月刊ポピュラーサイエンス/第14巻/1879年1月/黒いダイヤモンド

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暖炉のそばに座って、燃え盛る炭火を覗き込んだり、明るい炎の噴出が部屋に陽気な光を投げかけ、壁に奇妙で幻想的な影を作り、私たちの視覚と感覚に心地よい陽気をもたらすのを見たりしていると、しばしば内省的な気分になる。特に黄昏時に座っていると、冷たい風が吹き、冬の鋭い雪やあられが窓に当たって、カチカチ音を立てる。しかし、生活の快適さや快適さ、贅沢さを大きく向上させるこの黒い物質が、どこから来るのか、考える人も、気にする人も、ほとんどいないだろう!しかし、その用途、歴史、形成の経緯は極めて有益であり、今日の2大テーマである電話や蓄音機と同じくらい興味深いものである。前者はほとんど話題にならず、後者は大いに話題になるのは、簡単に説明できる。私たちは前者の恩恵と快適さを享受して生まれ育ったのであり、それらは日常的なものであるため注意を喚起することはない。

全自然の中で、この黒くて見栄えのしない鉱物ほど、人類の状態を改善し、国家の誇りと力を高め、世界を野蛮から文明に変え、我々の安楽と贅沢を増進させた物質はないだろう。蒸気機関という機械の原動力を生み出すこの鉱物の働きによって、地球の荒野が開拓され、人間がそこに迅速かつ容易に移動できるようになり、文明のあらゆる恩恵が流れ込み、都市が誕生し、農民は余剰生産物を世界の市場に送るための設備を手にし、荒れ地はバラのように開花させられる。それは、あらゆる製造業の原動力であり、その製品を、他のいかなる手段によっても達成できない確実性と速度で、遠い国の消費者に、道なき荒波を越えて運ぶからである。また、各国が軍隊や海軍を迅速に展開し、侮辱には迅速な報復を、侵略には対抗するか阻止することができる。私たちの家や都市を照らす光、衣服の生地に使われる最も美しく繊細な染料、世界に知識を広めるための本や論文を印刷するインクは、すべてその蒸留の成果から生まれている。それによって行使されるすべての力において、それは「アラビアンナイト」の魔術師の杖よりも大きな驚異を働かせる。また、人類に有益な効果をもたらすという点では、慈悲のように天から優しい光を放つと言えるだろう。そして、距離を縮める主な原因として、人類をより親密にし、「全世界を親密にする自然の一端」とも言えるだろう。

その作用によって生み出される富のために、最も有用であるだけでなく、あらゆる鉱物の中で最も価値のあるものである。貨幣が仕事の連続であることはよく理解されており、小さな労働手形を持つ共同体は、高い料金を支払わなければならないものから貿易を奪うことができる。したがって、この物質がどのような仕事を生み出すことができるかを見てみよう。

力学では、仕事の単位は1ポンドを1フィート高く上げるのに必要な力であり、これはフィートポンドと呼ばれている。多くの実験と観察から、健常者が1日10時間働くと、平均100万フィートポンドの力を発揮することが分かっている。石炭をボイラーで燃やすと蒸気が発生し、その蒸気が機械を動かして仕事をする。したがって、石炭は仕事を生み出すが、その量は蒸気を発生させるための機械や器具の完成度によって異なる。あらゆる種類の蒸気機関の平均をとると、1ポンドの石炭は50万フィートポンドの力を発揮するのに十分な蒸気を発生させることができる。したがって、2ポンドの燃料で達成される仕事は、人間の1日分の仕事に相当する。さて、このことから導かれる驚くべき結果に注目しよう。アメリカの人口は約4000万人で、1877年には5000万トンの石炭が生産された。この4分の1を製造業などに利用すれば、全人口を健常者と仮定して、350日で全人口と同じだけの仕事をすることになる。蒸気機関で使う石炭は1トンあたり平均4ドル、未熟な肉体労働の値段は1日1ドルとすることができる。この数字に当てはめると、前者では50,000,000ドル、後者では、これだけの人数を雇うことが可能であったとしても、人件費は14,000,000ドルであったことがわかる!この物質の利点や価値を疑う人は一瞬でもいるのだろうか?

また、この物質の導入に際して、偏見や迷信が蔓延し、現在では最大の財産とされている国々で、実際にその使用を禁止する法律が制定されたとは考えられない。実際、このように重要な地位を占めるようになったのは、比較的最近になってからである。

アリストテレスの弟子テオフラストスが、リグーリア（現在のジェノバ州）とオリンピアスに向かう途中のエリスで発見され、鍛冶屋が使っていたと述べている。また、「アスファルトのような」黒い石であるアンペリチスは、プリニウスによって薬用として利用できることが記されている。古代ブリトン人がこれを使用していたことを示そうと試みたが、ローマ帝国支配の後期以前には満足な証拠がなく、イングランドで燃料として計画的に調達されていたことを明確に証明できるのは13世紀になってからである。1239年12月、ヘンリー3世がニューカッスル・アポン・タインの町民にこの目的のための勅許を与え、石炭はすぐにロンドンに渡った。しかし、石炭がどんどん使われ、町が煙たくなるにつれ、それに対する苦情は大きくなり、1306年、議会の請願により「エドワード1世」は、勅許を得た。1306年、議会の請願により、「エドワード1世は布告により、硫黄の煙と発火の匂いを避けるため、ロンドンとその近郊で海炭を焼くことを禁止し、すべての人に火を薪にするよう命じた」（Stow）。1321年から1322年にかけての『国会請願書』には、王宮の書記官が注文し、王の戴冠式で燃やされたにもかかわらず、その代金が支払われなかったとして、10シリングの請求がなされているのである。

ヨーロッパ大陸では、10世紀にザクセン州ツヴィッカウの炭鉱で最古の石炭が発見されたが、1348年に同町の金属加工業者が石炭の煙で空気を汚すことが禁じられた。

イギリスでは1577年、古い作家（ハリソン）が、煙突のある石炭と煙突のない薪の燃焼を対比して、この偏見を示唆している。「今は煙突がたくさんあるが、子供たちはリウメ、カタール、ポーズを訴える。当時、煙は家の木材を十分に固めるものとされていたように、善良な男性とその家族をクワックやポーズから守るために、はるかに優れた薬であると考えられていたのである。私が住んでいる村にはまだ老人が住んでいて、最近建てられた多数の煙突に注目している。その昔、この地域の最も高地にある町には、数は多くても2つか3つ以上なかったが、各人が食事をして食事をするハレで、赤信号に対する火を作っていた。" 1632年、歴史家のストウは、「過去30年以内に、ロンドンの素敵な女性たちは、シークワーサーの火が焚かれている家や部屋に入ろうとせず、シークワーサーの火で焼かれた肉も喜んで食べなかった」と述べている。フランスのある地域では、この燃料に対する偏見は現代の1840年まで続いていた。セント・ジョンは『ノルマンディー滞在記』の中で、プロテスタントの聖職者であるベネット博士から「石炭を燃やすから家を出ろという命令を受けた」と聞いたと述べている。また、カーンで大勢のパーティーを招いた英国紳士は、客間が非常に手狭になっていたので理由を尋ねたところ、フランス人は、石炭を燃やすと思われていたから遠慮していたとわかった。

しかし、これらの事例は孤立したものであり、燃料としての石炭の経済性は徐々に偏見や反対を打ち破り、消費量は着実に増加した。しかし、18世紀初頭まで、石炭が使用されたのは、家屋の暖房用だけであった。それは、最初に鉱業用に使用された蒸気機関によって明らかになった力の発生である。この蒸気の利用により、石炭の採掘が安価になっただけでなく、石炭を流通させる設備も拡大した。蒸気機関が随時改良され、より多くの産業で経済的に利用できるようになったため、その数は増え、この種の燃料の需要は急速に拡大した。

1805年頃、光によってブラックダイヤモンドの新しい市場と需要が確立された。100年以上前から、石炭を蒸留してタールや油を作る実験が行われていたが、目に見えないガスが放出され、それを実用化することは、1793年にボルトン＆ワットの技師ウィリアム・マードックがコーンウォールのレッドルースで自宅と事務所の照明に石炭ガスを使用するまで考えもしなかった。マンチェスターでは、1804年と1805年にマードック氏の指導の下、フィリップス＆リー社の綿工場を照らすための装置が設置され、この照明が大規模なシステムとして最も早く採用された。この発明は急速に広まり、1807年には公道が照らされるようになった。1877年にはニューヨーク市とその近郊のガス会社だけで約45万トンを必要とした。

1730年から1735年にかけて、イギリスのコールブルック・デールで、アブラハム・ダービーが、鉄の製造において石炭を木炭に代えて高炉に入れる実験に成功し、現在年間数百万トンを必要とする産業への第一歩を踏み出した。1830年、スコットランドのニールソンは、燃料を節約するために熱風を鉄炉に応用し、1トンの石炭で以前の3倍の鉄を生産することに成功した。この発明は、経済性を追求する他の発明と同様に、鉄の製造を増加させ、その結果、より多くの燃料を要求することになった。これは、商人が素早く売れ、小さな利益を得ることが有利であると考えるのと同じである。

この20年の間に、化学は石炭を蒸留する際に出る廃棄物をガスに利用することで、多くの小さな、しかし際立った用途を発見した。その中でも、ロウソクにするとロウの美しさに匹敵する固形パラフィンを挙げることができる。そのアナリンからは、目を楽しませ、味覚を満足させる色合いの最も精巧な染料が多く得られる。

アメリカでは、この鉱物の最初の発見が、イリノイ州のような奥地でなされたことは注目に値する。1669年にヘネピン神父が、現在のオタワの町があるイリノイ川沿いで鉱脈の露頭を発見したことが記されている。しかし、最初に使用されたのはバージニア州のリッチモンド近郊のもので、長い間、大西洋の全市場を供給していました。無煙炭（1877年の生産量は21,000,000トン以上）は、その価値と用途が知られていなかったため、地位を確立するのにかなり苦労した。実際、1803年にフィラデルフィアに送られた最初のリーハイ炭は価値がないと見なされ、歩道で使うために砕かれたのである。

この国の初期には、木材は非常に豊富で安価であり、内陸部からの輸送手段も限られていたため、米国における化石燃料の需要は、年間数千トン程度で賄うことができた。生産されたトン数の正確な記録はないが、1820年には無煙炭が約1,600トン、瀝青炭が約8万トンで、これは人口120人に1トンの割合であった。その後、開拓が進み、鉄道が敷かれ、炉が建てられ、蒸気や機械がどんどん使われるようになると、需要は増大し、1877年には連邦の男女や子供一人につき1.4トン、つまり5000万トンの生産量となった。この数字が示す膨大な量は、もしこの量を固体に詰めたら、ニューヨークからワシントンまで2百40マイル、幅10フィート、高さ85フィートの壁を作ることができるだろう。このトン数で、わが国は世界で2番目の石炭産出国である。イギリスが第1位で、1877年の生産量は約1億3000万トンである。

この記事が与える力と富について述べたことから、次の表は、アメリカ連合が地球の偉大な燃料生産国になるよう運命づけられているため、最も壮大な将来の展望を持っていることを示している。それは、その石炭鉱区の広大な面積だけでなく、鉱夫にとって非常に簡単にアクセスできる鉱脈が数千平方マイルあるためであり、それらはしばしば水面上または非常に中程度の深さにあるため、そこに達するために深くて費用のかかる坑道の敷設にかかる費用を免れることができ、これはとても大きなメリットである。「地理学者、歴史学者、哲学者たちは、人類の将来の発展についての構想において、アメリカは特に石炭鉱床において、人類の最大かつ最も完璧な発展のための要素を備えているという考えで一致している」（レスクルー）。

国 平方マイルの炭田地域
総面積に対するパーセンテージ

アメリカ 192,000 73.85
ノバスコシア州 18,000 6.90
イギリス 11,900 4.60
スペイン 3,000 1.20
フランス 1,800 0.70
プロイセン 1,800 0.70
オーストリア 1,800 0.70
ベルギー 900 0.35
チリ、オーストラリア、インド、中国など 28,000 11.00
⁠合計 260,000 100.00

そして、この素晴らしい鉱物がどのようにしてできたのか、その物語をご紹介しよう。石炭が植物性であることは、地質学上確立された事実のひとつである。自然界では、石炭は植物性組織が積み重なって沼地に堆積し、さまざまな段階で形成されているのを見ることができるからだ。このような湿地帯を掘り下げると、木質物質は水分に囲まれ、ゆっくりと分解するのに適した位置にあり、黒っぽい可燃性の化合物に変化することがわかるが、最初は泥炭と呼ばれ、さらに硬くなって変化すると褐炭になります。「オランダ、デンマーク、スウェーデンでは、厚く堆積した泥炭は、砂と泥の地層によって明確な層に分かれており、石炭が層状化する過程を最もよく解明している」（Lesquereux）。湿地帯の形成には、粘土の下地によって不透水化された盆地と、水に根を張り、その枝葉は水面に広がり、あるいは上空に舞い上がり、常に同じ場所で生育する水生あるいは半水生植物が必要で、その残骸は毎年落下し、水の停滞や空気中の多湿によって大気による分解から守られる。このような好環境が最も発達したのは、最も貴重な石炭層が堆積した針葉樹時代のことである。炭酸ガスは植物の食物であるが（酸素が人間に生命を与えるように）、温血動物にとっては毒であり、炭酸ガスを1％以上含む大気中では生きられないからである。

地球の歴史の中で、石炭紀には、水は現在よりも非常に多くの面積を覆っており、大陸の一部はその表面からほとんど浮いていなかったので、わずかな高低差で湿地やラグーンから乾いた土地に変わるか、海面下に沈むことになる。空気が海や湖、川などの上を通過したり、その上に留まったりすると、水蒸気を帯びますが、その影響は非常に大きく、熱を吸収し保持する力は空気の何千倍にもなるからである。そのため、海が圧倒的に多かったため、大気には水分が多く含まれるようになり、やがて温暖で安定した気候に好都合になった。実際、石炭紀の植物には年輪がないことから、冬がなかったことが証明され、ヨーロッパとアメリカで同じ時期に同じ石炭紀の植物が生育していたことから、同じ気候であったと考えられる。空気も炭酸で満たされていたのである。

したがって、このような状況には、植生の急速かつ継続的な成長に最も有利な条件が存在し、その化石から判断すると、植生は想像をはるかに超える密度と豊かさで進行していたに違いない。浮遊する野菜が最初に登場し、水面に枝葉を広げ、その残骸で盆地や潟を埋め尽くし、より陸上的な植物を支える役割を果たした。

熱帯地方の豊かな成長には驚かされるが、石炭時代のそれを思えば、何でもないことだ。例えば： しかし、石炭の時代には、この種の巨大な葦は直径14インチもあった。一方、炭鉱の岩盤では、この種の巨大な葦が直径14インチにもなっていた。私たちのシダは取るに足らない大きさだが、その昔は羽毛のような葉を60フィート以上の高さにまで伸ばしていた。このように「盛る」作業は、自然が地盤沈下を起こすまで続き、水はその上を閉じ、流れはその上に泥や砂を堆積させた。この沈下が止まると、新たな成長が起こり、新しい堆積物が形成され、沈んで覆われる。この休息と沈没の期間が繰り返されるたびに、新しい炭層が誕生する。

一方、標高が高くなると、植物の根は水分を奪われ、成長が止まり、堆積物が蓄積されるだけでなく、雨や地表の排水によって後者は徐々に浸食され、浮遊するにつれて、水が機械的に懸濁させた土質と混ざり合っていく； そして、最終的にラグーンに堆積したり、他の地層に広がったりすると、泥の割合に応じて、劣った石炭や黒いスレートになる。このように、ある地域が他の地域よりも多くのシームを持つ理由の1つを理解することができる。

この分解は、炭素の一部と水素と酸素の大部分が水とガスの形で木質組織から排出され、植物の炭素の割合がますます多くなる一方で、上に堆積する地層の圧力の増加により、塊が圧縮されて固化するものである。しかし、この固化が起こる前に、リービッヒが水中で植物がゆっくりと分解する過程を直接実験して証明したように、軟化が起こる。軟化とその後の圧力によって組織と形態が破壊されたため、石炭そのものから繊細な化石が見つからないという事実は、このためだと考えなければならない。ただし、この軟化過程に抵抗した木の固い幹が、下の粘土板にその根をはっきりとたどりながら地層に直立した状態で見つかる例もある。上下の粘土板は、元は柔らかい泥であったことを忘れてはならないが、植物の印象は、まるで画家の鉛筆で描いたかのように鋭く鮮明であった。

無煙炭、半無煙炭、半瀝青炭、瀝青炭など、さまざまな種類の炭ができるのは、軟化と炭化の進行度合いが異なるためで、気体成分が逃げやすい場合とそうでない場合があるためと考えられている。化学者たちは実際に植物性物質をあらゆる硬度の石炭に変え、自然界で形成されたもののあらゆる性質を持つようにした。観察と彼らの努力は、すべての石炭が最初に瀝青質の種類で形成され、無煙炭はその後に受けた火成作用の結果であることを示しているようだ（MacFarlane）。この変化がさらに進むと、プラムバゴ、すなわち黒鉛となる。

このように、化石燃料の形成に関する理論をわかりやすく説明することに努めました。読者には難しい問題があるかもしれないが、植物界に由来することは疑いようもなく、これは地質学の確立された事実の一つである。

もう一つ、石炭が人類に与えた恩恵のうち、先に述べたものと同じくらい印象的なものがあるので、最後に注意を喚起しておきたい。聖書には、野の獣や空の鳥が創造されたのは、大地が草を生やし、草が種を蒔き、果樹がその種類に応じた実を結んだ後であると書かれている。石炭時代の植物が繁栄するためには、大気が炭酸ガスと呼ばれる炭素と酸素の化合物で満たされていることが必要であり、このガスはごくわずかな割合を除いて、温血動物の生命を破壊すると述べられている。この有害な蒸気を葉で吸い込み、分解して炭素を取り、身長を伸ばし、種や果実を実らせる一方、生命を生み出す酸素を空気中に吐き出し、このようにして大気が浄化され、人間や獣が使えるようになったのである。

このように、自然の経済と素晴らしい働きによって、生命を妨げるガスが取り除かれただけでなく、取り除かれたガスが可能にした同じ生命を将来使うために蓄えられたのである。このように、石炭は地球とその住民にとって素晴らしく、祝福された恩恵であり、最も高価な宝石である黒いダイヤモンドと呼ばれるのも不思議ではない。