Część 1/Jak wszystko się zaczęło

Dar Gai: pochodzenie minerałów

Dla naszych przodków żyjących dawno, dawno temu głębie Ziemi musiały być źródłem ogromnej fascynacji. Wulkany, trzęsienia ziemi, gejzery, gorące źródła - wszystkie one musiały być przejawami działania mocy zamieszkujących podziemia. Widzieli, że Ziemia porusza się, drży i wypluwa gazy i opary. Musiała jawić się im jako w pewien sposób "żywa". Ale czym tak naprawdę było źródło owych "mocy"? Brak narzędzi pozwalających dokopać się na dużą głębokość skazywał naszych przodków na niewiedzę o naturze świata podziemnego; jedyne ich informacje o nim pochodziły z tego, co mogli zaobserwować w naturalnych jaskiniach. Odkrycia te z pewnością rozbudzały ich wyobraźnię. Nic dziwnego, że w okresie późnego paleolitu jaskinie wykorzystywano do rytuałów i tworzenia malowideł ze scenami polowań, które podziwiamy nawet dziś.

Wraz z pojawieniem się cywilizacji rolniczych świat podziemny stał się częścią różnych mitologii świata. Wielu wierzyło wówczas, że pod ziemią przebywają potężne siły - jak moc wulkanu ucieleśniana przez Chimerę z mitologii greckiej, potwora ziejącego ogniem[5]. Ludzka fantazja wkraczała tam, gdzie nie pojawiły się jeszcze fakty; pierwsza zapisana opowieść o wyprawie do świata podziemnego pochodzi z trzeciego tysiąclecia p.n.e. Inanna, sumeryjska bogini płodności, zstępuje w niej do mrocznego świata grot zaludnionych potworami, demonami i wrogimi bóstwami. W tego rodzaju historiach pojawiają się zwykle dusze zmarłych błąkające się wśród ponurego podziemnego krajobrazu. W owej starożytnej mezopotamskiej opowieści zmarli bytują pod ziemią, "jedząc glinę i pijąc pył"[6]. W micie o Orfeuszu bohater próbuje uwolnić ukochaną z podziemnego świata, ale ponosi porażkę - motyw, który powtarza się także w innych mitach. Boska komedia Dantego, powstała tysiąclecia później (w XIV wieku n.e.) wciąż przedstawia podziemia jako miejsce, gdzie przebywają dusze zmarłych, odbywające wieczną karę za grzechy popełnione za życia.

Oprócz mitów istniały jeszcze praktyczne powody fascynacji podziemiami. Już w epoce kamiennej ludzie świetnie wiedzieli, że skały różnią się od siebie: niektóre nadają się na narzędzia, inne do malowania, inne do rozpalania ognia itd. Jednak różnorodność napotykanych skał wykraczała poza te praktyczne zastosowania. Istniały robiące wrażenie kryształy, nierzadko przezroczyste i barwne, które później stały się znane jako kamienie szlachetne. Były też błyszczące drobiny pojawiające się w piasku na brzegach rzek - dziś rozpoznawane powszechnie jako bryłki miedzi, srebra i złota. W końcu odkryto, że metalom tym można nadawać różne kształty, robiąc z nich narzędzia lub wyszukaną biżuterię. Później okazało się, że niektóre skały można przekształcać w coś zupełnie innego, podgrzewając je w bardzo wysokich temperaturach. Wszystkie te odkrycia wywoływały z pewnością pytanie o pochodzenie minerałów, ale w początkach historii górnictwa nie sposób było udzielić na nie dobrej odpowiedzi.

Narodziny nowej nauki

Z czasem wiedza o właściwościach świata podziemnego zaczęła ulegać akumulacji i powstały pierwsze teorie pochodzenia minerałów. Grek Teofrast i Rzymianin Pliniusz Starszy napisali wiele o właściwościach minerałów znanych w ich czasach, ale nie potrafili powiedzieć zbyt dużo na temat ich pochodzenia. Najpopularniejsza w owych czasach teoria została rozwinięta przez filozofa Arystotelesa; opierała się ona na idei, że minerały ukształtowały się, gdy niesprecyzowane wyziewy z wnętrza Ziemi uległy zestaleniu. W myśl tego poglądu minerały, jak wszystkie żywe byty, musiałyby z czasem rosnąć. Mogłyby więc odrastać w miejscach, z których je wydobywano, zupełnie tak, jak rośliny odrastają po zebraniu ich z pola. Pojęcie "wyczerpywania się minerałów" jako procesu nieodwracalnego było starożytnym nieznane, choć zauważali, że w konkretnych kopalniach wyczerpują się złoża.

Dopiero w epoce odrodzenia, wraz z działalnością Georga Bauera, zaczęto naukowo badać kwestię pochodzenia minerałów. Bauer opublikował w 1556 r. pod pseudonimem Agricola dzieło De Re Metallica (O naturze metali). Był to kamień milowy w rozwoju mineralogii, kładący raz na zawsze kres przekonaniu, że minerały są żywymi istotami. Pracę Bauera kontynuowali tacy pionierzy nowoczesnej geologii jak Nicolas Steno, Georges-Louis Leclerc de Buffon, William Hutton i inni.

Z początku geolodzy musieli walczyć z oporem wobec koncepcji, że Ziemia jest znacznie starsza, niż podaje Biblia. W pewnym sensie mierzyli się ze znacznie trudniejszym zadaniem niż astronomowie dowodzący realności systemu heliocentrycznego. Galileusz musiał przecież obalić tylko jeden wers z Księgi Rodzaju, głoszący, że Ziemia jest nieruchoma; geolodzy musieli przeciwstawić się całej księdze, jako że głosi ona, iż Ziemia została stworzona w sześć dni około czterech tysięcy lat temu i od tamtej pory pozostaje niezmieniona. Nawet dziś istnieją ludzie przywiązani do dosłownej interpretacji biblijnej opowieści o stworzeniu. Geologia dokonała jednak ogromnego postępu, a z czasem upowszechnił się konsensus co do tego, że Ziemia liczy sobie miliardy lat.

Podczas minionego stulecia kontynuowano rewolucję rozpoczętą przez pionierów nauk o Ziemi; w jej konsekwencji wyłonił się fascynujący obraz historii naszej planety. Jawi się nam dziś ona jako dynamiczna całość, niemal żywa istota, w ramach której połączone siły geologiczne i biologiczne podtrzymują warunki umożliwiające istnienie życia. Ten zwrot w naszej wiedzy miał miejsce na początku XX w., kiedy to Alfred Wegener wprowadził pojęcie "dryfu kontynentalnego" (później nazywanego "tektoniką płyt") - kluczowego elementu systemowej dynamiki Ziemi[7].

Z czasem czysto geologiczne ujęcie natury Ziemi połączyło się z ideą, że organizmy biologiczne wchodzą w interakcje ze swoim nieorganicznym otoczeniem, tworząc globalny system, zwany Gają, określany przez samoregulujące się sprzężenia zwrotne i nieustannie zmieniający się i przystosowujący, by utrzymać warunki, które sprawiają, że życie na Ziemi jest możliwe. Koncepcja Gai stopniowo przedostawała się do myśli naukowej głównego nurtu, choć nadal pozostaje raczej kontrowersyjna[8]. Jednym z problemów pozostaje trudność zdefiniowania, co tak naprawdę rozumiemy przez "Gaję"; samo pojęcie przeszło też znaczne przemiany od czasu swego pojawienia się. Teorii Gai nie sposób dziś zrozumieć, nie biorąc pod uwagę stabilizującego efektu cyklów geologicznych; niektóre spośród niedawnych głosów krytycznych nie uwzględniają tego ważnego zagadnienia[9].

Tak czy inaczej, fakt, że nazwa "Gaja" pochodzi od imienia greckiej bogini-Ziemi spowodował wiele nieporozumień. Niektórzy oskarżali posługujące się nią osoby o świętokradztwo[10]; inni zakładali, że zwolennicy teorii Gai tworzą coś w rodzaju kultu, z własnymi świętami i obrzędami[11]. Oczywiście, nigdy nie leżało to w intencji proponentów tej koncepcji. Gaja, czy też system ziemski, nie jest boginią ani nawet żywą istotą, nie dąży też do przetrwania lub dobrobytu ludzi i innych żywych istot. Oddawanie jej czci czy też twierdzenie, że "optymalizuje" ona warunki środowiskowe dla żywych bytów jest więc raczej bezsensowne. Ma jednak sens uznanie istnienia ważnych sprzężeń zwrotnych stabilizujących ziemskie systemy. Posługiwanie się słowem "Gaja" stanowi wygodny skrót na określenie ich. W tym sensie Gaja rzeczywiście ma pewne, choć nie wszystkie, cechy żywej istoty.

Jedną z konsekwencji działania aktywnych cyklów Gai jest formowanie się rud i złóż mineralnych, które nazwałem "darem Gai", ponieważ są wynikiem działania sił planetarnych, które są obecne od miliardów lat. By jednak zrozumieć powstanie złóż mineralnych, musimy cofnąć się do samego początku bardzo długiej historii.

Narodziny planety

Około 4,6 miliarda lat temu na skutek kondensacji obłoku szczątków powstałego na skutek wybuchu bardzo starych supernowych uformował się układ słoneczny. Nasze Słońce jest gwiazdą drugiej generacji, co znaczy, że mieszanka składających się na nie, a także na planety Układu Słonecznego, gazów zawiera pewną ilość pierwiastków ciężkich, które powstały za sprawą ogromnego gorąca towarzyszącego wybuchowi supernowych. To właśnie dzięki obecności tych pierwiastków mogły powstać planety, w tym Ziemia.

Kondensacja Ziemi do postaci planety wyznacza początek okresu geologicznego nazywanego hadeikiem, od Hadesu, greckiego świata podziemnego. W miarę jak planeta kształtowała się i nabierała masy, uwalniała się energia grawitacyjna, a temperatura wzrastała. W końcu Ziemia stała się tak gorąca, że zaczęła się topić. W tym stadium metale ciężkie, głównie żelazo i nikiel, spłynęły do centrum Ziemi, zabierając ze sobą pierwiastki, które z łatwością roztapiały się w płynnym żelazie. Niektóre lżejsze pierwiastki, jak krzem, glin i tlen, stworzyły związki, które nie roztapiały się w środku Ziemi, i które na ogół pozostały w obrębie skorupy ziemskiej w formie tlenków. Wydarzenie to nazywa się części "żelazną katastrofą"[12]. Później powierzchnia planety ochłodziła się dość szybko i wydaje się, że 4,2 miliarda lat temu Ziemia miała już twardą powierzchnię i wewnętrzną strukturę całkiem podobną do obecnej: gorące jądro złożone z metali i stosunkowo chłodną skorupę czy też płaszcz.

Dostępne dane wskazują, że w ostatniej fazie hadeiku, około 4 miliardy lat temu, miał miejsce okres intensywnych bombardowań Ziemi przez asteroidy, wskutek których doszło do częściowego odtworzenia się koncentracji metali ciężkich na jej powierzchni, co umożliwiło większość współczesnego wydobycia[13]. Bombardowanie to sprowadziło też prawdopodobnie na Ziemię większość masy wodnej tworzącej jeszcze dziś oceany[14]. Być może to w tym okresie powstało życie, możliwe, że w wulkanicznych kominach hydrotermalnych, gdzie pierwsze żywe organizmy mogły wykorzystywać energię zawartą w związkach chemicznych, głównie siarczkach, wytwarzaną przez ciepło płaszcza ziemskiego[15].

Ten starodawny świat cechowały pewne podobieństwa do naszego, ale był on również bardzo odmienny. Był prawie w całości pokryty wodą, a aktywność wulkaniczna musiała być wszechobecna. Niewielkie spłachetki ziemi, jeśli w ogóle istniały, nie zdradzały żadnych śladów makroskopijnych form życia, a atmosfera prawie nie zawierała tlenu. Uważa się, że Księżyc znajdował się wtedy znacznie bliżej Ziemi niż dziś, a bliskość ta wywoływała gigantyczne pływy, które raz na jakiś czas zalewały masy lądów.

Obecność wody w hadeiku rodzi problem "paradoksu słabego, młodego Słońca"[16]. Nasza wiedza o życiu gwiazd mówi nam, że Słońce musiało być w dawnych czasach o 30% chłodniejsze niż dzisiaj. Na tej podstawie możemy obliczyć, że temperatury panujące na Ziemi musiały wówczas być zbyt niskie, by na jej powierzchni mogła istnieć woda w stanie ciekłym. Ziemia musiała być zamarzniętą lodową kulą - jak dziś Europa, jeden z księżyców Jowisza. Zaskakujące ciepło panujące na Ziemi można wyjaśnić na kilka sposobów: mogła być ona skutkiem obecności gazów cieplarnianych w atmosferze albo jakimiś innymi szczególnymi cechami młodego Słońca. Najbardziej prawdopodobna obecnie hipoteza zakłada, że wyjaśnia je fakt, iż duża część powierzchni Ziemi była pokryta oceanami. Ponieważ woda pochłania światło słoneczne silniej niż stały ląd, oceany mogły wchłonąć wystarczającą ilość ciepła, by utrzymać względnie wysoką temperaturę[17].

Po hadeiku nastąpił archaik, który rozpoczął się 3,8 miliarda lat temu i był okresem znacznie spokojniejszym, jeśli chodzi o zmiany na poziomie planetarnym. Niemniej przepływ gorąca z jądra Ziemi był wciąż dwa do trzech razy mocniejszy niż dzisiaj, a aktywność wulkaniczna musiała być częsta i silna. To w archaiku powstały istniejące dzisiaj kontynentalne masy lądowe. Proces ten polegał na przyroście bogatych w krzem materiałów o niskiej gęstości, które, jako lżejsze niż przeciętny materiał składający się na płyty oceaniczne, "pływał" nad nimi. Bogate w krzem skały formowały się w granitowe ciała stałe, które stały się podstawą obecnych kontynentów. Uważa się powszechnie, że owe proto-kontynenty były znacznie mniejsze niż obecne kontynenty, choć jedna z hipotez zakłada, iż nie różniły się zbytnio wielkością od kontynentów, które ukształtowały się w bardzo wczesnych dziejach Ziemi[18]. Tak czy inaczej, oceany w archaiku zawierały prawdopodobnie więcej wody niż ich współczesne odpowiedniki - być może aż trzy razy więcej[19]. Ziemia w archaiku była więc planetą pokrytą głównie oceanami.

Podczas trwania kolejnych eonów większość z tej wody została utracona. Baseny oceanów "przeciekają" - woda spływa z nich do znajdującego się poniżej płaszcza Ziemi na drodze procesu obejmującego formowanie się uwodnionych (zawierających wodę) krzemianów, które są wpychane w płaszcz na krawędziach kontynentów przez ciągły ruch płyt tektonicznych. Innym mechanizmem powodującym utratę wody z powierzchni Ziemi jest fotodysocjacja, rozbijanie molekuł wody pod wpływem światła ultrafioletowego wysyłanego przez Słońce. Proces ten wytwarza wodór i tlen; pierwszy z nich może przenieść się do przestrzeni pozaziemskiej, więc wody nie da się odtworzyć. Te zjawiska, zachodzące w geologicznej skali czasowej, stopniowo zmniejszały ilość wody na powierzchni Ziemi i powodowały wyłanianie się mas lądowych, które znamy dzisiaj.

Podczas trwania archaiku promieniowanie słoneczne było nadal znacznie słabsze niż obecnie, ale niewielka zdolność oceanów do odbijania ciepła i, być może, obecność w atmosferze gazów cieplarnianych (głównie CO2) w wysokim stężeniu utrzymywały temperatury wystarczająco wysokie, by na powierzchni istniała woda. Klimat archaiku był, jak się powszechnie uważa, znacznie cieplejszy niż obecny, ale nowsze badania wskazują na istnienie łagodniejszego klimatu i możliwość występowania epok lodowcowych pod koniec eonu[20].

Życie w archaiku przybierało postać prostych organizmów jednokomórkowych pływających w oceanach. Ich metabolizm umożliwiała fotosynteza, a jej produktem ubocznym był tlen, gaz, który dla żyjących wówczas organizmów stanowił truciznę. Poziom tlenu w atmosferze pozostawał jednak niski. Bardzo możliwe, że był usuwany z atmosfery tuż po wytworzeniu się, na skutek reakcji z minerałami takimi jak jony tlenku żelaza, roztopionymi w oceanach. W rezultacie powstawały stałe tlenki żelaza, które osadzały się na dnie oceanów. To właśnie z tych starożytnych pokładów pozyskujemy większość użytkowanego dziś żelaza.

Archaik zakończył się 2,4 miliardy lat temu, kiedy tzw. katastrofa tlenowa[21] spowodowała przejście do proterozoiku, zmieniając skład atmosfery Ziemi i sposób funkcjonowania jej ekosystemów. Wydaje się, że katastrofę spowodowało głównie zaprzestanie działania reakcji z żelazem, które w archaiku usuwały tlen wytworzony w drodze fotosyntezy. Zjawisko to było jednak prawdopodobnie bardziej złożone i nie rozumiemy go jeszcze w pełni. Tak czy inaczej, mikroorganizmy nauczyły się wykorzystywać rosnące ilości tlenu do intensyfikowania swojego metabolizmu. Planeta zamieszkana wcześniej przez organizmy beztlenowe nagle stała się pełna tlenu, co spowodowało istną eksplozję życia - choć nadal w postaci jednokomórkowców żyjących głównie w oceanach.

Około 540 milionów lat temu proterozoik zakończył się, ustępując z chwilą kolejnej eksplozji życia miejsca nowemu eonowi, fanerozoikowi, znanemu też jako era widzialnego życia. W miarę jak rosła zawartość tlenu w atmosferze, w oceanach zaczęły pojawiać się ryby i inne wodne formy życia, na lądzie zaś - płazy i rośliny. Z czasem kontynenty zostały całkowicie skolonizowane przez rośliny i zwierzęta.

Fanerozoik rozpoczął się ponad 500 milionów lat i trwa do dziś. Był okresem wielu dramatycznych zmian klimatycznych, od epok lodowcowych po łagodne czasy, gdy Ziemia była gorącym ogrodem nazywanym czasem "szklarnią Ziemia"[22]. Miały wtedy miejsce potężne wybuchy wulkanów i uderzenia asteroid. Życie odradzało się po tych katastrofach w coraz to nowszych postaciach, co określa się nieraz mianem postępu ku wyższym formom życia. Prawdą jest jednak również to, że biologiczna produktywność naszej planety może mieć już za sobą swój okres szczytowy, mający miejsce w pierwszej fazie fanerozoiku, znanej jako paleozoik, a potem ulegało stopniowemu schyłkowi. Optymalne warunki dla życia mogły pojawić się w owej okresie dzięki równowadze promieniowania słonecznego i stężenia dwutlenku węgla[23].

Ostatnie stadium fanerozoiku znane jest jako holocen - ostatnie 12 tysięcy lat życia planety, w których panowały względnie stabilne warunki klimatyczne i nastąpił rozwój ludzkiej cywilizacji. Ostatnią fazę holocenu nazywa się często antropocenem, choć termin ten nie został jeszcze oficjalnie uznany[24]. Niezależnie od tego antropocen definiuje się jako okres, w którym skutki działalności człowieka na ekosystem Ziemi - w tym rolnictwo, górnictwo, wzrost populacji i zanieczyszczenia - stały się na tyle znaczne, że zapoczątkowują rozwój nowego ekosystemu, którego cechy dopiero się przed nami odsłonią i który może wcale nie być korzystny z ludzkiego punktu widzenia. By zrozumieć, w jaki sposób oddziałują te czynniki i jak zmienia się Ziemia, musimy zrozumieć, jak działa ekosystem - wewnętrzny mechanizm napędzający Gaję jako żywą planetę.

Gaja - żywa planeta

Wewnętrzna struktura naszej planety nie zmieniła się wiele od czasów wczesnego archaiku, przynajmniej pod względem jakościowym. Temperatura centrum Ziemi zmniejszyła się, ale pozostaje wystarczająco wysoka, by nadal istniało gorące jądro złożone z metali, częściowo stopione, częściowo stałe z powodu ogromnego nacisku wywieranego na nie przez ciężar znajdujących się nad nim skał. Obecna temperatura jądra wewnętrznego wynosi około 6000 tysięcy stopni Celsjusza. Część tego gorąca zachowała się jeszcze z czasów formowania się wyjściowej protoplanety, ale większość wytwarzana jest przez rozpad izotopów promieniotwórczych takich jak uran i tor[25]. Jądro otoczone jest grubym płaszczem, złożonym głównie z krzemianów, minerałów zawierających krzem i tlen. Temperatura płaszcza wynosi około 4000 stopni Celsjusza bliżej jądra, a 500-900 stopni bliżej skorupy.

Przepływ ciepła z jądra Ziemi jest kluczowy dla funkcjonowania świata, jaki znamy. Jest on niewielki, wynosi tylko około 1/10 terawata na metr kwadratowy, ale mierzona w skali całej planety, energia ta wynosi 44 terawaty, znacznie więcej niż energia wytwarzana obecnie przez ludzi, głównie z paliw kopalnych. Ciepło to wystarcza, by wytwarzać szereg zjawisk geologicznych, które sprawiają, że Ziemia jest "żywa". Bez tego wewnętrznego ciepła Ziemia byłaby martwą planetą, jak Księżyc i Mars.

Ciepło płynące z jądra Ziemi powoduje też ruchy konwekcyjne w obrębie lepkiego, na wpół stopionego płaszcza. Ruchy te są źródłem większości aktywności geologicznej, od wulkanów po trzęsienia ziemi, której doświadczamy na powierzchni. Ruchy konwekcyjne skierowane z dołu do góry powodują powstawanie grzbietów na dnach oceanów, gdzie materiał płaszcza jest wciąż wypychany na powierzchnię płyt oceanicznych. Tam ochładza się, jest odpychany przez nowy materiał naciskający na niego od spodu, i przesuwa się na swego rodzaju taśmie, która zaczyna się na grzbiecie oceanicznym, a kończy na brzegach kontynentów, gdzie zostaje odepchnięty z powrotem do wnętrza płaszcza w procesie zwanym subdukcją. Cała ta podróż przez płytę oceaniczną może trwać dziesiątki milionów lat. Kontynenty są wciąż wprawiane w bardzo powolny ruch przez ruchy konwekcyjne płaszcza; przemieszczają się tylko kilka centymetrów na rok - to tempo wolniejsze niż prędkość, z jaką rosną ludzkie paznokcie. A jednak się poruszają; przez miliony lat masy kontynentalne wykonywały dzięki niemu skomplikowany taniec, który rozdzielał je i na powrót łączył w szeregu potężnych rozłamów i zderzeń. Kontynenty, które znamy dzisiaj, są częściami dawnego superkontynentu zwanego Pangeą, który zaczął się rozpadać jakieś 170 milionów lat temu.

Kiedy jeden kontynent zderza się z innym, kolizja trwa zwykle miliony lat i angażuje ogromne ilości energii. Proces ten sprawia, że skorupa ziemska fałduje się, gdy wielkie ilości materiałów zostają zepchnięte razem i nawarstwiają się, tworząc łańcuchy górskie. Himalaje na przykład są skutkiem kolizji między płytą indyjską a płytą azjatycką - procesu, który rozpoczął się 50 milionów lat temu i trwa do dziś. Alpy wyłoniły się wskutek ruchu płyty afrykańskiej w kierunku północnym, ruchu, który w końcu doprowadzi do zniszczenia Morza Śródziemnego. To dlatego w górach można znaleźć odłamki dna oceanicznego i skamieliny. Były one zagadką dla dawnych geologów, którzy nie znaleźli innego jej rozwiązania, jak tylko przypisanie ich obecności biblijnemu potopowi.

Wprowadzenie/

Epopeja wydobycia minerałów rozpoczęła się dziesiątki tysięcy lat temu, kiedy nasi odlegli przodkowie zaczęli wykopywać kamienie, których używali jako narzędzi. Był to skromny początek jak na rewolucję, która doprowadziła do powstania współczesnego przemysłu wydobywczego, pozyskującego i przetwarzającego corocznie miliardy ton surowców. Ów potężny strumień mineralnych towarów dostarcza energii i zasobów niezbędnych światowej gospodarce do produkcji towarów i usług.

Jednak w miarę rabowania Ziemi z jej mineralnych skarbów coraz częściej wyrażamy obawy o to, że najważniejsze z nich się "skończą". Często wyśmiewa się je jako przepowiednie Kasandry, od imienia mitycznej prorokini, w której przepowiednie, na skutek klątwy bogów, nikt nie wierzył.

Nie zapominajmy jednak, że Ziemia jest skończona; tak samo skończone są żyły, złoża, pokłady i odwierty, z których pozyskujemy minerały. Pytanie, jak długo jeszcze będziemy mieć dostęp do tych cennych zapasów, jest więc zasadne. Słusznie jest także pytać o to, jak stopniowe wyczerpywanie się rud mineralnych wpłynie na gospodarkę - na długo przed tym, jak czegokolwiek rzeczywiście zacznie "brakować". I, na koniec, jeszcze zasadniej jest zapytać o to, jak rozprzestrzenianie się wydobywanych materiałów, zjawisko, które nazywamy "zanieczyszczeniem", będzie oddziaływać na ziemski ekosystem. Wiele z nich jest trujących dla żywych istot; wiele spośród substancji chemicznych wykorzystywanych przy ich wydobywaniu jest toksycznych albo szkodliwych dla środowiska. W przypadku wydobycia węglowodorów kopalnych, takich jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, wpływ na środowisko przybiera jeszcze bardziej niebezpieczną formę, ponieważ końcowym jego produktem jest emisja dwutlenku węgla (CO2), która nieodwracalnie zmienia klimat naszej planety.

Górnictwo bez wątpienia dramatycznie przekształciło Ziemię - a nawet dostrzegany przez nas krajobraz - a także napędzało gospodarkę opartą na nieograniczonym wzroście, zależnym od pozornie nieskończonych zasobów surowców. Przecież wszystko, czego używamy, musi albo wyrosnąć, albo zostać wydobyte. Na ile jednak wystarczą jeszcze zasoby minerałów? W jakimś sensie wszyscy zdajemy sobie sprawę z tego, że nie na zawsze. Żyjemy w skończonym świecie. Mimo to jednostki, branże i rządy korzystające z tych ograniczonych zasobów często bronią się przed sprawdzeniem, ile rzeczywiście pozostało danego surowca, nie mówiąc już o skutkach jego wydobywania czy wykorzystywania. Jako społeczeństwo opieramy się przed akceptacją naturalnych ograniczeń, zwłaszcza wtedy, gdy ograniczenia te kwestionują pogląd, że możemy działać tak, jak zawsze.

Jedną z pierwszych prac mających na celu analizę i zmierzenie skali tego zjawiska były Granice wzrostu, opublikowane w 1972 r.[1] Raport ten został sfinansowany przez Klub Rzymski, think tank złożony z intelektualistów zatroskanych o przyszłość świata, a zrealizowany przez grupę badaczy z Massachusetts Institute of Technology. Wykorzystując najlepsze z dostępnych ówcześnie komputerów, wzięli pod uwagę interakcję wielu parametrów światowego systemu gospodarczego i opracowali scenariusze jego możliwej ewolucji do końca XXI w. Brali pod uwagę wszystko, od dostępności zasobów po wzrost populacji, a także szereg innych czynników, w tym wzrost kosztów wydobycia i walki z zanieczyszczeniem powodowanym przez działalność przemysłową. Ich celem było opracowanie pełnego scenariusza - cel, którego nikt wcześniej nie próbował zrealizować i który mógł ukazać potencjalne konsekwencje oddziaływania wraz z upływem czasu połączonych efektów wyczerpywania się zasobów, zanieczyszczenia i wzrostu populacji.

Wyniki tego badania nie pozostawiły wiele miejsca na optymizm: okazało się, że wyczerpywanie się zasobów i szkody wywołane zanieczyszczeniem muszą zatrzymać wzrost gospodarczy i w którymś momencie nie tak odległej przyszłości spowodować nieodwracalny upadek systemów przemysłowych i rolniczych. To z kolei spowoduje pogorszenie się stanu ludzkiej populacji. Ów "podstawowy scenariusz", wykorzystujący dane uznane wówczas za najbardziej wiarygodne, ukazywał pogorszenie się systemów przemysłowych i rolniczych w pierwszych dziesięcioleciach XXI w. i następujący po jakichś kilkudziesięciu latach początek pogorszenia się stanu populacji. Inny scenariusz, oparty na odmiennym oszacowaniu parametrów wejściowych, przewidywał późniejsze pogorszenie, ale nie zakładał żadnej możliwości jego uniknięcia, nawet przy wyjątkowo optymistycznych założeniach początkowych. Badanie to pokazało, że wyłącznie radykalne zmiany w sposobie funkcjonowania światowej gospodarki mogą zapobiec katastrofie i na dłuższą metę ustabilizować system gospodarczy. Jako środki do osiągnięcia tego celu autorzy proponowali ograniczenie rozwoju przemysłowego i wydobycia zasobów mineralnych. Zalecali również wprowadzenie zrównoważonych praktyk w przemyśle i rolnictwie, jak również środków mających ograniczyć wzrost liczebności populacji.

Nie trzeba mówić, że żadnych spośród tych zaleceń nigdy nie wprowadzono w życie. Historia Granic wzrostu dotyczy nie tylko przypadku badań naukowych, ale i tego, jak trudno przychodzi naszemu społeczeństwu planowanie przyszłości. Książka wznieciła po swojej publikacji gorącą dyskusję, która po kilku latach przeistoczyła się w kampanię oszczerstw mających na celu podważenie wiarygodności raportu. W końcu udało się przekonać publiczność, że Granice wzrostu stanowiły tylko szereg błędnych prognoz przygotowanych przez grupę zaślepionych naukowców, którzy myśleli, że już niedługo zabraknie nam wszystkiego.

Jednak publiczny odbiór przekazu raportu był oparty na pomyłce; żaden ze scenariuszy opisanych w raporcie nie przewidywał, że ludzkości zabraknie wszystkich zasobów przed końcem XXI w. Opierały się one na oczywistym założeniu, że postępujące zmniejszanie się zasobów może prowadzić tylko do wzrostu kosztów produkcji, a nagromadzenie się odpadów spowoduje wzrost kosztów walki z zanieczyszczeniem. Choć zwolennicy nieograniczonego wzrostu nadal zażarcie potępiają wnioski raportu, tezy Granic wzrostu oraz ich aktualizacji pochodzących z lat 1982 i 2004 zostały sprawdzone i potwierdzone przez nowsze badania[2]. Wiele prac ukazało, że trajektoria światowych parametrów ekonomicznych zgadza się dość ściśle z przedstawionym w raporcie podstawowym scenariuszem[3]. Scenariusz ów przewidywał, że zanieczyszczenia i wyczerpywanie się zasobów razem wzięte staną się przeszkodą dla wzrostu gospodarczego mniej więcej między rokiem 2000 a 2020, co może wyjaśniać zamęt w światowej gospodarce, który obserwujemy obecnie. Ostrzeżenia autorów raportu, podobnie jak przepowiednie Kasandry, okazały się trafne.

Nie zmienia to jednak faktu, że straciliśmy wiele cennego czasu, gdy negacjoniści uznali raport za zagrożenie dla normalnych sposobów postępowania. W końcu, niestety, w klimacie optymizmu lat 90. zarzucono systematyczne badania zjawiska gospodarczych konsekwencji wyczerpywania się zasobów - w owych czasach większość ludzi wydawała się wierzyć, że Internet przyniesie nam na wieczne czasy nieskończony dobrobyt.

Obecnie zainteresowanie kwestią zmniejszania się zasobów pojawia się na nowo[4]. Wiele badań zamyka konkluzja, że faktycznie docieramy do punktu, w którym stopniowe wyczerpywanie się niedrogich zasobów mineralnych stanie się główną przeszkodą dla wzrostu gospodarczego, a nawet dla utrzymania obecnego poziomu produkcji. Problem zmniejszania się zasobów mineralnym jest tym bardziej palący, że towarzyszą mu przyspieszająca destrukcja środowiska i szybki wzrost ludzkiej populacji. Temperatury na świecie rosną, gwałtowne zjawiska pogodowe spowodowane przez zmiany klimatyczne pojawiają się coraz częściej, a oprócz nich czeka nas zmierzenie się z szeregiem innych zagrożeń, od zakwaszenia oceanów po susze i zanik bioróżnorodności.

Wszystkich tych trudności nie da się sprowadzić do kwestii "braku" surowców czy niewielkiego wzrostu temperatur powietrza. Oznaczają one całkowite przekształcenie całego ekosystemu Ziemi wywołane przez ludzkie oddziaływanie na planetę. Dlatego wezwanie do działania sformułowane w 1972 roku w Granicach wzrostu jest dziś tym bardziej naglące. Musimy stawić czoła problemom zniszczenia środowiska i wyczerpywania się minerałów za pomocą skuteczniejszego działania ze strony wszystkich dziedzin przemysłu, wykorzystywania odnawialnych źródeł energii, a także opracowania wydajnych procesów recyklingu, które przedłużą czas życia dostępnych jeszcze zasobów. Skuteczne radzenie sobie z tymi problemami wymaga dobrze działającej gospodarki przemysłowej, która mogłaby dostarczyć zasobów niezbędnych do rozpoczęcia procesu zastępowania paliw kopalnych źródłami energii niewęglowej, jak również środków zmniejszających ryzyko (i być może geoinżynierii), mogących zrównoważyć szkody poczynione przez zmiany klimatu. Tylko w ten sposób możemy zmierzyć się z podwójnym wyzwaniem wyczerpywania się zasobów i zmian klimatycznych.

Niniejsza książka zawiera pospieszny przegląd historii górnictwa, jak również naukowego ujęcia obecnego stanu wyczerpania zasobów i jego wpływu na gospodarkę i ekosystem. Część pierwsza opisuje potężny cykl wydobycia, który rozpoczął się dziesiątki tysięcy lat temu, a obecnie wykazuje oznaki schyłku. Ukazuje starodawne procesy, w wyniku których powstały minerały, przedstawia dzieje górnictwa i powstanie mineralnych imperiów. W części drugiej zajmuję się związkiem minerałów i energii, pokazuję, jak modelujemy wyczerpywanie się zasobów, i zwracam uwagę na mroczną stronę naszego uzależnienia od stałego wydobycia surowców. Część trzecia dotyczy tego, co nadchodzi, opisując możliwe strategie pozwalające na podtrzymanie poziomu energii i zaspokojenie innych społecznych potrzeb bez korzystania z tanich minerałów-towarów, do których byliśmy dotąd przyzwyczajeni.

Rozproszone po całej książce "migawki" autorstwa ekspertów specjalizujących się z zagadnieniu minerałów prezentują przyszłość wybranych kopalin - precyzują, co jeszcze pozostało, co można jeszcze bezpiecznie wydobywać, jak poziom podaży minerałów wpłynie na gospodarkę, co można odzyskać z będących już w obiegu substancji poprzez recykling, a co można zastąpić czymś innym. Obecnie w naszej gospodarce funkcjonuje wiele zasobów mineralnych. Około 90 z nich znajduje się na corocznie aktualizowanej liście Amerykańskiego Towarzystwa Geologicznego. Nie chodzi o powtarzanie tutaj tego spisu, ale o ukazanie znaczenia wybranych, najważniejszych minerałów - tych, które mają największe znaczenie jako źródła energii (jak paliwa kopalne i uran), które odgrywają ważne role w przemyśle (jak m.in. nikiel, cynk i miedź), czy w dziedzinie nowoczesnych technologii (jak metale ziem rzadkich i lit). Inne migawki ukazują, jak minerały (np. fosforany) wpływają na bezpieczeństwo żywnościowe. Niektóre dotyczą gwałtownych zmian zachodzących dziś w światowej gospodarce, a wszystkie przyjmują perspektywę długoterminową i skupiają się na trendach o zasięgu ogólnoświatowym.

Z tych analiz płynie wniosek, że docieramy obecnie do granic dostępności wielu spośród tych kluczowych zasobów - do granic niektórych szybciej niż do granic innych - i że metody, którymi posługuje się globalny przemysł wydobywczy, by przewidywać, jakie zasoby minerałów nam jeszcze pozostały, mogą być całkowicie nieadekwatne do określania, ile z nich można wydobyć, nie ponosząc ogromnych kosztów - finansowych, ekologicznych i energetycznych.

Przedmowa/ Jorgen Randers

Ponad 40 lat temu należałem do zespołu badawczego założonego na MIT w celu zrozumienia potencjalnych długoterminowych konsekwencji rozmaitych globalnych strategii politycznych, np. tych dotyczących wzrostu populacji i wzrostu gospodarczego. Chcieliśmy dowiedzieć się, jakie działania mogłyby doprowadzić do przyszłości, w której ludzie żyliby w równowadze z naturą, a jakie doprowadziłyby do przekroczenia naturalnych ograniczeń planety, co w końcu zmniejszyłoby pojemność środowiska. Co by się stało, gdyby przesunąć dźwignię w jedną lub drugą stronę? Był to mój pierwszy głębszy wgląd w to, jak splot warunków fizycznych i ludzkich działań może doprowadzić do wielu różnych możliwych rezultatów.

Nasze oparte na modelach badanie zyskało sławę jako Granice wzrostu; podsumowywała je książka o tak samo brzmiącym tytule. Wśród wielu zadawanych przez nas pytań było także to dotyczące kwestii, jak wyczerpywanie się nieodnawialnych surowców mineralnych wpłynie na światową gospodarkę w okresie ponad stu lat. Czy "skończą" się nam najważniejsze minerały? Doszliśmy do wniosku, że jest to mało prawdopodobne; nasz model wykazywał, że wyczerpywanie się kopalin zacznie wpływać na gospodarkę na długo przed tym samym zniknięciem minerałów. Dlaczego? Ponieważ najprawdopodobniej zabraknie nam kapitału niezbędnego, by robić użytek z minerałów, zanim zabraknie ich samych. Nasze dane wskazywały, że w konsekwencji produkcja wykorzystująca kopaliny zacznie się zmniejszać w ciągu pierwszych dziesięcioleci XXI w. W dłuższej perspektywie czasowej znaczna część bogactw mineralnych pozostanie pod ziemią, niewydobyta.

Znajdujemy się właśnie na tego rodzaju progu. Z pewnością dokopaliśmy się do wielu problemów ekologicznych, ale jaka jest prognoza dla samych zasobów mineralnych?

Ugo Bardi analizuje w książce Wydobycie właśnie zjawisko wyczerpywania się zasobów. Większość książek poświęconych zasobom mineralnym składa się z nużących list pozostałych jeszcze rezerw, ustawionych w równych rządkach, jak gdyby były żołnierzami gotowymi do bitwy. Bardi przyjmuje jednak inną perspektywę. Przywołuje w niniejszej pracy całą, porywającą historię minerałów, począwszy od ich stworzenia przez wielką eksplozję supernowych. Ukazuje, jak prastare, powolne procesy geologiczne doprowadziły do ich nagromadzenia się w postaci złóż w skorupie Ziemi. Opowiada, jak ludzie znaleźli ten ukryty skarb, jak stworzył on i zmieniał cywilizacje, i jak w wielu wypadkach plądrowaliśmy go bez zwracania uwagi na konsekwencje dla ekosfery czy dla nas samych. W czasie, gdy dyskusja o wyczerpywaniu się zasobów mineralnych sprowadza się często do przywoływania czarno-białych analiz dotyczących tego, co się kończy, czego zaczyna nam brakować, co się wyczerpuje i jak mamy sobie bez tego poradzić, Wydobycie oferuje analizę pełnowymiarową, ukazującą rzeczywiste skutki bezwzględnego łupienia planety z jej bogactw mineralnych: zmieniony krajobraz, ogromne zanieczyszczenie, możliwe zawirowania gospodarcze, a także, wśród innych poważnych konsekwencji, uwolnienie gazów cieplarnianych na skutek wydobycia i spalania paliw kopalnych.

40 lat obserwowania trendów środowiskowych, gospodarczych i behawioralnych każe mi sądzić, że na froncie paliw kopalnych koszty zmniejszania niekorzystnych skutków zmiany klimatu zmuszą nas do zaprzestania wydobycia węgla, ropy naftowej i gazu na długo przed tym, jak ich zabraknie - ale nie dość wcześnie, by zapobiec poważnym szkodom. Podejrzewam, że podobne ograniczenia ekonomiczne powstrzymają nas również przed wydobyciem resztek innych ważnych minerałów omawianych w tej książce. Nie znaczy to jednak, że wyczerpywanie się ich nie jest poważnym problemem.

Bardi podkreśla np., że wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych nie "rozwiązuje" problemu zmiany klimatu. Raczej go pogarsza, przynajmniej obecnie, jako że z powodu zmniejszania się liczby łatwo dostępnych źródeł ropy i gazu, przemysł ucieka się do wydobywania ich w sposób powodujący większe zanieczyszczenia. Jak opisuję to w mojej książce 2052, upłynie prawdopodobnie kilkadziesiąt lat, zanim połączenie wyczerpywania się zasobów, zapaści gospodarczej i spadku liczebności populacji doprowadzi do znaczącego spadku emisji gazów cieplarnianych. W międzyczasie musimy uświadomić sobie istnienie podwójnego problemu wyczerpywania się zasobów i zmian klimatycznych, zrozumieć go i mu przeciwdziałać - albo bardzo z jego powodu ucierpimy.

Wyczerpywanie się zasobów jest tak naprawdę zjawiskiem długoterminowym, wymagającym serii ostrożnych kroków, które zabiorą nam dekady i stulecia; nieszczęsną cechą ludzkiego umysłu - a w szczególności umysłu politycznego i korporacyjnego - jest niestety dostrzeganie wyłącznie niedalekiej przyszłości i podejmowanie decyzji uwzględniających tylko zyski krótkoterminowe. Bardi oferuje nam jednak wizję uwzględniającą długoterminową perspektywę, udowadnia, że wyczerpywanie się zasobów już odgrywa istotną rolę w naszej rzeczywistości, i omawia pewne spośród zmian ekonomicznych i politycznych, które powinniśmy wprowadzić, by stworzyć przyszłość lepszą od tej, ku której aktualnie zmierzamy.

Jorgen Randers

styczeń 2014