Carbonio C

Il contesto scientifico dell'epoca

Nell'universo il carbonio è il quarto elemento per massa, dopo idrogeno, elio e ossigeno; nella crosta terrestre solo il quindicesimo; in un corpo umano il secondo, il diciotto e mezzo per cento del peso, subito dopo l'ossigeno. Questa sproporzione — raro nella roccia, abbondante nella carne — è la sua storia in una riga. Il carbonio ha una capacità insolita alle temperature della Terra: legarsi a sé stesso in catene, anelli, reticoli, e formare polimeri stabili. Dei suoi composti ne sono stati descritti circa duecento milioni, ed è una frazione di quelli possibili. Prima di essere un elemento è stato una condizione: quella per cui la materia, a un certo punto, ha potuto complicarsi abbastanza da vivere.

Il carbonio nasce nelle stelle da un colpo di fortuna ripetuto miliardi di miliardi di volte. Quando una stella ha esaurito l'idrogeno nel nucleo si contrae e si scalda; a cento milioni di gradi, sei volte il centro del Sole, due nuclei di elio riescono a fondersi in berillio-8. Ma il berillio-8 è instabile e si rompe in ottanta miliardesimi di miliardesimo di secondo: perché nasca il carbonio, un terzo nucleo di elio deve arrivare in quell'istante e agganciarsi. Il carbonio-12 che si forma è in uno stato eccitato, lo «stato di Hoyle», e quasi sempre si disfa di nuovo in tre particelle alfa; solo una volta su circa duemilaquattrocento decade nella forma stabile e resta. Tutto il carbonio che esiste — grafite, diamante, petrolio, DNA — è passato per quella cruna.

Che quella cruna esistesse lo disse un astronomo prima che i fisici la misurassero. Nel 1953 Fred Hoyle ragionò a rovescio: il carbonio nell'universo è abbondante, dunque le stelle devono fabbricarlo in quantità, dunque il nucleo di carbonio-12 deve avere un livello di energia a circa 7,68 megaelettronvolt che renda la fusione probabile. Andò al Caltech, nel laboratorio di William Fowler, e lo disse. I fisici nucleari erano scettici; un giovane in cerca di un progetto, Ward Whaling, ottenne un vecchio generatore Van de Graaff inutilizzato e pochi mesi dopo trovò la risonanza a 7,65. Hoyle fu messo come primo autore. Nel 1983 il Nobel per la fisica andò a Fowler, con Chandrasekhar, e Hoyle fu lasciato fuori, con sorpresa di molti. Aveva previsto una proprietà del nucleo di carbonio dal fatto che di carbonio ce n'è tanto.

L'uso del carbonio da cui questo vault lo fa cominciare è un disegno. Il 18 dicembre 1994 tre speleologi — Eliette Brunel-Deschamps, Christian Hillaire e Jean-Marie Chauvet — entrano in una grotta sulle gole dell'Ardèche e trovano pareti coperte di cavalli, leoni, rinoceronti tracciati a carbone di legna. Il carbone è il pigmento che si data da solo: entro il 2011 più di ottanta misure al radiocarbonio, sui segni delle torce, sui disegni, sulle ossa e sui carboni del pavimento, dicono due stagioni di frequentazione, trentacinquemila e trentamila anni fa; con la curva di calibrazione del 2020 il disegno più antico sale a trentaseimilacinquecento. In Australia, a Nawarla Gabarnmang, i disegni a carbone hanno ventottomila anni. L'ocra, l'ematite, l'ossido di manganese davano gli altri colori; il nero, ovunque, era legno bruciato. Ed è il nero che ci dice quando.

Per diecimila anni il carbonio si è fabbricato così: cataste coniche di legna coperte di zolle o d'argilla, con qualche apertura in basso perché entrasse poca aria, accese dal fondo e lasciate covare. Il legno perde acqua e volatili e resta il carbone, che brucia più caldo e più pulito. Chi lo faceva, il carbonaio, viveva spesso isolato nel bosco per sorvegliare la catasta: un errore di aria e il carbone diventa cenere. Con il carbone di legna si è fuso il rame, il bronzo, il ferro, e si è fatta la polvere da sparo; e con esso si sono spogliati i boschi dell'Europa centrale, finché la ceduazione non provò a governare il taglio e la scarsità di legna non spinse verso l'altro carbone, quello di miniera. La chimica della catasta è ancora quella di oggi; è cambiato tutto il resto.

La terza faccia del carbonio viene dai fiumi dell'India. Nei depositi alluvionali del Penner, del Krishna e del Godavari i diamanti si raccolgono da almeno tremila anni, forse da seimila; furono icone religiose prima che gemme, e punte per incidere prima ancora. I greci li chiamarono adámas, «indomabile», per la durezza che nessuna pietra scalfiva. Per più di duemila anni l'India fu l'unica fonte del mondo, e fra il Cinquecento e il Settecento il sultanato di Golconda ne fece un'industria: i suoi diamanti, carbonio puro senza tracce d'azoto, restano il riferimento della limpidezza, e il francese Tavernier, che nel Seicento poté esaminare il Gran Mogol, ne portò in Europa la fama. Poi le miniere si esaurirono, il Brasile prese il posto dell'India dopo il 1730 e l'Africa dopo il 1866. Nessuno, in tutto questo tempo, sospettò che la gemma fosse parente della fuliggine.

La seconda faccia, la grafite, ha invece una data e un luogo: prima del 1565, forse già nel 1500, sotto il Grey Knotts nella valle di Borrowdale, in Cumbria, si scopre un giacimento di un minerale nero, tenero e untuoso. I pastori lo usano per marcare le pecore; si taglia a bastoncini con la sega, ed è l'unico giacimento di grafite compatta di quella scala mai trovato al mondo. Lo chiamano plumbago, minerale di piombo, perché nessuno sa che cos'è. Sotto Elisabetta I diventa materia militare: con la grafite si rivestono gli stampi delle palle di cannone, che escono più lisce e rotonde e volano più lontano. La Corona si prende la miniera, la fa sorvegliare, e quando le scorte bastano la allaga per impedire i furti. Nella vicina Keswick, intanto, con gli stessi bastoncini nasce l'industria della matita.

La matita è figlia di un blocco navale. Alla fine del Settecento la Francia in guerra non poteva importare i bastoncini di Borrowdale, l'unica fonte conosciuta, e nel 1795 Nicolas-Jacques Conté, pittore e ufficiale dell'esercito di Napoleone, trovò il modo di fare a meno del giacimento: grafite in polvere impastata con argilla, tirata in bacchette e cotta in forno, con la durezza regolata dalla proporzione. L'austriaco Joseph Hardtmuth, fondatore della Koh-I-Noor di Vienna, ci era arrivato prima, e la sua azienda brevettò il procedimento nel 1802: è ancora quello di oggi. Il nome, intanto, si era sistemato: Scheele aveva dimostrato nel 1778 che plumbago, molibdena e «piombo nero» erano almeno tre minerali diversi, e nel 1789 Abraham Gottlob Werner battezzò il primo graphit, pietra per scrivere. In tedesco la matita si chiama ancora Bleistift, penna di piombo, e in inglese la sua anima si chiama lead: il piombo non c'è mai stato.

Il carbone che sta sotto terra è stato a lungo una curiosità locale. A Fushun, nella Cina nord-orientale, lo si usava per fondere il rame già intorno al 1000 avanti Cristo; Marco Polo, nel Duecento, descrisse «pietre nere che bruciano come legna», così abbondanti che la gente poteva farsi tre bagni caldi la settimana. In Europa la prima menzione è nel trattato Sulle pietre, fra il quarto e il terzo secolo avanti Cristo; in Britannia il carbone affiorante alimentava le pire funebri dell'età del bronzo e, alla fine del secondo secolo dopo Cristo, i romani sfruttavano tutti i grandi bacini d'Inghilterra e Galles. Ma per millenni resta una pietra che brucia, non un'economia. Nel 1700 cinque sesti del carbone del mondo si estraggono in Gran Bretagna, e la Gran Bretagna sta per scoprire che cosa farne.

L'elemento si riconosce a pezzi, uno per faccia. Nel 1722 Réaumur dimostra che il ferro diventa acciaio assorbendo «una sostanza», senza sapere quale. Nel 1779 Scheele prova che la grafite, creduta piombo, è la stessa cosa del carbone di legna con un po' di ferro dentro, perché ossidata con l'acido nitrico dà il suo «acido aereo», cioè anidride carbonica. Nel 1786 Berthollet, Monge e Vandermonde lo confermano bruciando la grafite nell'ossigeno come Lavoisier aveva fatto col diamante, e propongono per ciò che se ne va in gas un nome, carbone, dal latino carbo, il carbone di legna; nel 1789 Lavoisier lo mette nella sua tavola degli elementi. Le lingue germaniche non hanno accettato il latino: Kohlenstoff, koolstof, kulstof, «sostanza del carbone». Il nome dice da dove si è partiti, e da dove si è partiti è la cosa più comune del mondo.

Pochi elementi mettono in mano due solidi così diversi. La grafite è tanto tenera da lasciare una striscia sulla carta, ed è da questo che prende il nome; il diamante è il materiale naturale più duro che si conosca. La grafite conduce bene l'elettricità, il diamante quasi niente; eppure diamante, nanotubi e grafene sono, fra tutti i materiali noti, quelli che conducono meglio il calore. La grafite è la forma stabile, il diamante una forma che dura solo perché ci mette un'eternità a ripensarci; e a pressione atmosferica il carbonio non fonde affatto: passa da solido a vapore a 3.915 kelvin, il punto di sublimazione più alto di tutti gli elementi. Stessi atomi, legati in modi diversi. Che due cose così opposte fossero una sola è la scoperta vera, ed è arrivata tardi perché era difficile da credere.

La vicenda umana

Nel 1772 un giovane Lavoisier, che sta per dedicarsi alla combustione — la nota all'Accademia sul fosforo è del 20 ottobre di quell'anno — fa una cosa che a Parigi sembra uno spreco: concentra con una lente la luce del sole su un diamante chiuso in un recipiente e lo guarda sparire. La memoria si intitola Sulla distruzione del diamante col fuoco. Il diamante non lascia acqua, come non la lascia il carbone di legna, e produce lo stesso gas, quello che intorbida l'acqua di calce; per grammo, la stessa quantità. La voce enciclopedica che oggi lo racconta dice che Lavoisier «dimostrò che il diamante è una forma di carbonio» e che introdusse con questo la possibilità dell'allotropia. La scheda base di questo vault, su altre fonti, dice che si fermò un passo prima. La distanza fra le due letture è raccontata più avanti; l'esperimento, comunque, è quello.

Riconosciuto l'elemento, restava da capire perché fosse diverso. Berzelius aveva diviso i composti in due regni: organici quelli che solo un organismo sa fabbricare, inorganici gli altri, e i chimici vitalisti prevedevano che la barriera non si sarebbe mai attraversata. Nel 1828 Friedrich Wöhler scalda cianato d'argento con cloruro d'ammonio, o cianato di piombo con ammoniaca, e ottiene urea, un prodotto del metabolismo animale. È la reazione che i manuali citano come inizio della chimica organica moderna: un composto del carbonio «della vita» uscito da sali che con la vita non avevano nulla a che fare. Quello che la reazione significò davvero per i contemporanei è un'altra questione, e sta fra le controversie.

La chimica del carbonio diventa una grammatica con August Kekulé. Fra il 1857 e il 1858, sulle spalle di Williamson, Gerhardt, Frankland, Odling, Laurent e Wurtz, formula la teoria della struttura: ogni atomo ha una valenza, quella del carbonio è quattro, e gli atomi di carbonio possono legarsi fra loro in catene. Da quel momento una formula non è più un inventario di atomi ma un disegno di chi tiene chi. Kekulé raccontò molto più tardi, nel 1890, di aver visto per la prima volta gli atomi danzare e concatenarsi sull'imperiale di un omnibus a cavalli, a Londra, negli anni in cui vi lavorava; la teoria uscì nel maggio 1858, l'anno in cui divenne professore a Gand, prima di Bonn nel 1867. Fra i suoi allievi ci sono van 't Hoff, Emil Fischer e Adolf von Baeyer: la chimica organica del secolo dopo.

Il benzene era il problema che le catene non risolvevano: sei carboni e sei idrogeni, una formula troppo povera di idrogeno per essere una catena aperta, e una stabilità che non somigliava a quella delle sostanze insature. Couper nel 1858 e Loschmidt nel 1861 avevano proposto strutture con più doppi legami o più anelli, ma le prove erano poche. Nel gennaio del 1865 Kekulé pubblica la sua: un anello di sei atomi di carbonio con legami semplici e doppi alternati, e più tardi l'idea che i legami oscillino, ciascuno semplice per metà del tempo e doppio per l'altra metà. Nel 1928 Linus Pauling sostituirà l'oscillazione con la risonanza fra strutture quantistiche, ma l'esagono resta. Nel 1890 la Società chimica tedesca celebrò i venticinque anni dell'anello con una festa solenne, e fu lì che Kekulé raccontò del serpente.

Nel 1874 un olandese di ventidue anni, Jacobus Henricus van 't Hoff, pubblica un opuscolo in cui i quattro legami del carbonio non stanno più su un foglio ma nello spazio, puntati verso i vertici di un tetraedro. Ne segue che un carbonio con quattro sostituenti diversi può esistere in due forme speculari, e che le molecole hanno una mano destra e una sinistra: nasce la stereochimica, e in parallelo ci arriva Le Bel. Il solo posto che van 't Hoff trova è alla scuola veterinaria di Utrecht, e Hermann Kolbe, uno dei chimici più autorevoli di Germania, lo deride per iscritto: «un dottor van 't Hoff della scuola veterinaria di Utrecht, che evidentemente non ama la ricerca chimica esatta, ha trovato più comodo montare su Pegaso — preso in prestito, a quanto pare, dalla scuola veterinaria». Intorno al 1880 la teoria è accettata. Nel 1901 van 't Hoff riceve il primo Nobel per la chimica.

Il carbonio ha avuto anche il suo maestro di scuola. Nel 1848 Michael Faraday tiene alla Royal Institution sei lezioni per ragazzi intitolate La storia chimica di una candela, dentro la serie delle lezioni di Natale che lui stesso aveva fondato nel 1825 e che si tengono ancora ogni anno. La candela è il pretesto per tutto: le zone della fiamma, e in quella luminosa le particelle di carbonio che diventano incandescenti prima di bruciare e che sono la ragione per cui una fiamma fa luce; l'idrogeno, l'ossigeno, l'azoto, l'anidride carbonica prodotti e mostrati; l'acqua scomposta e ricomposta. Il fumo nero di una candela che cola è carbonio che non ha trovato abbastanza aria, e il bianco di una fiamma pulita è carbonio che l'ha trovata. In sei lezioni Faraday spiegò a dei bambini ciò che il Settecento aveva impiegato un secolo a capire.

Il carbonio che cambia il mondo lo fa passando per la birra. I birrai inglesi avevano imparato a tostare il malto con il coke — carbone di miniera cotto senz'aria fino a perdere lo zolfo — perché il carbone crudo dava alla birra il suo sapore, e il carbone di legna scarseggiava; dal malto tostato più chiaro nasce la pale ale. Abraham Darby, quacchero di Bristol, fabbricante di macine per il malto e socio di una fonderia d'ottone, mette insieme le due cose e nel 1709, a Coalbrookdale, alimenta un altoforno con il coke invece che con il carbone di legna. Il coke regge meglio il peso, gli altiforni possono farsi più alti e più grandi, e il ferro diventa a buon mercato: è una delle condizioni della rivoluzione industriale. Da quel forno in poi il carbonio fossile non scalda più solo le case, fa i metalli.

Il carbone di miniera ha un compagno invisibile, il grisù, metano che si accumula nelle gallerie e che una fiamma fa esplodere. Nel 1815 il chimico Humphry Davy si mette al problema e trova una soluzione elegante: chiudere la fiamma dentro una rete metallica fitta, che lascia passare aria e luce ma disperde il calore, così che il gas fuori dalla rete non si accende. Le sue conclusioni, in una lettera che voleva privata, vengono lette a Newcastle il 3 novembre 1815; la prima prova sottoterra è a Hebburn il 9 gennaio 1816. Ma un mese prima che Davy presentasse la lampada alla Royal Society, un meccanico senza istruzione scientifica, George Stephenson, aveva già portato la propria — l'aria entrava da fori minuscoli — davanti a una fessura che soffiava grisù nella miniera di Killingworth, con due testimoni. Le due lampade funzionavano; l'accusa a Stephenson di aver copiato, no.

La luce elettrica, prima del tungsteno, è stata un filo di carbonio. Edison provò il carbonio, poi il platino e altri metalli, e tornò al carbonio: il 22 ottobre 1879 un filamento carbonizzato resse tredici ore e mezza, e il 4 novembre chiese il brevetto per una lampada con «un filamento o una striscia di carbonio avvolti e collegati a fili di contatto di platino». Il brevetto elencava filo di cotone e di lino, schegge di legno, carte arrotolate; la squadra scoprì poi che una fibra di bambù giapponese carbonizzata durava più di milleduecento ore, e nel 1880 il piroscafo Columbia fu la prima installazione. In Inghilterra Joseph Swan ci era arrivato prima, con filo di cotone «pergamenato»: la sua casa a Gateshead fu la prima al mondo illuminata da una lampadina, e le sue lampade erano in uso quotidiano a Londra nel 1881. Il carbonio delle grotte, bruciato per fare luce, ora faceva luce senza bruciare.

Nel 1939, a Berkeley, Martin Kamen e Samuel Ruben cercano fra gli elementi della materia vivente un isotopo che duri abbastanza da servire a qualcosa, e trovano il carbonio-14. Willard Libby, chimico fisico che aveva costruito contatori Geiger sensibilissimi e lavorato al progetto Manhattan, capisce che è un orologio: si forma di continuo nell'alta atmosfera, entra nei viventi con il carbonio che respirano e mangiano, e alla loro morte comincia a decadere con un tempo di dimezzamento di circa 5.730 anni. Con James Arnold prova il metodo su reperti di età nota: i campioni dalle tombe dei faraoni Zoser e Snefru, datate dagli egittologi al 2625 avanti Cristo più o meno 75, risultano del 2800 più o meno 250. I risultati escono su Science nel dicembre 1949; in undici anni nascono più di venti laboratori; nel 1960 Libby ha il Nobel. Fino a cinquantamila anni indietro, il carbonio dice quando.

La quarta faccia del carbonio l'hanno trovata cercando le stelle. Harold Kroto voleva capire quali catene di carbonio emettessero certe righe infrarosse delle giganti rosse ricche di carbonio, e nel 1985, alla Rice University, con Richard Smalley e Robert Curl usò un apparecchio che vaporizzava la grafite con un laser dentro un getto di elio per fabbricare aggregati simili. Fra questi, uno di sessanta atomi tornava con insistenza. Un anno prima Rohlfing, Cox e Kaldor l'avevano prodotto con lo stesso metodo senza capire cosa fosse. Kroto, Heath, O'Brien, Curl e Smalley capirono: sessanta carboni ai vertici di venti esagoni e dodici pentagoni, la forma di un pallone da calcio, e la chiamarono buckminsterfullerene dall'architetto delle cupole geodetiche, morto nel 1983. Nel 1996 il Nobel per la chimica. Ce n'è un poco nella fuliggine di ogni candela: era lì da sempre.

Se il pallone si può allungare, diventa un tubo. Nel 1991 Sumio Iijima, ai laboratori NEC in Giappone, pubblica al microscopio elettronico immagini di tubi cavi di carbonio grafitico, larghi pochi nanometri, e la letteratura scientifica e quella divulgativa gli attribuiscono da allora la scoperta dei nanotubi; il suo articolo scatena un'ondata di entusiasmo. Nel 1993 lo stesso Iijima con Ichihashi alla NEC, e Bethune con i colleghi all'IBM, trovano indipendentemente che vaporizzando il carbonio insieme a ferro o cobalto si ottengono tubi a parete singola: da lì la produzione diventa controllabile. Un nanotubo ha una resistenza a trazione e una conducibilità termica eccezionali, e secondo la geometria con cui il foglio di carbonio è arrotolato conduce come un metallo o come un semiconduttore. Lo stesso atomo, chiuso a cilindro, cambia natura a seconda di come lo si chiude.

Il foglio di carbonio spesso un atomo era stato teorizzato da Philip Wallace nel 1947 e battezzato grafene da Hanns-Peter Boehm nel 1987, ma isolarlo pareva impossibile: l'instabilità dei cristalli bidimensionali faceva pensare che non potesse reggersi da solo. Nel 2004, a Manchester, Andre Geim e Konstantin Novoselov ci riuscirono con del nastro adesivo. Si attacca il nastro a un cristallo di grafite, si stacca, si ripiega e si stacca ancora, finché le scaglie sono sottili al punto giusto, e le si deposita su un wafer di silicio ossidato dove un singolo strato si vede al microscopio ottico. La «tecnica dello Scotch» valse ai due il Nobel per la fisica del 2010. Geim aveva già vinto nel 2000 un Ig Nobel per aver fatto levitare una rana in un campo magnetico, ed è tuttora l'unica persona ad avere entrambi i premi. Il grafene è il materiale più resistente mai misurato, e assorbe il 2,3 per cento della luce: un atomo di spessore, e si vede a occhio nudo.

Fare un diamante dalla grafite è un'ossessione vecchia quanto la scoperta che sono la stessa cosa: Moissan ci provò con il forno elettrico, e nel 1928 un rapporto concluse che nessuno, fino ad allora, ci era riuscito davvero. Il primo a farcela fu un gruppo segreto di cinque persone alla ASEA, in Svezia, con un progetto in codice QUINTUS avviato nel 1942: il 16 febbraio 1953, a Stoccolma, in un apparecchio a sfera divisa a 8,4 gigapascal, uscirono diamanti che l'azienda non annunciò. Alla General Electric di Schenectady, intanto, Bundy, Strong e Tracy Hall inseguivano lo stesso risultato; una sintesi registrata non si riproduceva, e il cristallo si rivelò un diamante naturale usato come seme. Il 16 dicembre 1954 Hall, con una pressa a «cintura» d'acciaio sopra i dieci gigapascal e i duemila gradi, e la grafite sciolta nel nichel fuso, ottenne diamanti ripetibili: il più grande era largo quindici centesimi di millimetro. Annunciato il 15 febbraio 1955, era già industria.

Nel 1938 un ingegnere e meteorologo dilettante, Guy Stewart Callendar, confrontò le misure di anidride carbonica fatte a Kew fra il 1898 e il 1901, in media 274 parti per milione, con quelle degli Stati Uniti orientali del 1936-38, in media 310, e concluse che il gas stava aumentando per colpa nostra. Nessuno gli diede retta: misure sparse, luoghi diversi. Charles David Keeling, dello Scripps, capì che serviva un posto solo e uno strumento solo, per sempre. Nell'Anno geofisico internazionale 1957-58 ottenne dal Weather Bureau i fondi per analizzatori a infrarossi al Polo Sud e sul vulcano Mauna Loa, alle Hawaii, lontano dai continenti e senza vegetazione. Nel marzo 1958 la lettura fu 313 parti per milione. Nel 1960 pubblicò su Tellus le prime serie: un ciclo stagionale nitido, il pianeta che inspira d'estate ed espira d'inverno, «e forse un aumento mondiale di anno in anno». Diresse la misura fino alla morte, nel 2005.

L'impatto industriale e sociale

Il carbonio fossile ha sostituito i fiumi. La prima macchina capace di trasmettere potenza continua a un meccanismo è quella di Thomas Newcomen, del 1712, e serviva soprattutto a pompare l'acqua dalle miniere: il carbone che aiutava a estrarre lo bruciava. Nel 1764 James Watt separa il condensatore dal cilindro e moltiplica il lavoro ottenuto per unità di combustibile; nell'Ottocento le macchine a vapore fisse muovono le fabbriche della rivoluzione industriale al posto delle ruote idrauliche, e la Gran Bretagna avrebbe esaurito i siti per i mulini ad acqua già negli anni Trenta di quel secolo se non avesse avuto il carbone. Nel 1947 i minatori britannici erano settecentocinquantamila; l'ultima miniera profonda del Regno Unito ha chiuso nel 2015. Nel mondo, nel 2020, il carbone dava ancora un quarto dell'energia primaria e più di un terzo dell'elettricità. La macchina di Newcomen non ha mai davvero smesso di pompare.

L'acciaio è ferro con una quantità precisa di carbonio dentro: da cinque centesimi a poco più di due per cento in peso, e in quell'intervallo sta la differenza fra una lama e un chiodo. Più carbonio, e il metallo si lascia indurire e irrobustire con il trattamento termico ma perde duttilità e si salda peggio; meno carbonio, e resta dolce e piegabile. Réaumur nel 1722 aveva capito che il ferro diventava acciaio assorbendo qualcosa; per millenni i fabbri l'avevano fatto senza saperlo. Dopo Darby il carbonio entra nella siderurgia due volte: come coke che riduce il minerale nell'altoforno e come impurezza da dosare nel metallo. Gran parte della metallurgia moderna è il controllo di una percentuale di carbonio; e il ferro, l'elemento delle rotaie e dei grattacieli, è utile solo in compagnia dell'elemento delle matite.

La fuliggine, addomesticata, si chiama nerofumo: carbonio quasi puro in particelle minuscole, ottenuto bruciando con poca aria catrame, oli o residui del petrolio. Oggi il settanta per cento del nerofumo del mondo finisce nei pneumatici, dove rinforza la gomma e porta via il calore dal battistrada; un altro venti in cinghie, tubi e altri articoli di gomma; il dieci restante negli inchiostri, nelle vernici, nelle plastiche e, come additivo conduttore, negli elettrodi delle batterie al litio. Se viene da materia vegetale, in Europa è anche un colorante alimentare, l'E153. L'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro lo classifica come possibile cancerogeno, gruppo 2B. Il nero di ogni pneumatico è lo stesso nero delle grotte: legno o petrolio bruciati senza abbastanza aria, e raccolti.

Al diamante la scarsità è stata costruita. Nel 1888 Cecil Rhodes, con i soldi di Alfred Beit e della banca Rothschild, fonda la De Beers; quando muore, nel 1902, la società controlla il novanta per cento della produzione mondiale. Ernest Oppenheimer, che entra nel consiglio nel 1926 e ne prende la guida nel 1929, aveva enunciato il principio già nel 1910: «il buon senso ci dice che l'unico modo per aumentare il valore dei diamanti è renderli scarsi, cioè ridurre la produzione». Per un secolo il carbonio cristallino è stato il caso da manuale di un'offerta tenuta a freno da un'unica mano. Poi il mercato si è frammentato: la quota De Beers sui grezzi è scesa dal novanta per cento degli anni Ottanta al 29,5 del 2019, e nel 2021 era al venticinque, pari a quella di Alrosa. La scarsità, come il diamante, non era per sempre.

La scarsità da sola non basta: bisogna che la gente voglia. Nel 1947 una copywriter dell'agenzia N. W. Ayer, Frances Gerety, scrive per la De Beers quattro parole, A Diamond is Forever, che nel 2000 la rivista Advertising Age eleggerà miglior slogan pubblicitario del Novecento. L'idea è legare la pietra all'amore e all'impegno — l'anello di fidanzamento col diamante, l'anello «dell'eternità» — e funziona: la popolarità dei diamanti dal secolo scorso, dice la voce che li descrive, viene dall'offerta cresciuta, dal taglio migliorato, dall'economia mondiale e da campagne pubblicitarie «innovative e riuscite». È la storia più strana di questo elemento: l'allotropo che nessuno sapeva fosse carbonio è diventato il simbolo universale di ciò che dura, per decisione di un'agenzia di pubblicità, un anno dopo la fine di una guerra.

Il 26 gennaio 1905 Frederick Wells, direttore di superficie della miniera Premier nel Transvaal, trova a cinque metri e mezzo di profondità un diamante grezzo di tremilacentosei carati, seicentoventuno grammi: il più grande di qualità gemma mai rinvenuto. Il viaggio verso Londra è una lezione di teoria dei giochi: un pacco scortato da detective viene chiuso con cerimonia nella cassaforte di un piroscafo, ed è un falso; il vero Cullinan parte per posta raccomandata in una scatola anonima. Resta invenduto due anni; nel 1907 il governo del Transvaal lo compra e Louis Botha lo dona a Edoardo VII. Abraham Asscher lo ritira a Londra il 23 gennaio 1908 e torna ad Amsterdam in treno e traghetto con il diamante nella tasca del cappotto, mentre una nave della Marina attraversa il Mare del Nord con una scatola vuota. Dal taglio escono il Cullinan I, 530,4 carati, oggi nello scettro, e il Cullinan II, 317,4, nella corona imperiale. Che Joseph Asscher sia svenuto al primo colpo è una storia che gli storici smentiscono.

Il Koh-i-Noor pesa 105,6 carati ed è passato di mano fra imperi dell'Asia meridionale e occidentale prima di arrivare, nel 1849, alla regina Vittoria, con l'annessione del Punjab da parte della Compagnia delle Indie e sotto il regno di un maragià sikh di undici anni, Duleep Singh. Il primo peso attestato era di 186 carati antichi. All'Esposizione universale del 1851 il taglio opaco deluse i visitatori, e il principe Alberto lo fece ritagliare a brillante ovale dalla Coster di Amsterdam, perdendone quasi metà. Da allora lo hanno portato solo donne della famiglia reale: si dice porti sfortuna a un uomo. L'India ne ha chiesto la restituzione appena indipendente, nel 1947, e di nuovo nel 1953, l'anno dell'incoronazione di Elisabetta II; anche Pakistan, Iran e Afghanistan l'hanno reclamato. La risposta britannica è stata ogni volta che la proprietà non si discute. Un cristallo di carbonio lungo poco più di tre centimetri è una questione diplomatica da tre quarti di secolo.

Gli storici dell'archeologia la chiamano «rivoluzione del radiocarbonio», e non esagerano: prima di Libby la preistoria si ordinava per stili e sovrapposizioni, dopo si data in anni. La fine dell'ultima glaciazione, l'inizio del Neolitico e dell'età del bronzo regione per regione, e la possibilità di confrontare eventi lontani migliaia di chilometri hanno una cronologia comune solo per via del carbonio-14. Il metodo ha dovuto correggersi da solo: negli anni Sessanta Hans Suess, contando gli anelli degli alberi, mostrò che il carbonio atmosferico non era stato costante e costruì la curva di calibrazione, oggi lunga quasi quattordicimila anni. E ha risolto questioni che non erano di archeologi: ha confermato l'antichità dei rotoli del Mar Morto, e nel 1988 tre laboratori indipendenti hanno datato il lino della Sindone di Torino al Trecento. Sono le stesse pitture a carbone di Chauvet: il carbonio che ha fatto il disegno racconta quando l'ha fatto.

Il carbonio che brucia male uccide senza avvertire. Il monossido, un solo atomo di ossigeno invece di due, si lega all'emoglobina con un'affinità circa duecentoquaranta volte maggiore di quella dell'ossigeno, e il sangue smette di trasportare aria pur essendo rosso. Che il gas agisse sul sangue lo intuirono James Watt e Thomas Beddoes nel 1793, studiando i vapori di carbone come possibile medicina, e lo confermò Claude Bernard fra il 1846 e il 1857. Nel 1911 Haldane introdusse nelle miniere i canarini e i topi bianchi, che cedono prima degli uomini: il canarino delle miniere britanniche è stato sostituito da un rilevatore elettronico solo nel 1986. Negli Stati Uniti fa ancora più di quattrocento morti l'anno fuori dagli incendi e oltre ventimila accessi al pronto soccorso, soprattutto d'inverno e per i generatori portatili accesi durante un blackout; i sintomi somigliano a un'influenza. È il prezzo di ogni fiamma chiusa in una stanza.

Il primo reattore nucleare della storia era una catasta di grafite. Sotto le tribune di uno stadio di Chicago, in un vecchio campo da squash, Enrico Fermi e una trentina di persone impilarono quarantacinquemila blocchi di grafite ultrapura, trecentotrenta tonnellate, con dentro quasi cinque tonnellate di uranio metallico e quarantuno di ossido; nessuna schermatura, nessun raffreddamento, perché il 2 dicembre 1942 la reazione a catena si sostenne a circa mezzo watt. La grafite serviva a rallentare i neutroni, e il dettaglio decisivo era la sua purezza: boro e cadmio, in tracce, li divorano. I tedeschi avevano misurato una grafite sporca, l'avevano scartata e si erano condannati all'acqua pesante, rara e cara; Szilard e Fermi, dopo una prima prova fallita, avevano chiesto ai fornitori quali impurezze contenesse di solito e le avevano fatte togliere. La differenza fra i due programmi atomici è stata, in parte, una domanda sul carbonio.

Che il carbonio bruciato scaldi il pianeta lo si è calcolato prima di misurarlo. Nel 1896 Svante Arrhenius, cercando di spiegare le glaciazioni, si chiese se i gas dell'atmosfera potessero rendere conto della differenza fra un'era glaciale e un interglaciale; partendo da Fourier, Tyndall e Pouillet, e usando le osservazioni infrarosse della Luna fatte da Langley e Very a Pittsburgh, stimò quanto calore l'anidride carbonica e il vapore trattengano. Ne ricavò una regola: se l'«acido carbonico» cresce in progressione geometrica, la temperatura cresce quasi in progressione aritmetica — ogni raddoppio, lo stesso aumento — e la formula che la esprime, un logaritmo del rapporto fra le concentrazioni, è ancora in uso. Concluse anche che le emissioni umane, dal carbone e dalle altre combustioni, erano abbastanza grandi da riscaldare la Terra. Era il 1896; la conclusione è al centro della scienza del clima.

La curva di Keeling non si è mai fermata. Nel 2026 l'anidride carbonica nell'aria è a 432 parti per milione, il cinquantaquattro per cento in più delle 280 che erano rimaste stabili per i diecimila anni precedenti la metà del Settecento, e cresce di circa due parti e mezzo l'anno: è il valore più alto da quattordici milioni di anni, tra i quattromila del Cambriano e i centottanta delle glaciazioni recenti. Il carbone da solo ha emesso nel 2024 più di quindici miliardi di tonnellate di anidride carbonica, oltre un quarto di tutti i gas serra, e si stima che causi ottocentomila morti premature l'anno; nel 2023 i combustibili fossili davano ancora il settantasette per cento dell'energia primaria del mondo, e più del settanta per cento dei gas serra umani è anidride carbonica uscita dal bruciarli. Il carbonio delle piante del Carbonifero, riportato in aria in due secoli, è la misura in cui oggi si conta il futuro.

Il carbonio più prezioso ha pagato guerre. Negli anni Novanta e Duemila i diamanti estratti nelle zone di conflitto — Angola, Costa d'Avorio, Sierra Leone, Liberia, Guinea — hanno finanziato ribellioni e milizie, e la parola «diamanti insanguinati» è entrata nelle lingue. In Sierra Leone il Fronte rivoluzionario unito, che si fece conoscere per le amputazioni degli arti ai civili, prese il controllo delle aree diamantifere e ne usò i proventi per armarsi; la Liberia di Charles Taylor lo sosteneva anche attraverso quel commercio, e nel 2001 il Consiglio di sicurezza dell'ONU le vietò l'esportazione di grezzi. Taylor sarebbe stato condannato nel 2012 a cinquant'anni per crimini di guerra. Nel 2003, su raccomandazione del rapporto Fowler e con una risoluzione dell'Assemblea generale, nasce il Processo di Kimberley: un certificato che dovrebbe garantire che ogni diamante grezzo non abbia pagato un fucile. Se ci riesca è un'altra questione.

Le controversie

Chi ha dimostrato che il diamante è carbonio? Le voci enciclopediche in inglese sono nette: Lavoisier, nel 1772, «dimostrò che il diamante è una forma di carbonio»; Tennant, nel 1797, «ripeté ed estese» l'esperimento. La scheda base di questo vault, che segue una ricostruzione storica dedicata a Tennant, dice altro: Lavoisier osservò che diamante e carbone danno lo stesso gas ma si limitò a classificarli entrambi fra i combustibili, e fu Tennant, nel 1796, a chiudere la questione pesando — masse uguali di diamante e di carbone danno masse uguali di anidride carbonica. Anche l'anno di Tennant oscilla, 1796 o 1797. Le due letture non si escludono: dipende da cosa si chiama «dimostrare», se l'osservazione o la misura che la rende inevitabile. Il vault tiene la seconda, e la dichiara. Tennant, a cui la voce riconosce di aver «contribuito alla prova», avrebbe poi scoperto l'osmio e l'iridio: un uomo che pesava bene.

La data con cui il carbonio entra in questo vault, ventiseimila anni fa, è quella della cronologia di riferimento, e la scheda base la dichiara convenzionale. Chauvet la contraddice di diecimila anni: i disegni a carbone più antichi sono datati a trentaseimilacinquecento anni fa. Ma anche Chauvet è discussa. Pettitt e Bahn hanno sostenuto che le date al radiocarbonio non tornano con la sequenza degli stili, che non si sa da dove venga il carbone usato per disegnare — legno vecchio dà date vecchie — e che le superfici esposte possono essere contaminate; gli studi stilistici hanno risposto mostrando incisioni gravettiane sovrapposte ai disegni neri, che dunque sono più antichi. La discussione è istruttiva perché riguarda proprio lo strumento: si data il carbonio con il carbonio, e la domanda «quando è stato bruciato questo legno» non è la stessa di «quando qualcuno ci ha disegnato». Il vault tiene la convenzione e rimanda qui.

La versione dei manuali è che nel 1828 l'urea di Wöhler uccise il vitalismo. Le fonti dell'epoca non la sostengono: lo storico Peter Ramberg ha chiamato «mito di Wöhler» il racconto, e ne ha trovato l'origine in una storia divulgativa della chimica del 1931 che, «ignorando ogni pretesa di accuratezza storica», fece di Wöhler un crociato «che tentò e ritentò di sintetizzare un prodotto naturale che confutasse il vitalismo, finché un pomeriggio avvenne il miracolo». Nella sua pubblicazione Wöhler descriveva una reazione dei cianati, non una crociata. E il vitalismo non morì: fra il 1833 e il 1844 Johannes Müller scrisse il manuale di fisiologia più autorevole del secolo, e vi resta vitalista. Il caso vale per tutta la storia del carbonio: le date delle svolte sono spesso date di racconto, messe a posteriori dove la storia ha bisogno di un giorno. Il 1828 resta un anno importante; il «pomeriggio» è del 1931.

Il serpente che si morde la coda è fra gli aneddoti più famosi della chimica, e fra i più incerti. Kekulé lo raccontò nel 1890, venticinque anni dopo l'articolo sul benzene, a una festa in suo onore: in un dormiveglia vide catene di atomi attorcigliarsi come serpenti, e uno afferrare la propria coda. Quattro anni prima, nel 1886, una rivista parodistica — i Rendiconti della Società chimica assetata — aveva disegnato il benzene come sei scimmie che si tengono in cerchio. Alcuni storici pensano che la parodia prendesse in giro un aneddoto già in giro a voce; altri, che il serpente del 1890 sia una risposta alle scimmie, cioè un'invenzione. Se il ricordo è vero, i dettagli lo collocano all'inizio del 1862. C'è poi un fatto strano nella sua giovinezza: fu chiamato a testimoniare a un processo in cui figurava un anello con due serpenti, d'oro e di platino, che si mordevano la coda. Il benzene resta un esagono; il sogno è, letteralmente, materia di discussione.

La lampada di Davy ha due controversie, e la seconda è peggiore della prima. La prima è la priorità: Stephenson fu accusato di aver rubato l'idea a Davy, perché la sua lampada compiuta fu mostrata dopo il discorso alla Royal Society; un comitato locale d'inchiesta lo scagionò, dimostrando che aveva lavorato per conto proprio. La seconda è l'effetto. Davy aveva scritto che con la sua invenzione le esplosioni si sarebbero evitate; nei trent'anni successivi il grisù uccise centotrentasette persone nelle sole miniere di Whitehaven, e nel 1835 una commissione parlamentare concluse che la lampada aveva fatto aumentare gli incidenti: aveva incoraggiato a lavorare cantieri e gallerie prima chiusi per pericolo, e la rete nuda si danneggiava — un solo filo rotto o arrugginito, e la protezione non c'era più. Lo stesso anno a Wallsend un'esplosione uccise centodue fra uomini e ragazzi. Una sicurezza in più, spesa fino all'ultimo margine, è una sicurezza in meno.

Il filamento di carbonio è stato più litigato in tribunale che in laboratorio. Nel 1883 un giudice stabilì che i brevetti di Edison poggiavano su ciò che William Sawyer aveva fatto prima ed erano nulli; la causa continuò per anni, e il 6 ottobre 1889 un altro giudice riconobbe valida la rivendicazione di Edison su «un filamento di carbonio ad alta resistenza». Nel 1893 un certo Heinrich Göbel sostenne di aver fatto la prima lampadina nel 1854, con bambù carbonizzato, fili di platino e vuoto spinto: quattro corti espressero dubbi, ma il brevetto di Edison scadde prima di una sentenza definitiva, e una ricerca del 2007 ha concluso che le lampade di Göbel degli anni Cinquanta sono un'invenzione. Gli storici elencano una serie di inventori prima di Swan e di Edison, e attribuiscono a quest'ultimo non il primo filamento ma la prima soluzione praticabile: materiale, vuoto, alta resistenza e un intero sistema per distribuire la corrente. Il carbonio l'avevano acceso in molti; uno lo vendette.

Chi ha scoperto i nanotubi è una questione che la rivista Carbon ha affrontato in un editoriale nel 2006, e la risposta non è «Iijima». Nel 1952 due ricercatori sovietici, Radushkevich e Lukyanovich, pubblicarono sul Giornale di chimica fisica russo immagini nitide di tubi di carbonio larghi cinquanta nanometri. Nessuno se ne accorse: l'articolo era in russo, e la stampa sovietica arrivava poco e male in Occidente durante la guerra fredda. La linea temporale che gli autori dell'editoriale ricostruiscono risale molto prima del 1991, e il merito di Iijima resta quello, non piccolo, di aver acceso l'interesse di tutti. Il caso dice qualcosa sulla parola «scoperta» che questo elemento continua a mettere in crisi: vedere una cosa e far sì che il mondo la veda sono due atti diversi, e la storia ricorda quasi sempre il secondo. Per il carbonio, che è stato visto da tutti e riconosciuto tardi, vale dall'inizio.

Il Processo di Kimberley è stato abbandonato nel 2011 da chi l'aveva voluto. Global Witness, l'organizzazione londinese che fra le prime aveva portato i diamanti dei conflitti all'attenzione del mondo e il cui rapporto A Rough Trade aveva ispirato in parte il film Blood Diamond, uscì dallo schema dichiarando che non era riuscito a fermare il flusso. Nel 2010 il monitore del Processo aveva raccomandato di lasciar vendere come «liberi da conflitto» i diamanti dei campi contesi di Marange, in Zimbabwe, e le ONG avevano chiesto invano di ridefinire cosa sia un diamante di conflitto. Nel 2013 un'inchiesta del World Policy Journal mostrò che almeno tre miliardi e mezzo di dollari di diamanti certificati, da Angola e Congo, erano passati per paradisi fiscali anch'essi certificati, Dubai e Svizzera. Il commercio mondiale di grezzi vale, nel 2023, circa centododici milioni di carati. Il certificato dice da dove viene una pietra; non dice chi ci ha guadagnato.

«Impronta di carbonio» è una parola che ha una storia. Compare per la prima volta nel 1999 in una rivista di cucina vegetariana della BBC; a metà degli anni Duemila — la stessa voce che la racconta dà il 2004 in un punto e il 2005 in un altro — la compagnia petrolifera BP affida all'agenzia Ogilvy una grande campagna che invita ciascuno a calcolare la propria impronta personale e a mettersi «a dieta di carbonio». Il concetto si diffonde da lì. I critici sostengono che lo scopo fosse spostare la responsabilità dalle imprese e dalle istituzioni alle scelte di vita individuali, e Geoffrey Supran e Naomi Oreskes, di Harvard, scrivono che nozioni come questa «ci azzoppano e ci mettono i paraocchi» rispetto alla natura sistemica della crisi climatica. Che ogni consumo abbia un costo in carbonio è vero; chi abbia interesse a farcelo contare da soli è una domanda che vale la pena tenere accanto alla calcolatrice.

Se il problema è il carbonio tirato fuori, la soluzione più ovvia è rimetterlo dentro, e da trent'anni si prova. Il primo impianto su larga scala con stoccaggio dedicato e monitorato è quello del giacimento di gas di Sleipner, in Norvegia, dal 1996. Nel 2023 la cattura e lo stoccaggio trattengono circa quarantacinque milioni di tonnellate di anidride carbonica l'anno, lo 0,1 per cento delle emissioni mondiali; i modelli dell'IPCC e dell'Agenzia internazionale per l'energia ne prevedono un miliardo entro il 2030 e diversi miliardi entro il 2050, e i governi hanno speso circa trenta miliardi di dollari in sussidi per la cattura e per l'idrogeno da fossili. La controversia è nell'uso: circa l'ottanta per cento del gas catturato ogni anno viene iniettato in giacimenti di petrolio esauriti per spremerne altro petrolio. Il carbonio torna sotto terra, e ne fa uscire dell'altro.

La risonanza che Hoyle aveva previsto lo turbò per il resto della vita. Scrisse che «un'interpretazione di buon senso dei fatti suggerisce che una superintelligenza abbia messo mano alla fisica, oltre che alla chimica e alla biologia, e che in natura non esistano forze cieche degne di questo nome», e che i numeri gli sembravano «così schiaccianti da mettere questa conclusione quasi fuori discussione». Il principio antropico — noi osserviamo un universo che produce carbonio perché solo un universo così poteva produrre osservatori — è stato invocato per spiegare, senza superintelligenze, perché le risonanze nucleari siano disposte con tanta precisione da fabbricare carbonio e ossigeno in abbondanza. La discussione è aperta e non è di chimica: è su che cosa conti come spiegazione. Che l'elemento della vita esista per un livello energetico di 7,65 megaelettronvolt è un fatto; cosa significhi, ciascuno lo decide da sé.

L'eredità contemporanea

Le bombe atomiche hanno lasciato un segno nel carbonio di tutti i viventi, e la scienza l'ha trasformato in uno strumento. Le centinaia di test nucleari in atmosfera, dal 1945 e con più intensità dal 1950 fino al Trattato di messa al bando parziale del 1963, hanno quasi raddoppiato la concentrazione di carbonio-14 nell'aria dell'emisfero nord; e poiché ogni cellula si costruisce con il carbonio che mangia, l'impulso è scritto nei tessuti di chiunque sia vissuto in quegli anni, e da allora scende. Con questa firma Kirsty Spalding ha dimostrato che i neuroni non si rinnovano nel corso della vita, e che il numero di cellule adipose si fissa nell'infanzia e nell'adolescenza, con un dieci per cento sostituito ogni anno. La stessa curva data i resti umani in medicina legale e perfino l'annata di certi vini. L'orologio di Libby, sballato dalla bomba, è diventato un secondo orologio.

Kroto era partito dalle stelle e alle stelle il pallone è tornato. Il C60 neutro è stato osservato nelle nebulose planetarie e in stelle di vari tipi, e la sua forma ionizzata, C60 con una carica positiva, è stata identificata nel mezzo interstellare come responsabile di alcune delle «bande interstellari diffuse», righe di assorbimento nel vicino infrarosso che gli astronomi vedevano da decenni negli spettri delle stelle lontane senza sapere a che molecola attribuirle. Quanto alle applicazioni terrestri, la voce che lo descrive è onesta: dopo quarant'anni di studio intenso ne sono state trovate poche. Il fullerene è così: una scoperta che ha aperto un campo — nanotubi, grafene, la chimica delle gabbie — più che riempirlo, e che ha risolto un enigma astronomico quasi per caso. Il pallone di carbonio viaggia fra le stelle, e sta in ogni fuliggine.

Il diamante è un bene di lusso che la chimica ha svalutato. La General Electric produsse i primi cristalli sintetici di qualità gemma nel 1970, un carato in una settimana di crescita; per decenni la De Beers li combatté, e nel 2018 cambiò strategia lanciando un proprio marchio di gioielli con diamanti da laboratorio, Lightbox. Nel maggio 2025 lo ha chiuso: i prezzi all'ingrosso dei diamanti coltivati per gioielleria erano crollati di circa il novanta per cento, «vicino al costo di produzione», e la società ha dichiarato di tornare ai diamanti naturali, riservando la sua controllata Element Six agli usi industriali. Un'iscrizione al laser, invisibile a occhio nudo e leggibile a dieci ingrandimenti, distingue oggi i cristalli coltivati da quelli scavati: chimicamente sono identici. La scarsità di Oppenheimer era una scelta, e la chimica l'ha revocata; resta da vedere se lo slogan della Gerety le sopravviva.

Il grafene è il materiale più forte mai messo alla prova: una resistenza a trazione intrinseca di 130 gigapascal e una rigidità vicina a un terapascal, in un foglio che pesa meno di un milligrammo al metro quadrato. È anche, con il diamante e i nanotubi, il miglior conduttore di calore che si conosca. La strada dalla scaglia sul nastro adesivo al prodotto è ancora aperta, e per i nanotubi le applicazioni vere sono ancora «in sviluppo», con l'ascensore spaziale onestamente classificato come «altamente speculativo». Ma la grafite delle matite ha insegnato una cosa che vale più di un prodotto: che la stessa materia, tagliata a uno spessore diverso, è un'altra materia. Il carbonio, che ha passato la storia a farsi scambiare per tre sostanze, si è rivelato capace di esserne quante ne vogliamo.

Il carbone che ha fatto la rivoluzione industriale sta uscendo di scena nei paesi che l'hanno cominciata e continua altrove. La Gran Bretagna, che nel 1700 ne estraeva cinque sesti del totale mondiale, ha chiuso l'ultima miniera profonda nel 2015; molti paesi, nella transizione energetica, l'hanno ridotto o eliminato. La Cina è il primo produttore di carbone e il primo consumatore di energia del mondo, e il carbone le fornisce il sessanta per cento dell'energia primaria; eppure si stima che due quinti delle sue centrali a carbone siano in perdita. Con una differenza rispetto a ogni altra miniera: quando chiude una miniera di rame, il rame resta nelle cose; quando chiude una miniera di carbone, il carbone è già in aria. La prima fonte di anidride carbonica del pianeta è la pietra nera di Marco Polo.

C'è un fatto semplice sotto tutta questa storia: sulla Terra la quantità di carbonio non cambia. Alle condizioni terrestri un elemento non si trasforma in un altro, se non per la radioattività rara come quella del carbonio-14, e dunque tutto il carbonio del pianeta è sempre lo stesso, che si sposti fra la roccia, l'oceano, l'aria e i viventi. Circa cinquecento miliardi di tonnellate ne stanno fuori terra nelle piante; una parte minuscola sta in noi, il diciotto e mezzo per cento del nostro peso. Il carbonio del carbone di Chauvet, quello della candela di Faraday, quello del filamento di Edison e quello che esce dal tubo di scappamento sono lo stesso carbonio, e l'unica cosa che l'umanità ha fatto è spostarlo, sempre più in fretta, da sotto terra a sopra. Il ciclo del carbonio non è una metafora: è la contabilità di un elemento che non si crea e non si distrugge, e che noi abbiamo imparato a muovere prima di imparare a contarlo.

Le tre facce antiche del carbonio hanno ciascuna un'industria. La grafite naturale: un milione e centomila tonnellate nel 2010, di cui ottocentomila dalla Cina, centotrentamila dall'India, settantaseimila dal Brasile, per refrattari, batterie al litio, fonderie, lubrificanti e, ancora, matite. Il diamante: dalla scoperta dei giacimenti primari in Sudafrica negli anni Settanta dell'Ottocento ne sono stati estratti più di quattro miliardi e mezzo di carati; la Russia ne produceva quasi un quinto nel 2005, e la miniera australiana di Argyle è arrivata a essere la fonte singola più grande, con quattordici milioni di carati nel 2018. Il nerofumo: nei pneumatici di ogni auto del mondo. E poi c'è la faccia che non si vede perché è dappertutto, il carbonio dei combustibili, dei polimeri, dei farmaci, del cibo: il carbonio non ha mai avuto bisogno di essere riconosciuto per essere comprato e venduto.

Il carbonio insegna che cosa significhi scoprire. Gli uomini di Chauvet lo tenevano in mano e lo usavano; i pastori di Borrowdale ci marcavano le pecore; i sultani di Golconda lo incastonavano; nessuno di loro sapeva di avere a che fare con la stessa sostanza, e nessuno ne aveva bisogno. L'elemento è nato quando qualcuno ha pesato un gas e ha trovato che due cose opposte davano lo stesso numero. Da allora ogni sua scoperta è stata di questo tipo: non un oggetto nuovo ma un modo nuovo di guardare l'oggetto di sempre — la fuliggine che contiene palloni, la matita che contiene un foglio spesso un atomo, l'aria che contiene il conto del carbone bruciato. Il carbonio non è stato scoperto in un anno; viene riscoperto ogni volta che si trova un modo di contarlo. E il primo modo, quello di Tennant, era una bilancia.