Земля после нас: Что расскажут камни о наследии человека?

Пляжи — отличные фабрики по производству песка и гравия, но не единственные. Остатки древних речных русел и зандровые равнины перед ледниками ледникового периода являли собой столь же эффективные производственные линии. Вероятно, еще важнее то, что ископаемые пляжи, русла рек и потоков талых ледниковых вод, сложенные из горных пород, которые в иные времена были песком и гравием, можно найти в напластованиях, относящихся к тому времени, когда в геологической летописи Земли появились опознаваемые осадочные слои, а было это свыше 3 миллиардов лет назад.

Таким образом, основной компонент бетона — частицы песка и гравия, в которых преобладает кварц, — обладает врожденной геологической прочностью. Скорее всего, он выживет в подземном царстве, хотя, как мы увидим, возможно, не сохранится в совершенно неизменном виде. Но как насчет оставшейся трети — сланцев с известняком, которые затем, для получения бетона, смешиваются с заполнителем?

Эти ингредиенты, бесспорно, обладают столь же превосходными геологическими качествами, хотя при их сочетании образуются новые формы: в процессе обжига («клинкеризации») — различные силикаты и алюминаты кальция, при отверждении — гидратированные эквиваленты последних. Впрочем, вполне можно поразмышлять о том, какие изменения суждены им под землей в долгосрочной перспективе: это представляет особый интерес для тех, кто планирует подземное хранение ядерных отходов. Данные вещества подвергают «ускоренному выветриванию» в специально подобранных химических растворах, и некоторые результаты свидетельствуют о том, что гидроксид кальция в смеси на протяжении тысячелетий может выщелачиваться водой, так как кислые грунтовые воды могут образовывать растворимые хлориды кальция и алюминия. Это будет ослаблять сооружение, воздействуя на него примерно так же, как остеопороз на кости. Однако добавление фтора может привести к образованию плохо растворимого фторида кальция. Цемент, безусловно, один из наиболее любопытных экспериментов по созданию долговечных искусственных горных пород.

В городском слое можно найти множество других ингредиентов. Кирпич и черепица, например, присутствуют практически везде, где люди строят себе жилища. Грубо говоря, это всего лишь прямоугольные бруски или пластинки обожженной глины. Но литифицированная глина — глинистые породы — наиболее распространенная составляющая древних осадочных пород, и она спокойно смиряется с перспективой практически вечного существования. Глина — конечный продукт выветривания других горных пород, сочетающая в различных пропорциях несколько компонентов: глинистые минералы; крошечные частицы прочных минералов, таких как кварц; немного извести (необязательно); различные количества органического вещества, на котором довольно долго будет пировать любопытный набор бактерий (и самые живучие из микробов будут цепляться за жизнь даже на глубине 1 км и более).

Однако глина в кирпичах промышленного производства немного другая. Она быстро нагревается в печах, так что минералы преобразуются и частично спекаются, создавая новый твердый и прочный материал. Своего рода природным аналогом кирпича может служить аргиллит, который, залегая у подножья вулкана или рядом с подземной магматической камерой, при контакте с восходящей магмой подвергается обжигу. Он метаморфизируется, из первоначальных крошечных чешуек глинистого минерала образуются новые минералы. Действительно, на первый взгляд может показаться, что кирпичи во многих отношениях более устойчивы к изменениям во время погребения, чем исходное сырье, глина. Например, глинистые породы, подвергшиеся естественному обжигу при соприкосновении с подземной магмой, обладают повышенной устойчивостью, скажем, к колоссальному давлению, которое возникает при столкновении континентов и подъеме горных хребтов. Таким образом, именно те породы, которые образовались путем контактного метаморфизма, чаще всего сохраняют остатки своей первоначальной структуры, тогда как их необожженные соседи под огромным давлением раскалываются и деформируются, так что от текстуры исходной глины мало что остается.

Естественный высокотемпературный обжиг глинистых пород обычно занимает от столетий до многих тысячелетий. Кирпич, однако, обжигается в печи всего один день или около того, хотя и при температурах выше, чем у гранитной магмы. Быстрый нагрев ведет к дегидратации исходных глинистых минералов и получению безводных высокотемпературных минералов, таких как муллит, кристобалит, оливин. Новые минералы образуют крошечные кристаллы, удерживаемые вместе стеклом, образованным в результате плавления нескольких процентов исходного сырья. Получившийся кирпич также порист, сеть образовавшихся пустот и трещин позволяет пару выходить из обезвоживающегося кирпича при обжиге. Кирпичу родственна керамика, также представляющая собой обожженную глину, но имеющую более чистый и однородный состав. Как и в случае с кирпичом, кратковременный интенсивный нагрев обезвоживает многие исходные минералы.