De geologie van bakstenen

De gewone steen is een van onze grootste uitvindingen, een kunststeen. Metselwerk transformeert lage sterkte modder in sterke materialen die eeuwen kunnen meegaan als ze goed worden verzorgd.

Clay Bricks

Het hoofdingrediënt van bakstenen is klei, een groep oppervlaktemineralen die ontstaan ​​door de verwering van stollingsgesteenten. Op zichzelf is klei geen nutteloze bakstenen van gewone klei en als ze in de zon worden gedroogd, wordt een stevig gebouw 'steen'. Als je wat zand in de mix hebt, kunnen deze stenen niet barsten.

Zongedroogde klei verschilt weinig van zachte leisteen.

Veel van de oudste gebouwen in het vroege Midden-Oosten waren gemaakt van in de zon gedroogde bakstenen. Deze duurden over het algemeen ongeveer een generatie voordat de stenen achteruitgingen door verwaarlozing, aardbevingen of het weer. Met oude gebouwen gesmolten tot stapels klei, werden de oude steden periodiek genivelleerd en werden nieuwe steden erop gebouwd. In de loop der eeuwen zijn deze stadshopen, de zogenaamde verhalen, aanzienlijk gegroeid.

Zongedroogde bakstenen maken met een beetje stro of mest helpt de klei te binden en levert het al even oude product genaamd adobe.

Ontslagen Bakstenen

De oude Perzen en Assyriërs maakten sterkere stenen door ze in ovens te roosteren. Het proces duurt enkele dagen, waarbij de temperatuur een dag of zo boven 1000 ° C stijgt en vervolgens geleidelijk afkoelt. (Dit is veel heter dan het milde roosteren of calcineren dat wordt gebruikt om topdressing te maken voor honkbalvelden.) De Romeinen ontwikkelden de technologie, net als bij beton en metallurgie, en verspreidden gestookte baksteen naar elk deel van hun rijk.

Het maken van bakstenen is sindsdien in principe hetzelfde. Tot de 19e eeuw bouwde elke plaats met een kleilaag zijn eigen metselwerk omdat transport zo duur was. Met de opkomst van de chemie en de industriële revolutie, voegden bakstenen staal, glas en beton samen als geavanceerde bouwmaterialen. Tegenwoordig wordt baksteen in vele formuleringen en kleuren gemaakt voor een verscheidenheid aan veeleisende structurele en cosmetische toepassingen.

Chemie van baksteenvuren

Gedurende de periode van bakken wordt baksteenklei een metamorfe rots. Kleimineralen breken af, geven chemisch gebonden water vrij en veranderen in een mengsel van twee mineralen, kwarts en mulliet. Het kwarts kristalliseert in die tijd zeer weinig en bleef in een glazige toestand.

Het belangrijkste mineraal is mulliet (3AlO₃ · 2SiO₂), een gemengde verbinding van siliciumoxide en aluminiumoxide die vrij zeldzaam van aard is. Het is genoemd naar het voorkomen op het eiland Mull in Schotland. Niet alleen is mulliet hard en taai, maar het groeit ook in lange, dunne kristallen die werken als het rietje in adobe, waardoor het mengsel in een in elkaar grijpende greep wordt gebonden.

IJzer is een minder belangrijk ingrediënt dat oxideert tot hematiet, wat de rode kleur van de meeste stenen voor zijn rekening neemt. Andere elementen zoals natrium, calcium en kalium helpen het silicium gemakkelijker smelten - dat wil zeggen, ze werken als een vloeimiddel. Dit zijn allemaal natuurlijke delen van veel kleiafzettingen.

Is er natuurlijke baksteen?

De aarde zit vol verrassingen - denk aan de natuurlijke kernreactoren die ooit in Afrika bestonden - maar zou het op natuurlijke wijze echte baksteen kunnen produceren? Er zijn twee soorten contactmetamorfisme om te overwegen.

Ten eerste, wat als zeer heet magma of uitgebroken lava een lichaam van gedroogde klei overspoelde op een manier waardoor het vocht kan ontsnappen? Ik zou drie redenen geven om dit uit te sluiten:

• 1. Lava's zijn zelden zo heet als 1100 ° C.
• 2. Lava's zouden snel afkoelen zodra ze oppervlaktestralen overspoelen.
• 3. Natuurlijke klei en begraven schalie zijn nat, wat nog meer warmte uit lava zou trekken.

De enige stollingsgesteente met voldoende energie om zelfs de kans te krijgen om echte baksteen te vuren, is de superhot lava bekend als komatiite, waarvan wordt aangenomen dat het 1600 ° C heeft bereikt. Maar het binnenste van de aarde heeft die temperatuur niet meer bereikt sinds het vroege proterozoïsche tijdperk meer dan 2 miljard jaar geleden. En op dat moment was er geen zuurstof in de lucht, waardoor de chemie nog onwaarschijnlijker werd.

Op het eiland Mull verschijnt mullite in modderstenen die in lavastromen zijn gebakken. (Het is ook gevonden in pseudotachylieten, waar wrijving op fouten dry rock verhit tot smelten.) Dit zijn waarschijnlijk verre van echte stenen, maar je moet er zelf naartoe gaan om ervoor te zorgen.

Ten tweede, wat als een echt vuur de juiste soort zandige leisteen zou kunnen bakken? In feite gebeurt dat in het kolenland. Bosbranden kunnen kolenbedden beginnen te verbranden, en eenmaal begonnen kunnen deze kolen-naadbranden eeuwenlang aanhouden. Natuurlijk kan schalie bovenliggende kolenbranden veranderen in een rode klinkersteen die dicht genoeg bij echte baksteen ligt.

Helaas is dit voorkomen gebruikelijk geworden omdat door mensen veroorzaakte branden beginnen in kolenmijnen en halmstapels. Een aanzienlijk deel van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen komt voort uit kolenbranden. Vandaag overtreffen we de natuur in deze obscure geochemische stunt.