0

0
0

文字

分享

0
0
0

第一種元素:鐵 —《改變世界的七種元素》

PanSci_96
・2014/07/09 ・5462字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

1862年三月,南北戰爭期間,南軍維吉尼亞號因為有兩寸裝甲鋼板,輕輕鬆鬆撞進撞進敵艦木造外殻。
1862年三月,南北戰爭期間,南軍維吉尼亞號因為有兩寸裝甲鋼板,輕輕鬆鬆撞進撞進敵艦木造外殻。

掀起裝甲戰爭

美國南軍的裝甲船維吉尼亞號輕輕鬆鬆就撞進敵艦的木造外殼,成為海戰史上的轉捩點。「水面下的撞擊聲清晰可聞,」海軍將官回憶時談到敵艦北軍康勃蘭號:「她開始下沉,但是在火炮沉入水面之前,仍不停的勇敢還擊。」但是她的炮火打在維吉尼亞號無法穿透的鐵殼上,只能反彈。

1862 年 3 月,美國南北戰爭期間,南軍船艦維吉尼亞號在維吉尼亞州的漢普敦錨地攻擊北軍。北軍的康勃蘭號上有將近三分之一的士兵罹難,甲板上的一位軍官形容這景象是「水面上空前未有的大屠殺。」維吉尼亞號是用沉沒的木造船艦馬力馬克號(Merrimack)改裝而成,使用的是拼湊而成的配備、性能很差的引擎。但是她有一個很棒的優點:她有兩英寸厚的裝甲鋼板,對手用木造船根本撞不破。北軍十分恐慌,如果維吉尼亞號能突破北軍在漢普敦錨地的封鎖,就可以長驅直入波多馬克河,進而炮擊華盛頓市。當晚林肯總統「不停的走到窗邊,眺望波多馬克河(河面景觀在六十四公里範圍內毫無遮蔽),想確認維吉尼亞號沒有接近華盛頓。」

幸好,北軍也正在研發裝甲船監視者號,而且鋼板更厚,達11 英寸。聽到維吉尼亞號正在往前挺進,監視者號立刻趕往漢普敦錨地。第二天,發生了前所未有的裝甲船大對決。我的辦公室裡掛了一幅描繪這場戰役的版畫,是版畫印製廠卡瑞耳艾維士(Currier & Ives)印製的。因為喜歡這場戰役的場景,我在多年前買下這幅版畫,當時沒有體會出其中代表的意義。這幅畫的前景中,體積較小、噸位也較輕的監視者號衝向維吉尼亞號,兩船的大炮都噴出火花,甲板上有白煙和蒸氣翻騰而上。「在文明的世界裡,從沒有一場戰役曾造成這麼大的震撼。」在現場目擊的海軍軍官帕克(Willam Harwar Parker)寫道。

這是一場艱困的戰鬥:船艦近距離接戰四個小時以上。一開始維吉尼亞號發射了許多炮彈,監視者號也回報有力的還擊,但雙方的炮彈都遭船身彈開,「顯然沒有什麼效果,跟小孩子丟的石頭差不多。」他們很快就想出衝撞戰術,但是到了下午三、四點,在完全沒有死傷的情況下,這兩艘船開始脫離戰場。監視者號的船身只留下一些凹痕,在厚厚的鐵板隔離保護之下,士兵完全沒有傷亡。戰役結束後,監視者號的士兵終於可以坐下來吃飯,大家的士氣仍然很高昂。「嗯,各位,」助理部長福克斯(Gustavus Fox)稍後登船讚揚士兵時說:「你們看起來不像剛剛經歷了史上數一數二重大的海戰。」

遠在漢普敦錨地戰役之前,鐵就展現了強度及侵略性。因為鐵的強度,地球上才有生物。地球核心的主要成分是鐵。當固態的內核旋轉時,帶動液態的外核流動,生出電流,地球周圍因而產生磁場。地磁使太陽風無法靠近地球,太陽風是對生物有害的游離輻射。因為鐵太容易鏽蝕,人類首次使用的鐵器已經難以考證,也就是說,留存下來的古代鐵器比由耐用的金屬(如金或銀)製造的器具還稀少。  然而在西元前約 3500 年時,鐵器開始出現,通常製成珠寶、家庭器具,還有最重要的 —武器。在古代戰爭中,鐵被當成血腥的工具,通常製成鐵劍、盾牌及矛。

不過幾千年來,軍艦仍是用脆弱易燃的木材打造而成的。在卡瑞耳艾維士那幅版畫的背景中,遠處觀戰的木製船隻不僅處於劣勢,而且很快就會落伍。當時有幾萬名軍人在岸邊見證漢普敦錨地之役,都見識到了裝甲船的優異威力。美國工業時代之初,維吉尼亞號與監視者號展現了工業化鋼鐵裝甲的威力,這種力量將持續改造現代社會的政治與戰爭。

歐洲煤鋼共同體(ECSC)被認為是歐盟的前身,創始會員國有法國、比利時、西德、義大利、荷蘭和盧森堡。 —Public Domain
歐洲煤鋼共同體(ECSC)被認為是歐盟的前身,創始會員國有法國、比利時、西德、義大利、荷蘭和盧森堡。
—Public Domain

曾是和平的元素

在大西洋彼端,1860 年代的德國正要展開工業化後進步繁榮的時代。工業革命已經橫掃英國,而且跨海傳到歐洲大陸。位於魯爾河岸的埃森市是德國的工業中心。山坡邊小小的鼓風爐已經由巨大的工廠取代,這個一度成為中世紀市場的城市快速擴張。在數十年之間,埃森的人口增加了 150%。這座城市的成長與某個家族關係最密切。

1587 年,安德特.克魯伯(Arndt Krupp)加入埃森的商業公會。他是克魯伯王朝的開創者,這個王朝的國祚近四百年,成為德國超強工業和軍事產業的領導者。1866 年至 1870 年,在俾斯麥對奧地利與法國發動的戰爭中,安德特.克魯伯的子孫艾佛烈.克魯伯(Alfred Krupp)在兵工廠中負責製造大炮。普魯士軍隊使用的鑄鐵大炮與法國用青銅打造的大炮相比,射程是後者的兩倍,而且更為精準,擊發的數量也更多。1862 年,俾斯麥發表了著名的聲明,宣稱日耳曼帝國將不是建立在「演說與多數決」,而是建立在「鐵與血」之上。他相信,誰能駕馭鋼鐵,誰就能駕馭歐洲。

兩次世界大戰中都證明克魯伯的兵工廠十分重要。德軍有大量的武器可用,攻敵戰略才得以鞏固。第一次世界大戰之初,德軍在前往巴黎的途中使用克魯伯長程火炮,把比利時的碉堡轟成碎片。第二次世界大戰時,克魯伯的攻城加農炮可以發射重達 7噸的炮彈,射程達 40 公里。克魯伯煉鋼廠提供的軍火,讓德國有能力發動戰爭。人類不只靠鐵打仗,還為了搶奪鐵礦及煤而戰。用煤提煉鐵礦,會產生鐵及二氧化碳。工業革命期間,歐洲各國的當務之急是確保這些礦藏。沒人願意在這場空前的經濟成長中落後。

克魯伯王朝崛起之地的魯爾區,蘊藏大量的煤以及少量的鐵。在十九世紀末及二十世紀初,這些礦藏成為重大衝突的來源,在這段期間,法國與德國之間發生了三次戰爭。1870 年 7 月,法國對鄰國普魯士宣戰。普魯士是日耳曼邦聯的一員,也是該邦聯中最強大的國家,從之前十年以來,普魯士對法國的威脅愈來愈大。就在四年前,普魯士侵入了奧地利,帶頭成立了北日耳曼邦聯。普魯士過去是法國弱小而且友好的鄰居,如今不但擁有令人畏懼的軍隊,而且還在邊界採取了包圍的態勢。普魯士的人口快速成長,而且境內的重工業也愈來愈占優勢。到了 1867 年,普魯士和薩克森(北日耳曼邦聯的另一個成員)的煤礦生產量,與法國的煤礦產量相比,已經達到三比一。法國備感壓迫,決定宣戰。

但是法國完全低估普魯士的強大程度。只不過幾個星期,普魯士的軍隊已經推進到巴黎。巴黎受包圍數個月之後,於 1871 年 1月 28 日淪陷,戰爭就此結束。普魯士摧毀了法國的軍事武力,並在〈法蘭克福條約〉中要求法國割讓說德語的阿爾薩斯-洛林,而該地區擁有價值很高的鐵礦。短短四十年後,法國又會在第一次世界大戰中對抗已經統一的日耳曼帝國。法國將收回阿爾薩斯-洛林,再度取得該地區的鐵礦控制權。此時法國已有辦法增加鋼鐵的產量了,但卻因而更依賴煉鐵所需的焦炭和煤炭。當德國拖欠戰爭賠款時,法國便以侵入魯爾區做為報復。如此一來不但確保煤炭供應不缺,也同時癱瘓了德國的工業。為了反擊,希特勒開始派軍隊進入萊茵蘭(Rhineland),魯爾即在此區。為了避免引發另一次戰爭,法國沒有提出太大的抗議,使得希特勒信心大增,採取一系列侵略行動,終於導致第二次世界大戰。

魯爾區的煤礦對歐洲鋼鐵業的發展十分重要。但是也因為這項資源,使得這地區約有八十年的時間都成了戰場。在戰爭期間,魯爾成為歐洲的工業中心,但這個地區的成功也導致了它的衰敗。1943 年 3 月,同盟國的空軍對埃森首次空襲,後來總共進行了 200 次重大的空襲,投擲超過 3 萬 6 千噸的燒夷彈及炸彈,大多落在面積 8 平方公里的克魯伯工廠上。戰後,埃森成為坑坑洞洞的荒涼廢墟。但不到五年的時間,魯爾又經過重建,並整合出一套新的政治制度,目的是讓鐵變成和平的工具,而不是戰爭的武器。

1950 年 5 月 9 日,法國外交部長舒曼(Robert Schuman)透過廣播發表了一項歷史性的聲明:法國準備與德國還有其他國家,合夥組成新的歐洲重工業共同體。歐洲煤鋼共同體(ECSC)在第二次世界大戰之後成立,希望能終結數十年來的經濟軍事競爭。經由煤與鋼的資源共享,舒曼希望創立一個謀求經濟發展的共同機構,他相信這個機構會使戰爭「不但在思想上不可思議,在材料上也不可能」。 「長期致力於製造戰爭武器,也是最常蒙受其害的」地區,現在應該利用鐵來發展工業,提升生活水準。舒曼相信,他簡單而大膽的計畫可以預告成長與繁榮的時代即將來臨。

ECSC 是形成歐盟的第一步,由二十八個會員國組成的歐盟現在是世界最大的經濟體。 18  ECSC 是歐洲第一個超國家主義的重大實驗,為形成更穩定、更團結的新實體打下基礎。為了彌補在國家主權上一定程度的損失,各會員國可以在經濟及政治上取得利益,特別是得到和平的承諾。

今天,埃森附近區域有非常明顯的改變,這座城市已經從魯爾區的「煉鋼爐」變成「辦公桌」了。埃森現在是一座舒適、現代化的城市,德國許多大公司的總部都設在此地,亞拉(英國石油公司在德國使用的品牌)也在其中。克魯伯家族結束了,但是名稱仍然保留在跨國集團蒂森克魯伯(Thyssenkrupp)中。「克魯伯帶」過去曾經擠滿了工廠,現在是許多公司現代化總部的所在地,僅留下一座博物館讓人緬懷當初工業鼎盛的舊日時光。

歐盟及其前身組織合力維持了一段空前未有的和平期。經由相互依賴的貿易和遵守共同法律,各國已經牢不可分。這一切都是由碳(煤炭中的元素)和鋼(用鐵冶煉成的)開始的。現在碳與鐵成了維持和平與繁榮的工具,主要是因為這兩種元素是現代社會的基礎。到處都看得到鐵,鐵可用來建築超高摩天大樓、飛機和風力發電機。而對我來說,有一個巨大的身影最能展現鋼的能力,也最能具體說明人類用鐵所能完成的事業。

雷馬油田光是外殻就有六萬噸重。 Credit: Andyminicooper
雷馬油田光是外殻就有六萬噸重。
Credit:Andyminicooper

六萬噸的鋼

2005 年 7 月 11 日:當天是英國石油公司旗下的海運公司創業十九週年紀念日,我們在國家海運博物館舉行宴會來慶祝,該館位於倫敦東南角的格林威治。我們在博物館的拱門下享用雞尾酒,賓客緩步參觀「納爾遜與拿破崙」展,那是為了紀念發生在兩百年前的特拉法加戰役。我們坐下來,在海神廳的圓形玻璃屋頂下吃晚餐,海運公司的負責人馬龍(Bob Malone)站起來發表演說。過去十九年來發生了很多事:例如,英國石油公司曾經一度擁有全世界最大的商業船隊,在第二次世界大戰期間,還為同盟國提供了一大部分的運輸用油。

馬龍講完後,我們舉杯祝公司生意興隆,但是我的思緒早已飄到其他地方了。當天下午在驅車前往餐會途中,我接到一通讓人極為憂心的電話,來電者是當時負責英國石油公司探索與生產活動的黑華(Tony Hayward)。「雷馬出事了,」他說:「它好像正在下沉。」他指的是我們在墨西哥灣最先進的離岸採油平台。

雷馬 PDQ 是全世界最大的半潛水式離岸生產平台,比原先紀錄保持者的挪威平台還要大 50%。雷馬單是外殼就有 6 萬噸,由厚鋼板打造而成,上面有由 50 公里長的管子及 250 公里長的纜線組成的複雜網路。這個空前未有的巨大結構是為了抽取雷馬油田所需,這是墨西哥灣最大的油田,預計每天可以生產 25 萬桶石油和 560 萬立方公尺的天然氣。唯有強硬、豐富又廉價的鋼才能在規模這麼大,而且海象如此惡劣的條件下承擔重責大任。

沒有一艘現成的船隻大到可以把雷馬的外殼由南韓玉浦的建造場,運送到墨西哥灣。即使當時世上最大的兩艘重吊駁船之一的藍色馬林魚號(MV Blue Marlin),也必須加寬船殼,並增加一套新的推進系統,才堪使用。藍色馬林魚號雖然經過修改,雷馬還是突出重吊駁船的兩側各 20 公尺。由於寬度太大,船無法通過巴拿馬運河;而又因為高度太高,無法通過橫跨蘇伊士運河的公路橋;雷馬只能跨坐在藍色馬林魚號的後艙,繞過好望角,航行 3萬公里,在兩個月後抵達墨西哥灣。

2005 年 7 月,在英國石油公司發現油田之後六年,差不多開始要生產石油了。但是墨西哥灣除了以石油蘊藏量豐富聞名,每年也都很容易遭受颶風侵襲。丹尼斯颶風(Hurricane Dennis)是大西洋在 2005 年的第一個強烈颶風,也是有史以來威力最強的一個。由新聞中得知它的路徑直朝雷馬而來,英國石油公司立即疏散平台上的人員。在颶風逐漸靠近美國海岸線的過程中,它的威力逐漸增強,丹尼斯颶風在與雷馬相距僅 230 公里時擦身而過,當時風速達到每小時 220 公里。現在,暴風雨已經平息,但笨重的鋼架正往海裡傾斜。

回到國家海運博物館,馬龍結束演講坐下了。他的手機一直振動個不停,但是他沒辦法離開餐桌去弄清楚到底發生什麼事。我決定在晚餐結束前不透露我的所知。除非海面恢復平靜,而且我們可以靠近平台,否則救援工作不可能展開;耽擱兩、三個小時沒有什麼差別。我們走出大門時,我告訴他我和黑華的談話內容:「五十億美元的投資可能沉入海底。」馬龍答說:「我想事情大條了,我最好快點開始,還要打一通電話。」

一開始,我們都搞不清楚問題出在哪裡:雷馬的設計應該能承受「百年一遇」的暴風雨。但是現在 6 萬噸的鋼全都撐不住了,不過這可不能怪氣候。在颶風來襲之前,雷馬已經傾斜 16度,暴風巨浪只是讓情況更惡化。機械故障加上人為疏失,才會導致水力調控系統失效,這套系統本來可以在壓載艙之間調配水流,讓平台的巨大重量保持平衡。後來雷馬終於修復,而且自此歷經每年的颶風侵襲仍然屹立不搖,見證了鋼鐵的驚人強度,以及我們可以信任、並利用它到多大的規模。

 

本文摘自《改變世界的七種元素》,由天下文化出版

文章難易度
PanSci_96
1017 篇文章 ・ 1252 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
160 篇文章 ・ 270 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

2
0

文字

分享

0
2
0
【Gene思書齋】七種元素改變世界
Gene Ng_96
・2018/07/14 ・2523字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

《改變世界的七種元素》Seven Elements That Have Changed the World)這本書的書名,對非理工宅來說,所謂的七種元素,可能是各種你能想到的東西,可是對理工宅來說,除了是指化學元素,還會是什麼呢?

《改變世界的七種元素》書名還可能產生誤導──你會認為它就是本化學的書吧?當然,《改變世界的七種元素》是要談鈾、碳、鐵、鈦、金、銀、矽這七種化學元素,然而這本書並不是本單純的化學科普書。

作者布朗(John Browne)是英國皇家學會會士及英國皇家工程院院士,一如本書,他也不是單純的化學家,他在英國石油公司工作四十餘年,其中有十二年時間為執行長,在位期間讓英國石油市值增加四倍。台灣現在為婚姻平權立法在立法院爭辯得沸沸揚揚,布朗本人就是位同性戀者,因為沒有合法結婚的權力,所以在 2007 年「被出櫃」給鬥下台。

布朗(John Browne)英國皇家學會會士及英國皇家工程院院士。圖/wikipedia

《改變世界的七種元素》中,他談的其實是這七種元素在工商業、政治、社會、文化以及環境的鉅大影響,還有圍繞它們的全球商業戰略佈局!其中許多材料來自他的工商業經驗和人脈。

鈾、碳、鐵、鈦、金、銀、矽七種化學元素,改變了我們的生活,形塑了這個世紀的科技和商業面貌。鐵帶來更堅固的軍艦,鋼帶來如台北 101 般的摩天大樓;黃金成了貨幣,銀除了當貨幣還帶給我們的攝影,讓我們進入有圖有真相的圖史時代。可裂變鈾給我們帶來核彈和核能;沒有鈦,就沒有冷戰時代時的黑鳥偵察機,網球場上的白線和白色球衣看起來就不那麼白;沒有了矽,我也寫不出這篇文章,你也讀不到。

各種巨幅工商業、政治、社會、文化以及環境的影響

但它們帶來的不總是幸福。它們也激發了人類的貪婪,尤其是資本家為了駕馭使用這些元素資源的權力,這幾百年到最近幾十年,世界各地燒殺擄掠的事件層出不窮。市場的建立也沒外行人想像的簡單,像是能源豐富的俄羅斯和對能源饑餓的中國之間,就因為互相建立互信而少有往來。

人類的貪婪,使得世界各地燒殺擄掠的事件層出不窮。圖/Public Domain, wikimedia commons.

一克黃金可以打造成長度超過兩公里的線或一平方米的金箔,很少人不會被黃金製品的魅力蠱惑,黃金的魅力在於其不被玷污的光澤;布朗本身就是個美洲黃金藝術品收藏家,十六世紀的西班牙征服者為了黃金在印加人領地上肆虐尋找黃金,沿途大肆屠殺當地原住民。西班牙征服者在尋找銀幣方面也極端殘暴,他們在南美洲發現了壯觀、豐富的銀色礦脈,數以百萬計的原住民就被捉去當奴隸操到死。

不僅是貴金屬會暴露出人類強大的貪婪。關於鐵那章提及,美國最著名的工業家之一卡內基(Andrew Carnegie,1835–1919)削減鋼鐵工人的工資,導致罷工的緊張對立,民兵武力鎮壓造成工人被槍殺;在關於碳的章節,洛克菲勒(John D. Rockefeller,1839–1937 )剝削勞工,無情地摧毀標準石油公司的競爭者和反對者。兩個邪惡資本家後來捐贈他們的大部分的財富,各別成立慈善基金會和世界最頂尖的大學:芝加哥大學與洛克斐勒大學和卡內基美隆大學,作育了很多傑出的英才。

企業石油的爭奪戰中充斥著真實上演的腥風血雨。圖/CC0 Community @ publicdomainpictures.net

卡內基和洛克菲勒是極具爭議性的人物,布朗也不遑多讓──他當過賣碳氫化合物的商人。碳氫化合物讓我們輕輕一扭就能驅動汽車,2005 年,美國第三大煉油廠 BP 德克薩斯城煉油廠發生爆炸,一百多人受傷,十五人確認罹難。BP 已經承認事故起因是管理不當:液面指示器失靈,導致加熱器超量填充,輕烴蔓延整個地區。一個無法確認的火源引起了爆炸。美國政府調查認定這是削減成本導致的問題,成了布朗 CEO 任內最大危機之一。

布朗很清楚人類長期因碳得利,自己也有在哥倫比亞叢林鑽探石油、面對游擊隊綁架攻擊的親身體驗。但人類也因為消耗太多碳資源,改變了氣候,影響了未來。布朗自己曾經貓哭耗子地在中國北京高碑店華能電廠欣賞碳捕獲技術,表達對減少碳排放的希望。不過持平而論,英國石油公司在他主導下,把「BP」定義成「Beyond Petroleum」(超越石油),大量投資再生能源,並且呼籲石油工業認真面對氣候變遷,也關注窮國有沒有把石油收入用在人民上,算是比較有遠見的石油公司。

會引發戰爭的碳不僅是石油,還有口號上能恆久遠的鑽石。求婚要用鑽戒是文化傳統嗎?才怪!那是商人的陰謀,商業廣告的徹底洗腦。鑽石並非最稀有的寶石,藍、綠寶石都比鑽石稀有。鑽石價格居高不下,是因為有高達七、八成供應量,過去一度嚴格控制在戴比爾斯(De Beers)一家手上,這是商業界公開的秘密。為了爭獲鑽石資源,非洲一些國家軍閥混戰,生靈塗炭。

一顆永流傳的幸福象徵背後,其實是商業壟斷和操作手法。圖/Seth Lemmons @ Flickr

雖然我不喜歡《血鑽石》的狗血煽情,但是這部電影的確讓世人見識到許多人為一生的幸福而買的鑽石,有多血腥噁心。

《改變世界的七種元素》讓我們見識到優秀 CEO 的高度,和他對世界的好奇及探索,不過我得抱怨一下:這本書居然忽略了銅,而且似乎暗示 3C 宅才會關心銅。可是如果沒有銅,電流要怎麼輸送到電腦、讓他寫書呢?就算銅太 LOW 了,那麼鋁呢?鋁本身在地球的儲量是超級豐富,但是煉鋁需要耗費大量電力。所以怎麼能把銅和鋁給忽略了呢?

本文原刊登於閱讀.最前線【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene





Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 24 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

0

0
0

文字

分享

0
0
0
第一種元素:鐵 —《改變世界的七種元素》
PanSci_96
・2014/07/09 ・5462字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

1862年三月,南北戰爭期間,南軍維吉尼亞號因為有兩寸裝甲鋼板,輕輕鬆鬆撞進撞進敵艦木造外殻。
1862年三月,南北戰爭期間,南軍維吉尼亞號因為有兩寸裝甲鋼板,輕輕鬆鬆撞進撞進敵艦木造外殻。

掀起裝甲戰爭

美國南軍的裝甲船維吉尼亞號輕輕鬆鬆就撞進敵艦的木造外殼,成為海戰史上的轉捩點。「水面下的撞擊聲清晰可聞,」海軍將官回憶時談到敵艦北軍康勃蘭號:「她開始下沉,但是在火炮沉入水面之前,仍不停的勇敢還擊。」但是她的炮火打在維吉尼亞號無法穿透的鐵殼上,只能反彈。

1862 年 3 月,美國南北戰爭期間,南軍船艦維吉尼亞號在維吉尼亞州的漢普敦錨地攻擊北軍。北軍的康勃蘭號上有將近三分之一的士兵罹難,甲板上的一位軍官形容這景象是「水面上空前未有的大屠殺。」維吉尼亞號是用沉沒的木造船艦馬力馬克號(Merrimack)改裝而成,使用的是拼湊而成的配備、性能很差的引擎。但是她有一個很棒的優點:她有兩英寸厚的裝甲鋼板,對手用木造船根本撞不破。北軍十分恐慌,如果維吉尼亞號能突破北軍在漢普敦錨地的封鎖,就可以長驅直入波多馬克河,進而炮擊華盛頓市。當晚林肯總統「不停的走到窗邊,眺望波多馬克河(河面景觀在六十四公里範圍內毫無遮蔽),想確認維吉尼亞號沒有接近華盛頓。」

幸好,北軍也正在研發裝甲船監視者號,而且鋼板更厚,達11 英寸。聽到維吉尼亞號正在往前挺進,監視者號立刻趕往漢普敦錨地。第二天,發生了前所未有的裝甲船大對決。我的辦公室裡掛了一幅描繪這場戰役的版畫,是版畫印製廠卡瑞耳艾維士(Currier & Ives)印製的。因為喜歡這場戰役的場景,我在多年前買下這幅版畫,當時沒有體會出其中代表的意義。這幅畫的前景中,體積較小、噸位也較輕的監視者號衝向維吉尼亞號,兩船的大炮都噴出火花,甲板上有白煙和蒸氣翻騰而上。「在文明的世界裡,從沒有一場戰役曾造成這麼大的震撼。」在現場目擊的海軍軍官帕克(Willam Harwar Parker)寫道。

這是一場艱困的戰鬥:船艦近距離接戰四個小時以上。一開始維吉尼亞號發射了許多炮彈,監視者號也回報有力的還擊,但雙方的炮彈都遭船身彈開,「顯然沒有什麼效果,跟小孩子丟的石頭差不多。」他們很快就想出衝撞戰術,但是到了下午三、四點,在完全沒有死傷的情況下,這兩艘船開始脫離戰場。監視者號的船身只留下一些凹痕,在厚厚的鐵板隔離保護之下,士兵完全沒有傷亡。戰役結束後,監視者號的士兵終於可以坐下來吃飯,大家的士氣仍然很高昂。「嗯,各位,」助理部長福克斯(Gustavus Fox)稍後登船讚揚士兵時說:「你們看起來不像剛剛經歷了史上數一數二重大的海戰。」

遠在漢普敦錨地戰役之前,鐵就展現了強度及侵略性。因為鐵的強度,地球上才有生物。地球核心的主要成分是鐵。當固態的內核旋轉時,帶動液態的外核流動,生出電流,地球周圍因而產生磁場。地磁使太陽風無法靠近地球,太陽風是對生物有害的游離輻射。因為鐵太容易鏽蝕,人類首次使用的鐵器已經難以考證,也就是說,留存下來的古代鐵器比由耐用的金屬(如金或銀)製造的器具還稀少。  然而在西元前約 3500 年時,鐵器開始出現,通常製成珠寶、家庭器具,還有最重要的 —武器。在古代戰爭中,鐵被當成血腥的工具,通常製成鐵劍、盾牌及矛。

不過幾千年來,軍艦仍是用脆弱易燃的木材打造而成的。在卡瑞耳艾維士那幅版畫的背景中,遠處觀戰的木製船隻不僅處於劣勢,而且很快就會落伍。當時有幾萬名軍人在岸邊見證漢普敦錨地之役,都見識到了裝甲船的優異威力。美國工業時代之初,維吉尼亞號與監視者號展現了工業化鋼鐵裝甲的威力,這種力量將持續改造現代社會的政治與戰爭。

歐洲煤鋼共同體(ECSC)被認為是歐盟的前身,創始會員國有法國、比利時、西德、義大利、荷蘭和盧森堡。 —Public Domain
歐洲煤鋼共同體(ECSC)被認為是歐盟的前身,創始會員國有法國、比利時、西德、義大利、荷蘭和盧森堡。
—Public Domain

曾是和平的元素

在大西洋彼端,1860 年代的德國正要展開工業化後進步繁榮的時代。工業革命已經橫掃英國,而且跨海傳到歐洲大陸。位於魯爾河岸的埃森市是德國的工業中心。山坡邊小小的鼓風爐已經由巨大的工廠取代,這個一度成為中世紀市場的城市快速擴張。在數十年之間,埃森的人口增加了 150%。這座城市的成長與某個家族關係最密切。

1587 年,安德特.克魯伯(Arndt Krupp)加入埃森的商業公會。他是克魯伯王朝的開創者,這個王朝的國祚近四百年,成為德國超強工業和軍事產業的領導者。1866 年至 1870 年,在俾斯麥對奧地利與法國發動的戰爭中,安德特.克魯伯的子孫艾佛烈.克魯伯(Alfred Krupp)在兵工廠中負責製造大炮。普魯士軍隊使用的鑄鐵大炮與法國用青銅打造的大炮相比,射程是後者的兩倍,而且更為精準,擊發的數量也更多。1862 年,俾斯麥發表了著名的聲明,宣稱日耳曼帝國將不是建立在「演說與多數決」,而是建立在「鐵與血」之上。他相信,誰能駕馭鋼鐵,誰就能駕馭歐洲。

兩次世界大戰中都證明克魯伯的兵工廠十分重要。德軍有大量的武器可用,攻敵戰略才得以鞏固。第一次世界大戰之初,德軍在前往巴黎的途中使用克魯伯長程火炮,把比利時的碉堡轟成碎片。第二次世界大戰時,克魯伯的攻城加農炮可以發射重達 7噸的炮彈,射程達 40 公里。克魯伯煉鋼廠提供的軍火,讓德國有能力發動戰爭。人類不只靠鐵打仗,還為了搶奪鐵礦及煤而戰。用煤提煉鐵礦,會產生鐵及二氧化碳。工業革命期間,歐洲各國的當務之急是確保這些礦藏。沒人願意在這場空前的經濟成長中落後。

克魯伯王朝崛起之地的魯爾區,蘊藏大量的煤以及少量的鐵。在十九世紀末及二十世紀初,這些礦藏成為重大衝突的來源,在這段期間,法國與德國之間發生了三次戰爭。1870 年 7 月,法國對鄰國普魯士宣戰。普魯士是日耳曼邦聯的一員,也是該邦聯中最強大的國家,從之前十年以來,普魯士對法國的威脅愈來愈大。就在四年前,普魯士侵入了奧地利,帶頭成立了北日耳曼邦聯。普魯士過去是法國弱小而且友好的鄰居,如今不但擁有令人畏懼的軍隊,而且還在邊界採取了包圍的態勢。普魯士的人口快速成長,而且境內的重工業也愈來愈占優勢。到了 1867 年,普魯士和薩克森(北日耳曼邦聯的另一個成員)的煤礦生產量,與法國的煤礦產量相比,已經達到三比一。法國備感壓迫,決定宣戰。

但是法國完全低估普魯士的強大程度。只不過幾個星期,普魯士的軍隊已經推進到巴黎。巴黎受包圍數個月之後,於 1871 年 1月 28 日淪陷,戰爭就此結束。普魯士摧毀了法國的軍事武力,並在〈法蘭克福條約〉中要求法國割讓說德語的阿爾薩斯-洛林,而該地區擁有價值很高的鐵礦。短短四十年後,法國又會在第一次世界大戰中對抗已經統一的日耳曼帝國。法國將收回阿爾薩斯-洛林,再度取得該地區的鐵礦控制權。此時法國已有辦法增加鋼鐵的產量了,但卻因而更依賴煉鐵所需的焦炭和煤炭。當德國拖欠戰爭賠款時,法國便以侵入魯爾區做為報復。如此一來不但確保煤炭供應不缺,也同時癱瘓了德國的工業。為了反擊,希特勒開始派軍隊進入萊茵蘭(Rhineland),魯爾即在此區。為了避免引發另一次戰爭,法國沒有提出太大的抗議,使得希特勒信心大增,採取一系列侵略行動,終於導致第二次世界大戰。

魯爾區的煤礦對歐洲鋼鐵業的發展十分重要。但是也因為這項資源,使得這地區約有八十年的時間都成了戰場。在戰爭期間,魯爾成為歐洲的工業中心,但這個地區的成功也導致了它的衰敗。1943 年 3 月,同盟國的空軍對埃森首次空襲,後來總共進行了 200 次重大的空襲,投擲超過 3 萬 6 千噸的燒夷彈及炸彈,大多落在面積 8 平方公里的克魯伯工廠上。戰後,埃森成為坑坑洞洞的荒涼廢墟。但不到五年的時間,魯爾又經過重建,並整合出一套新的政治制度,目的是讓鐵變成和平的工具,而不是戰爭的武器。

1950 年 5 月 9 日,法國外交部長舒曼(Robert Schuman)透過廣播發表了一項歷史性的聲明:法國準備與德國還有其他國家,合夥組成新的歐洲重工業共同體。歐洲煤鋼共同體(ECSC)在第二次世界大戰之後成立,希望能終結數十年來的經濟軍事競爭。經由煤與鋼的資源共享,舒曼希望創立一個謀求經濟發展的共同機構,他相信這個機構會使戰爭「不但在思想上不可思議,在材料上也不可能」。 「長期致力於製造戰爭武器,也是最常蒙受其害的」地區,現在應該利用鐵來發展工業,提升生活水準。舒曼相信,他簡單而大膽的計畫可以預告成長與繁榮的時代即將來臨。

ECSC 是形成歐盟的第一步,由二十八個會員國組成的歐盟現在是世界最大的經濟體。 18  ECSC 是歐洲第一個超國家主義的重大實驗,為形成更穩定、更團結的新實體打下基礎。為了彌補在國家主權上一定程度的損失,各會員國可以在經濟及政治上取得利益,特別是得到和平的承諾。

今天,埃森附近區域有非常明顯的改變,這座城市已經從魯爾區的「煉鋼爐」變成「辦公桌」了。埃森現在是一座舒適、現代化的城市,德國許多大公司的總部都設在此地,亞拉(英國石油公司在德國使用的品牌)也在其中。克魯伯家族結束了,但是名稱仍然保留在跨國集團蒂森克魯伯(Thyssenkrupp)中。「克魯伯帶」過去曾經擠滿了工廠,現在是許多公司現代化總部的所在地,僅留下一座博物館讓人緬懷當初工業鼎盛的舊日時光。

歐盟及其前身組織合力維持了一段空前未有的和平期。經由相互依賴的貿易和遵守共同法律,各國已經牢不可分。這一切都是由碳(煤炭中的元素)和鋼(用鐵冶煉成的)開始的。現在碳與鐵成了維持和平與繁榮的工具,主要是因為這兩種元素是現代社會的基礎。到處都看得到鐵,鐵可用來建築超高摩天大樓、飛機和風力發電機。而對我來說,有一個巨大的身影最能展現鋼的能力,也最能具體說明人類用鐵所能完成的事業。

雷馬油田光是外殻就有六萬噸重。 Credit: Andyminicooper
雷馬油田光是外殻就有六萬噸重。
Credit:Andyminicooper

六萬噸的鋼

2005 年 7 月 11 日:當天是英國石油公司旗下的海運公司創業十九週年紀念日,我們在國家海運博物館舉行宴會來慶祝,該館位於倫敦東南角的格林威治。我們在博物館的拱門下享用雞尾酒,賓客緩步參觀「納爾遜與拿破崙」展,那是為了紀念發生在兩百年前的特拉法加戰役。我們坐下來,在海神廳的圓形玻璃屋頂下吃晚餐,海運公司的負責人馬龍(Bob Malone)站起來發表演說。過去十九年來發生了很多事:例如,英國石油公司曾經一度擁有全世界最大的商業船隊,在第二次世界大戰期間,還為同盟國提供了一大部分的運輸用油。

馬龍講完後,我們舉杯祝公司生意興隆,但是我的思緒早已飄到其他地方了。當天下午在驅車前往餐會途中,我接到一通讓人極為憂心的電話,來電者是當時負責英國石油公司探索與生產活動的黑華(Tony Hayward)。「雷馬出事了,」他說:「它好像正在下沉。」他指的是我們在墨西哥灣最先進的離岸採油平台。

雷馬 PDQ 是全世界最大的半潛水式離岸生產平台,比原先紀錄保持者的挪威平台還要大 50%。雷馬單是外殼就有 6 萬噸,由厚鋼板打造而成,上面有由 50 公里長的管子及 250 公里長的纜線組成的複雜網路。這個空前未有的巨大結構是為了抽取雷馬油田所需,這是墨西哥灣最大的油田,預計每天可以生產 25 萬桶石油和 560 萬立方公尺的天然氣。唯有強硬、豐富又廉價的鋼才能在規模這麼大,而且海象如此惡劣的條件下承擔重責大任。

沒有一艘現成的船隻大到可以把雷馬的外殼由南韓玉浦的建造場,運送到墨西哥灣。即使當時世上最大的兩艘重吊駁船之一的藍色馬林魚號(MV Blue Marlin),也必須加寬船殼,並增加一套新的推進系統,才堪使用。藍色馬林魚號雖然經過修改,雷馬還是突出重吊駁船的兩側各 20 公尺。由於寬度太大,船無法通過巴拿馬運河;而又因為高度太高,無法通過橫跨蘇伊士運河的公路橋;雷馬只能跨坐在藍色馬林魚號的後艙,繞過好望角,航行 3萬公里,在兩個月後抵達墨西哥灣。

2005 年 7 月,在英國石油公司發現油田之後六年,差不多開始要生產石油了。但是墨西哥灣除了以石油蘊藏量豐富聞名,每年也都很容易遭受颶風侵襲。丹尼斯颶風(Hurricane Dennis)是大西洋在 2005 年的第一個強烈颶風,也是有史以來威力最強的一個。由新聞中得知它的路徑直朝雷馬而來,英國石油公司立即疏散平台上的人員。在颶風逐漸靠近美國海岸線的過程中,它的威力逐漸增強,丹尼斯颶風在與雷馬相距僅 230 公里時擦身而過,當時風速達到每小時 220 公里。現在,暴風雨已經平息,但笨重的鋼架正往海裡傾斜。

回到國家海運博物館,馬龍結束演講坐下了。他的手機一直振動個不停,但是他沒辦法離開餐桌去弄清楚到底發生什麼事。我決定在晚餐結束前不透露我的所知。除非海面恢復平靜,而且我們可以靠近平台,否則救援工作不可能展開;耽擱兩、三個小時沒有什麼差別。我們走出大門時,我告訴他我和黑華的談話內容:「五十億美元的投資可能沉入海底。」馬龍答說:「我想事情大條了,我最好快點開始,還要打一通電話。」

一開始,我們都搞不清楚問題出在哪裡:雷馬的設計應該能承受「百年一遇」的暴風雨。但是現在 6 萬噸的鋼全都撐不住了,不過這可不能怪氣候。在颶風來襲之前,雷馬已經傾斜 16度,暴風巨浪只是讓情況更惡化。機械故障加上人為疏失,才會導致水力調控系統失效,這套系統本來可以在壓載艙之間調配水流,讓平台的巨大重量保持平衡。後來雷馬終於修復,而且自此歷經每年的颶風侵襲仍然屹立不搖,見證了鋼鐵的驚人強度,以及我們可以信任、並利用它到多大的規模。

 

本文摘自《改變世界的七種元素》,由天下文化出版

文章難易度
PanSci_96
1017 篇文章 ・ 1252 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
世界末日之後,你必須成為會做工具的工具人!——《最後一個知識人》
PanSci_96
・2016/06/26 ・4588字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

攸關生存的金屬

金屬具有完全不見於其他材料的種種特性。有些十分堅硬、強韌,適合用來製造工具,武器或結構零件,好比釘子或完整大梁。不過金屬也具有可塑性,不像陶瓷那麼酥脆——金屬受壓時會變形,不會碎裂,還可以拉成細絲,能用來固定、製造圍籬或傳導電力。多種金屬還能抗拒非常高的溫度,是打造高性能機器的理想材料。

800px-Rusty_tools
能夠製造金屬器具,將大大地增加你在末日生存的能力。圖/wikipedia

你在「大墜落」過後,必須盡快重新養成的能力,不只是掌握用鐵,還得加上鐵碳合金:。鋼含有鐵、碳混合原子,而且遠遠超過各部分的加總。把碳原子納入,大幅改變了金屬的特性,而且你可以因應不同用途,改變碳原子比例,從而控制鋼的強度和硬度。

我們到後面才會檢視,該如何從無到有,開始製造鐵和鋼,因為緊接災後,你肯定很容易就能撿到鋼鐵材料。只要重新學會鐵匠的傳統技能,這些撿來的品項,也就可以活化再利用:在平爐(編按:有蓄熱室的煉鋼爐)或鍛造爐上的砧板一邊處理作品,一邊讓它保持灼熱,同時也用鎚子和鐵砧改造外形。綜觀整段文明史,人類之所以有辦法利用堅硬的鐵,理由便在於,鐵受熱會暫時改變物理特性,質地軟化並具展延性,得以搥打塑造成形,輾軋成薄片或者抽成管、線。這很重要,因為這表示,你可以使用鐵製工具來處理鐵材,製造出更多工具。

如何加工鐵器

用鐵製造工具,最重要的知識就是有關於如何讓鐵硬化的原理——淬火回火。要讓鐵硬化,可以把它加熱至火紅,好讓內部鐵碳晶體,轉化為硬組態的同素異形體(編按:同一元素因為分子式排列方式不同而有不同的物理形態,但化學生質相似)(它沒有磁性——這可以在加熱時檢測)。不過隨後若是讓它緩慢冷卻,這種晶體就會恢復原來形式,所以必須急速冷卻,才能得到你想要的。採淬火加工,再把高熱鐵件泡進水中或油中。然而堅硬的物質也會很脆——易碎裂的鋼鎚、劍或彈簧都毫無用處——所以製品淬火之後還必須回火。這種做法是再加熱,維持較低溫度一段時間,讓某個比例的分子結構鬆弛開來——刻意犧牲材料的部分強度,換回一些柔軟度。你可以經由回火來調節鐵的材料特性,而這就是因應功能來需求改造金屬的基本要點。

blacksmith-1174956_640
掌握了焠火跟回火技術,就能因應需求作出不同硬度的鐵器。圖/owenon@flickr

還有一項重要技術到比較晚近才發展成形,那就是銲接,用已融金屬來膠合金屬。乙炔能產生的熱度,凌駕所有可燃氣體,在氧氣流中的燃燒溫度超過攝氏三千二百度。要產生銲接氣炬,可以經由一支點燃的噴嘴,分別控制加壓氧和乙炔氣流。純氧可以藉由電解水取得,或者往後將液化氣體分餾後來取得。乙炔可以取水與碳化鈣塊相互反應後釋出,而碳化鈣本身,則是取生石灰和木炭(或焦炭)一起擺進火爐加熱生成,這兩種物質我們已經介紹過了。除了膠合金屬,氧乙炔火燄還能做為鋼鐵的切割氣炬,產生氧氣噴流來燒熱金屬,再切出整齊的線條。

電弧銲機所產生的溫度還更高,約可達到攝氏六千度——如舞動閃電的威力。串接一批電池或使用一台發電機,就能產生充足電壓,持續觸發火花(或電弧),躍過目標金屬和碳電極的間隙,讓電極在金屬表面移動,就能銲熔或切割。這種臨時湊合的氧乙炔氣炬或電弧切割機,是拾荒小組奉派進入死寂城市時不可或缺的設備,可以用來拆解廢棄殘骸,拾回最有用的物資。使用電弧爐是熔解廢鋼料,回收再利用的有效做法。電熔爐基本上就是台巨型電弧銲機,電力從大型碳電極湧現,通過金屬並熔解,裡面還有石灰岩助銲劑,用來去除雜質,表面化為熔渣,熔鋼則如水壺倒水般傾倒出來。使用可再生電源來運作的電弧爐是一門必須掌握的重要技術,這樣才能紓解末日後世界對熱能燃料的需求。

不過取得金屬物資的能力,只做對一半,你還必須能夠熟練處理這類材料,依你所需樣式打造成形。假使你找不到還能操作的工具機,那麼你有多少機會,可以從頭製造出新機具?

製作小型工作室

一九八○年代,一位機械師提出了一項優雅的例證,他打造出一個支具齊備的五金工作坊——包括車床、金屬成型機、直立鑽床和銑床等一應俱全——材料不過就是黏土、沙、木炭和幾塊廢金屬。鋁是個不錯的選擇,因為鋁熔點低,方便鑄造,而且非常不容易腐蝕,因此就算在末日災變過後許久,依然可以找到。

這項出色計畫的核心是個小型鑄造設備,撿來的金屬桶,裡面鋪了一層黏土耐火內襯,使用木炭焙燒,並從桶側導入氣流來強化燃燒作用。用這台火爐熔化撿來的鋁,已經綽綽有餘,接著就可以把熔融金屬倒入模範裡,鑄造出五花八門的機具零件。外範的製造原料可以採用細沙混入黏土(做為黏著劑)並添點水,接著讓它緊緊包覆內模,外框則是個兩件式木盒。

以下影片,示範了如何用生活中可見的器具製作一個小型鑄造廠,並在融化鋁罐後,用沙範創造出五花八門的器具。

要打造的第一台機器是車床。簡單的車床含一件平坦長梁,稱為床座,頭座固定於一端,另一端則是尾座,能鬆開鎖具並沿著床軌左右滑動。工件裝置於頭座上的心軸——或栓在面板上,或以可動爪夾頭鉗住——接著整個工件由一套滑輪或齒輪系統帶動,繞著這個中心軸旋轉,至於原動力就看你已經駕馭了哪些類型(水車、蒸汽機或馬達)。尾座可以用來支撐工件的另一端,並能因應不同長度沿著床座滑動,也可以裝上鑽頭等工具,於是你就可以旋轉工件並沿著中心軸線鑽孔。車床還有個刀座,上面安裝切削工具,同樣能沿著床座滑動,由於採用橫滑台,能精準調校工件位置,邊轉動邊切削,雕琢出合宜的剖面。最令人稱奇的是,這台車床不只能夠複製出它本身的所有零組件,打造出更多車床,而且當你憑空徒手製造這第一台車床,還在初步階段之時,已經可以利用它來打造出其餘必要零件,完成這項設備。

車床
車床,含左側用來固定工件的頭座(主軸台)和旋轉心軸,以及右側的尾座,還有中間承托切削工具的活動式刀座。

為了能在工件上切出精確螺紋,你必須沿著床座方向安裝一根長條導螺桿,就能順暢移動刀座,而且最好是與頭座、心軸的齒輪耦合,讓雙方動作完美協調。你在末日後世界真正得期盼能撿到已經做好的長條導螺桿,因為要切削出螺距固定的螺紋,可說難如登天。依我們的歷史經驗,第一道精密的金屬螺紋是歷經反覆改良,走過漫長進程,才終於打造成形,接著才以此製造出其他眾多成品,你肯定希望不必再次走過這趟路程。

一旦車床到手,你就可以運用它來製造組件,完成其他遠遠更為複雜的工具機,好比銑床。車床的用途是利用車刀來處理在夾頭上旋轉的工件,銑床則是用轉動車刀,切削固定在夾頭上的工件,具有十分廣泛的功能——有了銑床之後,你大致就能打造出其他零件。所以這項示範,也就相當於技術史的縮影:簡單的工具製造出比較複雜的工具,包括自己的進化版,並反覆這個循環,一步步向上推展。

從礦石中分離金屬

不過萬一你找不到純化金屬供鍛造或鑄造,或者你能撿到的都已經用光了呢?你該怎樣從岩石煉出金屬?冶煉的原則是去除礦石中金屬化合物的氧、硫或其他元素。這必須消耗一種燃料來達到高溫,還要一種還原劑和一種助熔劑。木炭(或焦炭)是發揮頭兩樣功能的極佳用料,它能燒出猛烈火燄,在熔爐中燃燒時,還會釋出一氧化碳,這種強效還原劑能去除氧氣,留下純金屬。簡陋煉鐵爐的藍圖,看來就像燒製石灰的窯爐設計。爐內裝填了一層層木炭燃料和粉碎的鐵礦石。礦石混入一些石灰岩,做為助熔劑來降低耐火脈石(無利用價值的固體礦物)的熔點,讓它在爐內化為液體並吸收金屬雜質。助熔劑形成熔渣並流掉,於是你就可以從爐中提取純金屬珍寶。

倘若熔爐的運作溫度,達不到足以熔鐵的高溫,那麼你就必須取出海綿團狀固體金屬,擺在鐵砧上搥打,讓鐵融合在一起並打出殘留熔渣。這種純熟鐵還不夠堅硬,不能用來製造工具,必須再次用木炭猛烈加熱,吸出一些碳並形成鋼材,接著又一次擺上鐵砧處理。這樣反覆摺疊、打扁,基本上就是在攪拌固態材料,產生出均勻的鋼材,最後便可以拿來鍛造成最後形式。這是會令鐵匠腰酸背痛的苦工,而且鋼材產量也嚴重受限。發展出現代文明的關鍵,是養成有效大量製鋼的產能。底下就告訴你該怎麼做。

解決之道是強力鼓風讓空氣向上流過層疊爐料,增強燃燒。中國人在公元前五世紀就發明了鼓風爐(比歐洲早了一千五百多年),隨後並改良設計,使用水車驅動活塞風箱。為達到更高效能,加熱到更高溫度,可以使用從熔爐煙道逸出的高熱燃燒廢氣來預熱空氣,鼓風入爐。鼓風爐中剛熔煉完成的鐵材吸收了許多碳原子,於是熔點便降到攝氏一千二百度。金屬液化從爐底流出,沿著地面的溝渠,再注入一列鑄範。最終成品就是生鐵(pig iron,直譯為「豬鐵」)——起這個名字是由於,中世紀鑄造工匠認為,那一個個鑄範,看來就像一窩新生小豬依附著母豬吸奶。

鼓風爐
煉鐵鼓風爐。礦石、燃料和助熔劑從爐頂往下流,接著從爐底注入強烈高熱氣流,施壓向上流過層疊爐料。

這種含碳量高的鐵,熔點降低了,必要時可以重新熔解,像熱蠟一般倒入範中。因此鑄鐵工序變得非常便利,能快速鑄造出種種品項,如鍋子、管路或機械組件等,維多利亞時代的人,還製造出許多鑄鐵大梁。不過鑄鐵有一項嚴重缺陷:由於含碳量高,質地很脆,舉例來說,鑄鐵橋梁有個缺點,一旦結構元件受力彎折或拉伸,整座橋梁往往就會崩塌。

後來是一項革新發明,才真正使工業革命後期不斷發展下去,採這種做法,就能把鼓風爐所煉出的生鐵,輕鬆變換成鋼材。就碳含量而言,鋼的比例介於純熟鐵和酥脆的生鐵或鑄鐵(3–4%)之間,從約含0.2%碳,用來打造機器齒輪或結構鋼材的堅韌鋼料,到約含1.2%碳,用來打造滾珠軸承和車床切削工具的堅硬鋼料。所以你該怎樣脫除含碳生鐵?

貝塞麥煉鋼轉爐(Bessemer converter)是個梨狀巨桶,內襯耐火磚,安裝在支軸上,因此桶子可以傾倒。先熔融生鐵,注入容器,隨後從桶底幾個開孔把空氣打進桶內,和冒出氣泡的水族箱幫浦增氧機相似。額外的碳原子和氧反應,化為二氧化碳逸出,其他雜質也經氧化,合成熔渣後清出。這裡有個很幸運的現象,碳原子燃燒時會釋出充分熱量,讓鐵裡外都保持熔融狀態。

這時會遇上難題,因為熔煉時必須把碳原子成分幾乎全部去除,卻仍得留下將近百分之一,實際操作時,很難準確判斷。掌握最後成分的訣竅,要靠事後反溯法,先進行轉化,直到你有十足把握,肯定所有碳原子都已經去除,接著就把你想放回純鐵裡面的最後碳原子依比例混入。這種貝塞麥煉鋼法是史上頭一種廉價的大量煉鋼法,你最好是盡快蛙跳返回這個時間點。


臉譜5月_無書腰立體書封

 

 

如果你所知道的文明已經不存在了,你要如何在新世界活下去?跳過原始生活,利用知識再開啟明治維新、工業革命,而末日後的新文明,會是什麼樣的文明呢?來自科學家的末日狂想,形成一本事事未雨綢繆的科普之書。《最後一個知識人》,臉譜出版