1.3　中世纪的采矿

1.3　中世纪的采矿

在罗马帝国衰落后的几个世纪里，农业和战争对金属工具和武器的需求从未中断过，不过几乎没有什么技术进步，工艺的记录也几乎为零。同时期的照明器材、挂毯、浅浮雕展示了当时的工具和武器，但它们是在哪里制作？金属是在什么时候得到运用？又是如何开采出来的？现在并不知晓。我们知道盎格鲁-撒克逊和卡洛林的国王发行了金币、银币和铜币，却不知道铸造这些硬币的材料究竟是掠夺、进贡而来还是采矿冶炼而成。显然，在这段时间里发生了深刻的变化。最强的活力来自中欧。到了16世纪，“采矿者”和“撒克逊”几乎变成了同义词。在中世纪，撒克逊的采矿者不仅在自己的国家，更在整个欧洲起到了示范作用。开始采矿的时间，在捷克斯洛伐克的谢姆尼茨是745年，在哈茨山脉的戈斯拉尔是970年，在萨克森的弗赖堡是1170年，在波希米亚的约希姆斯塔尔是1516年［17］。

当西班牙塞维利亚省著名的瓜达唐纳尔矿在1551年后重新开采银铅矿的时候，矿上的一位管理者给政府写信，要求提供200名以上精通采矿和冶金的日耳曼人。在欧洲边远地区，也不乏这样的例子。挪威康斯堡著名的银矿第一次开发于1623年。“在这里，克里斯蒂安四世（Christian the Fourth）非常高兴地以他自己的名字给第一个矿槽命名，矿工们都来自日耳曼。他们是新建的康斯堡矿山小镇的第一批居民，也是数千名现有居民的祖先，渐渐与挪威人融合，各民族都在各自语言中融汇了其他民族的特点。”［18］德国采矿业复兴以后，与古典时期形成很大差别。98年，塔西佗（Tacitus）写道：“天堂已经拒绝给予（日耳曼人）金银——我能说是恩赐还是惩罚？我不会据此断言日耳曼没有金银的矿脉。但是谁能够预料这些呢？”［19］这一时期的西班牙有所变化，在那里，当这些著名的矿产在摩尔人统治期间转入穆斯林手中后，铜、铅和其他金属的产量都下降了。当时摩尔人发现，如果让含有硫酸铜的水流过铁，纯铜就会析出来，而铁将被溶解。由于当时铁在西班牙价格便宜，矿藏丰富，所以这项发明产生出一种利用硫化铜矿回收铜的有效办法[5]，使直接开采铜矿的需求越来越少。许多立井和巷道失去了本来的用处，一些已经变成了输水管线，将含有硫酸铜的水从立井中引出。

中世纪的文学作品提及的采矿知识具有误导性。确实有许多著作讲到少量正确的化学知识，但它们通常源于阿拉伯文，经常故意含糊其辞或译错，然后逐渐转变为炼金术。人造宝石的贸易量也很大，大多数玻璃都通过金属氧化物来着色，不过文字资料中很少提起它们是如何制作的。特奥菲卢斯（Theophilus，也许是帕德博恩附近的黑尔马斯豪森的一个僧人，约1110—1140，边码63起）有一段对采金的描写：“有各种各样的金子，最好的产自哈腓拉，根据《创世记》的记载，它周边环绕着比逊河。熟练掌握这项技术的人一旦发现地下的矿脉，就将它挖出来，用火将金子提纯并用熔炉检验，然后根据其需要使用。”他还指出，阿拉伯的那种浅色的金子经常通过加入1/5的铜来掺假。还描写了西班牙金子，“组成成分包括红铜、蜥蜴粉末、人血和酸”。在描述蜥蜴粉末制备的方法时，他也许使用了符号语言，在其中隐藏了用合适的酸从含金的铜中提纯真金方法［20］。

一种我们不太熟悉却在中世纪经常使用的矿物是辉锑矿（硫化锑Sb2S3）。在古典时期，锑大量被用作铜合金的组成成分，在医药中还是一种强力泻药。

卡斯蒂利亚英明国王阿方索十世（AlfonsoⅩ，1252—1284）的《碑铭》（Lapidario）是一部完成于1279年的汇编，详细介绍了很多矿石。这部书有一部分是根据古典时期的著作写的，还有一部分是根据阿拉伯的著作写的，吸收了许多炼金术、古化学、占星术的原理。当中提到一种叫ecce的矿石，其实是含银的辉锑矿，据说西班牙和葡萄牙的许多地方都在开采，主要经济用途是生产玻璃表面的“美丽金色”。这种制作工艺最近通过了实践的检验，它能够追溯到8世纪，当时用于制作一些著名的清真寺灯。在比《碑铭》更晚一些的抄本的插图中，总有一位穿戴整齐的专家检验劳工递过来的矿样，这些矿样或是在露头上找到的，或是在挖掘地表矿物时发现的，或者在地下作业时采集的。立井是圆形的，工具的把手或长或短，与铁质的“头”配合，这些工具包括镐、锤、斧、铲或锹（图10）。图中的一个立井中有装矿石的篮子。另一幅图中，专家正在用天平称量宝石或矿石。

关于英格兰采矿的条件，我们得到了一些来自法律文件的资料，很多都是1200年左右的。大多数地区都有自己独特的条例，康沃尔和德文的锡矿地区的法规便非常详尽。根据卡鲁（Carew）的《康沃尔调查》（Survey of Cornwall）一书（1602年），“他们挖出矿井或者矿坑，有5—6英尺长，2—3英尺宽，7—8英尺深，以此来确定他们是否会遇见矿脉”。卡鲁说：“他们通常的工具是铁制丁字镐（镐斧，一头是镐，一头是斧），大约16英寸长，镐的一端尖锐，另一端是平头，镐端的铁刃因与岩石接触而变得很少。他们也用宽大的铲子，外部是铁，中间是柄，柄头削成楔面，便于紧固。”［21］在门迪普，菱锌矿（碳酸锌或硅酸锌）早在1560年就开始开采。德比郡海皮克区的法规有其自身的特点，许多术语与撒克逊语一致，工头被称为“barmaster”，这显然是来自德语的“bergmeister”。正是这些不同的法规，显示出采矿业在罗马统治时期、盎格鲁-撒克逊时期、诺尔曼时期和中世纪的连贯性。在坎伯兰，铜矿在伊丽莎白一世（ElizabethⅠ）时期一直由皇家矿业学会开采，后来由于燃料短缺而不得不中止。当时，日耳曼专家也来过这里。此后，铜矿就从瑞典进口。直到使用煤来熔炼，本地的铜矿才再次焕发生机。

从各种角度来看，《论冶金》（De re metallica，1556年）应该是一部关于矿业的伟大著作，由乔格·鲍尔（Georg Bauer，1495—1555）所著，他就是后人熟知的阿格里科拉（Agricola）。这位撒克逊人在意大利获得了医学学位，然后到当时有名的矿业中心约希姆斯塔尔[6]当外科医生。他的第一部著作是非常优秀的矿物学著作《矿物学》（Bermannus，1530年）［22］，以非常易懂的对话形式写成，很快他又写了其他著作。他的巨著《论冶金》［23］共有12卷，讨论了采矿冶金的方方面面。他写道：

第一卷包括一些讨论，例如关于采矿的技艺、金属与矿产的关系，并表述各方的见解。第二卷描述了矿藏，其分支涉及如何寻找矿脉。第三卷主要是讨论矿脉和细矿脉，以及岩石中的煤层。第四卷解释了划分矿脉的方法，也描述了矿业官员的职能。第五卷描述了挖矿和勘探者的技巧。第六卷描述了矿工的工具和机器。第七卷描写了矿石的鉴定。第八卷指出了矿石焙烧、粉碎、洗选的规则。第九卷描写了熔炼矿石的方法。第十卷可以指导学生将银从金中分离出来，以及将铅从金银中分出来。第十一卷展示了将银从铜中分离出来的方法。第十二卷给出了生产盐、苏打、明矾、矾、硫磺、沥青、玻璃的方法［24］。

尽管这里我们重点要说的是第五卷和第六卷，但全套书的内容都能引起采矿史学家的兴趣。

对于采矿来说，首先必需的是矿井，在立井的底部达到一层矿脉后，就有必要或多或少地挖一些水平方向的通道（图11）。立井的横截面通常为3米×1米，多数立井相对来说是比较窄的，但阿格里科拉在《矿物学》中提到，“在施内贝格，印象中当人到达200步距（深度）时候，会有巨额财富产生”。当他的对话者惊讶异常的时候，阿格里科拉回答，在库滕贝格还有达500步距深的立井［25］。但是，这种深度的立井非常少见。这里的“步”用的也许是罗马的双步，不足6英尺（1.85米）。立井经常如同悬崖一般陡峭。

阿格里科拉对于16世纪矿工使用的工具和装置进行文字描述并绘制插图，内容非常详细（图12—16）。他提到：

我想解释一下他们的设备，主要有3类：提升设备、通风设备和梯子。提升设备用来将矿井中的物品提出运走；通风设备通过进气管获得新鲜空气并送入矿井或巷道中，如果不这样做，矿工会因为呼吸困难而无法继续工作；矿工可通过梯子上下矿井［26］。

绞盘由1—3人操作，大一些的还装有飞轮。更先进的使用了齿轮，这样可以用马来拉动重物上升或下降（图17）。一幅有趣的图画显示了马拉滑板车和一群狗用鞍驮着重物（图18），另一幅图画显示了一对山羊转动着水车。

最常用的提水方法是使用一系列由链条串起来的舀水容器，通过人力、辘轳、畜力或者水车（在条件允许的地方采用）来提升。人们很少使用更大的容器，因为桶或者长柄勺容易破裂（图19）。阿格里科拉在书中描述了7种用活塞带动吸水泵提水的方法，所有必需的零件都有详细描述：

第5种水泵……由2个或3个泵组成，活塞由人工转动的机器提升，因为每一个活塞连杆都连接着随之而提升的随动杆，两个曲柄推动一个桶，需要2—4个壮劳力来推动它……3个泵各包含两种长度的管子，管子固定在矿井的支撑木头上。这种装置能够将水提高到24英尺高的地方。如果管子的直径足够大，两个泵就足够用了；如果管子小一点的话，就要用3个泵。这样无论用哪种方法，提升水的容量都是相同的［27］。

事实上，所有这些种类都可追溯到古典时期。

第7种水泵发明于10年前，是这几种当中最精巧、最耐用、最有效率的，建造成本也不高。它包括几个水泵，不像第6种那样需一起放到矿井中去，而是一个在另一个下方。比如，如果有3个水泵，通常情况是，最底下的那个水泵将矿井中的水提升至一个水箱中，第2个水泵从那个水箱将水提升至一个更高的水箱中，第3个水泵将水提升至矿井的排水沟中。一个15英尺高的水车将3个水泵的活塞连杆一起提升，同时升同时降。沿着山体流淌的溪水推动水车轮翼旋转（图20）［28］。

对于“棘链”（rag-and-chain）式水泵，阿格里科拉也描写得很详细。共有6种这类水泵，图21展示了其中的一种。

这种机械被用于哈茨山脉的山脚下及其邻近地区。如果采矿的需求增加，经常增添几台这种类型的水泵用于开采同一条矿脉，但是要根据不同深度而安排在不同的位置上。在谢姆尼茨的喀尔巴阡山区，有三级水泵，其中最下面的那个将水从最低的水坑中提升到第一个排水管，通过这根排水管流到第二级水坑；中间的泵将水从第二级水坑中提升到第二级排水管，通过这根排水管流到第三级水坑；最上面的水泵将水提升到矿井的排水管，并从这里流走。这个系统的三个机械装置由96匹马拉动，这些马沿着一个倾斜的矿井向下走，矿井像螺丝一样倾斜、盘旋，逐渐下降。最低的装置位于很深的地方，距离地面大约660英尺［29］。

现在我想讲一讲通风设施。如果一个矿井非常深，并且没有连接其他巷道，或者没有连接其他矿井的横巷道，或者巷道非常长而没有连接其他的立井，这样空气将无法循环。在这种情况下，矿工会感到负担非常沉重，导致他们呼吸困难，有时还会令人窒息，燃烧的灯也会熄灭。因此，就必须有一种装置……让矿工呼吸顺畅，正常工作［30］。

这些通风设施包括各式各样的旋转风扇、单风箱或双风箱，有手动的也有机械的，与那些前面已经描述的一样（图22），而且最后还用布蒙上当扇叶。其中，蒙布的扇叶在很久以前就被普林尼描述成挖井时用于排除有毒烟气的装置了［2］。

阿格里科拉注意到，多数矿井被废弃是因为不能产出金属，或者在一定深度以下矿脉变得贫瘠。不过，另一个导致矿井废弃的重要原因是矿井很难保持干燥。矿井的排水问题是当时最大的工程问题之一，也是人们不断创造的主要动因。

有时矿主既没有能力将水送入巷道中，因为巷道不能在山间“走”很远，也不能用机械将水排出，因为矿井太深。即使他们能够用机械排水，也不会这样做。毫无疑问，这是因为排水的费用比开发一个贫矿所能获得的利润还要高。

还有一个问题是通风，矿主通常很难克服这个困难，“有时候不是因为技术或者费用的问题，而是因为通风问题而废弃正在挖的矿井和巷道”［31］。

在这些矿井废弃的原因之外，阿格里科拉又补充了有毒的“湿气”（德语Dampf，水蒸气）或者“特别的致命邪魔”等具有当时色彩的原因。有的时候，“支撑结构变得松软并坍塌，通常接下来会发生山体滑坡；只有在这个矿脉非常富的情况下，支撑结构才有可能被重建”。阿格里科拉建议最好不要再去开发荒废的矿井：

除非我们非常清楚为什么这个矿井被荒废掉，因为我们应该相信我们的祖先不会如此懒惰或没有探险精神，面对能带来财富的矿山却让它荒废着……所以我建议写下每个矿井和巷道被废弃的原因［32］。

这些是阿格里科拉时代采矿作业的一些情况。我们应该牢牢记住他最后的忠告，有必要保存好矿井荒废记录。在英格兰，这种习惯直到近年才被采纳，但是还很不完善。

一个半世纪后，英格兰人爱德华·布朗（Edward Browne）[7]去中欧旅行，在伦敦发表了他在匈牙利、塞尔维亚、保加利亚、马其顿、塞萨利、奥地利、施蒂里亚、卡林西亚、卡尼奥拉、弗留利和大半个德国的旅行见闻，“在那些地方看到了金、银、铜和水银矿”。这些游记表明，采矿方法在阿格里科拉以后并没有出现明显的变化（图23）：

在弗赖堡，当地人有许多方法开矿，并在矿井旁边进行冶炼。例如有一种银矿中含有铅，就可以用来炼铅。他们也有硫磺矿，在燃烧之后，残留的矿物有助于金属熔炼……他们的精炼炉（Treibshearth）或者叫作“赶炉”（driving Furnace）——将氧化铅驱赶出来，更像阿格里科拉图画中描述的，而不像那些匈牙利的大多数矿物都经过洗选，特别是对于最贫瘠的矿和那些混有石头、石英、长石的矿物。

他们先在焙烧炉里焙烧粉碎并洗选过的矿石，再将其放入熔化炉或冶炼炉中进行冶炼……在我到过的匈牙利的矿山，他们不用探矿棒或者叉形的榛木，而是直接从地上找银矿或隐藏的宝藏……我还看见另外一个矿，大约80英寻那么深，已经被开采多年了。这里蕴藏着各种各样的矿石……银和铜的，银和铅的，或三者兼有的，但是，他们仅将其作为银矿来开采。在这些矿山的深处有各种各样的湿气……粉尘是他们遇到的最大麻烦，损害着他们的肺[8]和胃，腐蚀着他们的皮肤。但是，他们并不太担心水的问题，他们有很好的机器来将水排走［33］。