Mursteins geologi
Murstein og mørtel er to svært forskjellige typer kunststein.
Memo Vasquez / Getty Images
Den vanlige mursteinen er en av våre største oppfinnelser, en kunststein. Mursteinsarbeid forvandler lavfast gjørme til sterke materialer som kan holde i århundrer når de blir tatt godt vare på.
Leirstein
Hovedingrediensen i murstein er leire, en gruppe av overflatemineraler som oppstår fra forvitring av magmatiske bergarter. I seg selv er ikke leire ubrukelig - å lage murstein av vanlig leire og tørke dem i solen gjør en solid bygning til 'stein'. Å ha litt sand i blandingen hjelper til med å forhindre at disse klossene sprekker.
Soltørket leire er litt forskjellig fra myk skifer .
Mange av de eldste bygningene i det tidlige Midtøsten var laget av soltørket murstein. Disse varte vanligvis omtrent en generasjon før mursteinene ble dårligere på grunn av omsorgssvikt, jordskjelv eller været. Med gamle bygninger smeltet til leirhauger, ble de gamle byene med jevne mellomrom jevnet med jorden og nye byer bygget på toppen. Gjennom århundrene vokste disse byhaugene, kalt tells, til betydelig størrelse.
Å lage soltørkede murstein med litt halm eller møkk hjelper til med å binde leiren og gir det like eldgamle produktet kalt adobe.
Brent murstein
De gamle perserne og assyrerne laget sterkere murstein ved å steke dem i ovner. Prosessen tar flere dager, og hever temperaturen over 1000 °C i en dag eller så, og avkjøles deretter gradvis. (Dette er mye varmere enn den milde stekingen eller kalsineringen som brukes til å lage toppdressing tilbaseballbaner.) Romerne avanserte teknologien, slik de gjorde med betong og metallurgi, og spredte brent murstein til alle deler av imperiet deres.
Murverk har stort sett vært det samme siden. Fram til 1800-tallet bygde hver lokalitet med leirforekomst sitt eget teglverk fordi transporten var så dyr. Med fremveksten av kjemi og den industrielle revolusjonen sluttet murstein seg stål ,glassogbetongsom sofistikerte byggematerialer. I dag lages murstein i mange formuleringer og farger for en rekke krevende strukturelle og kosmetiske bruksområder.
Kjemi av mursteinfyring
I løpet av brenningsperioden blir mursteinleire en metamorf bergart. Leirmineraler brytes ned, frigjør kjemisk bundet vann og endres til en blanding av to mineraler, kvarts og mullitt. Kvartsen krystalliserer svært lite i løpet av den tiden, og forblir i en glassaktig tilstand.
Nøkkelmineralet er mullitt (3AlO3 · 2SiOto), en blanding av silika og alumina som er ganske sjelden i naturen. Den er oppkalt etter dens forekomst på Isle of Mull i Skottland. Mullite er ikke bare hard og seig, men den vokser også i lange, tynne krystaller som fungerer som sugerøret i adobe, og binder blandingen i et låsende grep.
Jern er en mindre ingrediens som oksiderer til hematitt, og står for den røde fargen på de fleste murstein. Andre elementer inkludert natrium, kalsium og kalium hjelper silikaen til å smelte lettere - det vil si at de fungerer som en fluss. Alle disse er naturlige deler av mange leireavsetninger.
Er det naturlig murstein?
Jorden er full av overraskelser - tenk på naturlige atomreaktorer som en gang eksisterte i Afrika – men kunne det naturlig produsere ekte murstein? Det er to typer kontakt metamorfose å overveie.
For det første, hva om veldig varm magma eller utbrutt lava slukte en kropp av tørket leire på en måte som lar fuktigheten slippe ut? Jeg vil gi tre grunner som utelukker dette:
- 1. Lavaene er sjelden så varme som 1100 °C.
- 2. Lavaene ville avkjøles raskt når de sluker overflatebergarter.
- 3. Naturlig leire og nedgravd skifer er våt, noe som vil trekke enda mer varme fra lava.
Den eneste magmatiske bergarten med nok energi til å ha en sjanse til å skyte skikkelig murstein ville være den supervarme lavaen kjent som komatiitt, antatt å ha nådd 1600 °C. Men jordens indre har ikke nådd den temperaturen siden den tidlige proterozoiske epoken for mer enn 2 milliarder år siden. Og på den tiden var det ikke oksygen i luften, noe som gjorde kjemien enda mer usannsynlig.
På Isle of Mull dukker mullitt opp i gjørmesteiner som har blitt bakt i lavastrømmer. (Det er også funnet i pseudotakylitter , hvor friksjon på forkastninger varmer opp tørr stein til smelting.) Disse er nok langt fra ekte murstein, men du bør gå dit selv for å være sikker.
For det andre, hva om en faktisk brann kunne bake den riktige typen sandskifer? Faktisk skjer det i kulllandet. Skogbranner kan begynne å brenne kull, og når de først startet kan disse kullbrannene fortsette i århundrer. Riktignok kan skifer overliggende kullbranner bli til en rød klinkestein som er nær nok ekte murstein.
Dessverre har denne forekomsten blitt vanlig ettersom menneskeskapte branner starter i kullgruver og kulmhauger. En betydelig del av de globale klimagassutslippene kommer fra kullbranner. I dag overgår vi naturen i dette obskure geokjemiske stuntet.