既時候,力拓公司響位於力拓既巨型露天礦坑發現左d奇怪野,原來呢個礦坑響好耐好耐之前已經有人開採過。直到1920年代,力拓既礦坑又發現左本來深埋響地底下既木製巨輪,仲一共有成16個咁多。呢d巨輪到底係咩?係邊個放入去,用途到底又係咩?


力拓銅礦(Rio Tinto)既地理位置,位於西班牙南部名城塞維爾(Seville)西北面50公里左右


現代力拓銅礦(Rio Tinto)既露天礦坑照片

力拓銅礦(Rio Tinto)發現既古羅馬水車車輪

力拓銅礦(Rio Tinto)的考古寶藏
當考古學家開始工作既時候,佢地發現原來呢d巨輪原本係古時候羅馬人礦井所用抽水機械既一部分。古羅馬人為追求更豐富既礦脈,往往會開鑿好深既礦洞,當中豎井(vertical shaft)更加可以開到200米深。咁深既礦,好多時候就會有個問題:水浸。如果礦坑開到地下水位(water table)之下,礦洞就會長期面臨積水既問題,對礦工黎講既危險又阻礙佢地工作。為解決呢個問題,羅馬既工程師採用左抽水機既技術,當中最常用既就係水車(reverse overshoot waterwheel)同阿基米德螺旋(Archimedes screw),呢兩個設備響文獻記載入面經常提及。響力拓礦洞入面,水車輪以兩個一組,垂直設有8組,提水高度30米左右。有左呢d設備,就可以不斷礦井底部既積水抽除,令礦工可以深入礦井底層既礦脈施工。


一組力拓礦坑所發現既古羅馬排水水車側面圖及鳥瞰圖

一組2個,共8組既提水水車示意圖,提水機可以由人力或另外一組水車的動力驅動。提水技術既發展對開採深礦非常重要

羅馬時代的礦坑
從文獻記載同考古成果,我地可以大約知道古羅馬時代既地下礦洞到底係點運作,有咩設備同技術。我地知道從古到今,礦工都係極其危險而且極厭惡性既工作,響古時候,礦井工作既有奴隸、強逼勞動既罪犯,但亦都有為工資以身犯險既窮等自由民。礦工所用既工具大多都好基本:鐵鎚、鐵鑿、鐵鎬、油燈。不過我地亦都知道,當面對特別堅硬既岩石時,古代礦工往往會用點火燒熱石頭,然後淋上酸醋(vinegar)既方法。老普林尼(Pliny the Elder)曾經提過,呢個方法雖然效果好好,但同時亦會令礦洞充斥毒氣,危害礦工安全。老普林尼亦都有記載一種輾碎礦石既機械設備叫Fractaria,呢種機械需要使用50公斤既鋼鐵建造,係古羅馬礦洞入面比較大型同昂貴既器械設備。

至於礦洞內既通風同照明,呢d就係更大既問題。羅馬人通常會利用開風井既方法引入外面既鮮風,但古代欠缺大型抽風機既技術,礦井內外空氣難以對流。咁古人就發明左一個辦法,就係響特定既豎井底部點火加熱空氣,熱空氣澎脹,氣壓降低,外面氣壓較高既鮮風自然抽入豎井(vertical shafts),再通過其他通風管道(ventilation tunnels)將鮮風引入礦坑深處。如果遇到地下水水位(water table)既問題,工程師會加入提水機既技術,呢個亦都係羅馬人得以開發深層礦井既原因。有趣既係,到左18世紀,當英國人開採地下煤礦時就面臨相同既積水問題,為左抽除煤礦中既積水,英國人需要有效既抽水技術。有歷史學家認為,呢個亦都係蒸汽機得以響英國率先普及既原因。因為蒸汽機(steam engine)燒煤作為燃料,產生既能量用於抽水,變相可以挖出更多既煤礦,形成一個正反饋循環(positive feedback loop)。Kenneth Pomeranz響佢既著作《大分流》(The Great Divergence)中提出理論,正正係因為呢個正反饋循環開始左對人類歷史影響最深遠既歷史事件:工業革命。由於歷史學家知道建造原始蒸汽機既基礎技術響羅馬時代已經基本具備,我地不禁要問,到底古羅馬人距離工業革命有幾遠?如果西班牙既深礦係煤礦而非銅礦,羅馬人到底會唔會發現用化石燃料作動力既秘密,將工業革命一舉推前1,800年?歷史又會唔會改寫?當然歷史冇如果,而呢d問題亦都永遠唔會有答案,只能夠係史學家腦海中永恆既遐想。


圖左:公元前7世紀古希臘工作中的礦工;圖右:古羅馬礦工浮雕

風馬牛不相及的格陵蘭與羅馬
冰芯樣本意外發現的重金屬污染物

羅馬帝國金屬冶煉:格陵蘭冰芯樣本的意外發現
響21世紀,我地將空氣污染看成現代特有既現象,工業革命所造成既結果。工業革命前,空氣好清新、好乾淨;工業化之後既世界,空氣開始受到污染。但事實又係咪咁呢?非也。其實自從人類文明伊始之際,污染同人類早已經係形影不離。關於羅馬帝國金屬冶煉既規模,我地無從得知真正既數字,但係自從20世紀末氣象學家因為研究氣候變化分析南北兩極長長既冰芯時候,文明既興衰同污染之間既關係,先開始水落石出。

到底冰芯係乜?
冰芯(ice core),係從南北極,或者高原高山終年不化既厚冰層鑽出黎既一條冰柱,長度依冰層厚度同鑽探設備而定,最長可以達到幾千米長,記錄左古代氣候變化既資料。當科學家開始響格陵蘭(Greenland)鑽出冰芯時,佢地原本係希望知道古代氣候到底點樣。但到左1990年代,科學家幫冰芯樣本做化學分析時開始發現有d唔對勁,點解古代既冰層樣本會出現重金屬既污染物呢?於是有一班科學家就本住尋根問底既精神,追尋呢d污染物到底係邊度黎,點解會出現。於是佢地分析唔同年代既冰層樣本,竟然有另一個驚人發現。


儲存冰冰芯樣本既冷凍房

利用冰芯研究文明既興衰
1990年代中期,科學家發現格陵蘭冰芯大約距今2,000年前既樣本當中,無論係鉛(lead)污染物定係銅(copper)污染物既濃度都有異常尖峰值。而2,000年前,正正就係古典文明(Classical Civilization)繁盛既時代。當追溯起上黎,歷史學家發現呢d污染物極有可能係人為產生,而始作俑者就係當時首屈一指既羅馬帝國。西班牙作為羅馬帝國主要產礦區之一,煉銅(copper smelting)、鉛釋放進入大氣既污染物進入平流層,順住氣流飄到幾千公里外,沉積響格陵蘭既冰蓋上面。冰芯既化學分析揭示,羅馬時代既污染已經可以達到影響格陵蘭既規模。至於唔同年代既污染程度,更加揭示左文明興衰既軌跡。羅馬帝國時期冰層既鉛及銅污染濃度,響羅馬衰亡之後既千幾年都冇被超越,一直到工業革命前夕既17、18世紀先至被超過。但西班牙並唔係羅馬唯一一個產銅區,近年另一個約旦河谷(Jordan River Valley)對泥土樣本進行既研究,得出近乎完全相同既結論:羅馬及拜占庭時代響約旦河谷既銅開採及冶煉達到高峰。


格陵蘭冰芯入面既銅污染物濃度(紫色部分為羅馬文明橫跨既時代)

從格陵蘭冰芯銅濃度推算得出不同年代北半球既銅產量,羅馬時代公元前後既銅產量直到工業革命前夕才被超越

約旦河谷(Jordan River Valley)泥土銅污染濃度,數據揭示既起落規律跟格陵蘭冰芯大致吻合

總結
羅馬開礦既技術,包括水動力同大型機械既使用,確保左能夠滿足龐大帝國既需求,亦都令到金屬冶煉既規模達到工業革命前既史上最高水平。或者我地永遠都冇辦法知道到底羅馬帝國曾經達到點樣既高度,亦都冇辦法解答古典時代既地中海文明同近代既巨大產業文明到底有幾大既鴻溝呢個疑問。然而新既考古技術,包括古代氣象以及地質樣本既研究,或許會為我地繼續帶黎更多關於古代文明興衰既新證據同出人意表既發現。

參考資料:
Candelone J. P. el. al. (1996) History of Ancient Copper Smelting Pollution During Roman and Medieval Times Recorded in Greenland Ice. Science Vol. 272, pp. 246-249.
Hunt C. O. el. al. (2007) The local and global dimensions of metalliferous pollution derived from a reconstruction of an eight thousand year record of copper smelting and mining at a desert-mountain frontier in southern Jordan. Journal of Archaeological Sciences Vol. 34, pp. 83-110.
http://www.unc.edu/~duncan/personal/roman_mining/deep-vein_mining.htm

–超級工程:羅馬是怎樣建成的第五季完–