Естественный бетон. Что такое известняк. Как был открыт обжиг извести. Обжиг извести привёл к технологической революции неолита
В 1960-е годы открытие израильских геологов вызвало небольшой переполох, когда они объявили об обнаружении бетонной смеси в каменной образовании возрастом в 12 миллионов лет в пустыне Негев. Эта новость вызвала удивление, особенно среди инженеров-историков, археологов и палеонтологов, из-за обнаружения бетона, который предшествовал не только самому раннему известному использованию бетона, но и жизни самых ранних человекообразных. Двенадцать миллионов лет назад наши предки были чуть более продвинуты, чем современные лемуры. Так кто же делал бетон?
Как и ожидалось, факты всегда менее сенсационны, чем заголовки. Псевдобетон возник, когда под действием тектонических сдвигов известь вступала в контакт с горючим сланцем и с водой в качестве катализатора, так и получилось природное соединение цемента. Инженеры и химики не считают это соединение бетоном; скорее, его можно было бы более точно описать как «плохой асфальт». По этой причине я считаю, что лучше всего сосредоточится на рассмотрении происхождения бетона в тех ранних человеческих общинах, чей подход к его изобретению, хотя иногда и не совсем научный, был более методичным и успешными, чем случайно произведённые природой продукты.
Поскольку известь, иногда называемая «негашеной известью», является основным компонентом бетона, возможно, лучше начать нашу историю с открытия этой замечательной субстанции. Известь происходит от основного компонента известняка: карбоната кальция. Известняк создается из остатков бесчисленных поколений кораллов и моллюсков, которые в конечном счёте образовали толстый осадочный слой. Этот слой, в последствии, был измельчен и кристаллизован мощными геологическими силами, что привело к образованию беловатой породы. Возьмите выжженную солнцем раковину, лежащую на пляже, и вы, по сути, будете держать в руке чистую форму известняка, поскольку раковина состоит почти полностью из карбоната кальция. Изобилие известняка является молчаливым свидетельством того какой гигантский объём живых существ жил в океанах на протяжении сотен миллионов лет до появления людей. Которые, в конце концов, обнаружат, что известняк содержит скрытые качества, которые, на их примитивный взгляд, казались не чем иным, как чудом. Даже для нас сегодня, давно приученных к техническим чудесам, эти свойства все еще кажутся немного жуткими и сверхъестественными.
Сейчас мы знаем, что известняк был обнаружен где-то к концу эпохи палеолита, примерно двенадцать тысяч лет назад. Палеолит (старый камень) продолжался почти три миллиона лет и технически начинается с возникновения первых каменных орудий. Следовательно, он охватывает как виды предшествующие хомо сапиенсу, так и анатомически современных людей, которые использовали каменные инструменты. Для Homo sapiens период палеолита начинается с нашего вида, примерно двести тысяч лет назад.До изобретения датирования углеродом-14 и других сложных технологий определения возраста объектов, археологам часто было трудно отличить возраст предметов, найденных в разных местах, где когда-то жили наши палеолитические предки. Сколько лет этим предметам - сто тысяч? Шестьдесят тысяч лет? Иногда между находками не бывает сколь-нибудь существенных отличий, чтобы легко определить точный путь эволюции в производстве орудий труда. Для нас технологические прорывы происходят постоянно в течение одной жизни; для наших предков-охотников-собирателей они происходили, возможно, раз в сто поколений и реже. На протяжении большей части нашего существования на этой планете мы развивались довольно медленно, если говорить о технологиях.
Затем, 50 - 60 тысяч лет назад что-то произошло. Каменные орудия постепенно улучшались, и разнообразие предметов первобытной культуры возрасло. Приблизительно в это время был изобретён лук, и значительно улучшились копья и топоры. Возникли первые предметы искусства, люди начали рисовать на стенах пещер и выризать примитивные фигурки на костях. Одним из результатов этих небольших, но чрезвычайно важных событий было то, что, когда наши предки впервые вошли в Европу сорок тысяч лет назад, они имели решающее технологическое преимущество над неандертальцами, с которыми они столкнулись. Если бы современные люди иммигрировали в Европу двадцать тысяч лет назад, это могла быть совершенно другая книга.
После этого технологического подъема наступил период застоя, который длился тысячелетия. Эпоха неолита началась около 10 000 лет до нашей эры. По сравнению с медленными темпами изменений в эпоху палеолита эпоха неолита свидетельствовала о взрывной трансформации в человеческих сообществах и технологиях. Появились керамические фигурки, а затем и керамика. Овцы были одомашнены, и вскоре появилось производство тканной одежды. Возникали межплеменные сообщества с общими языками и системами убеждений, а более широкий рынок труда привел к первым крупным строительным проектам. За это время сельское хозяйство приобретало все большее значение, все больше дополняло рацион охотников-собирателей, выращенными зернами и бобами. Скромный досуг, предоставляемый излишками пищи, позволил открыть и освоить новые ремесла. Некоторые деревни стали посёлками, а некоторые из этих поселков станут первыми городами.
Начало возникать иерархическое общество, а вместе с ним, стало возникать то, что мы называем "цивилизация".
Археологи долгое время полагали, что заметные изменения, произошедшие в эпоху неолита, были связаны прежде всего с открытием сельского хозяйства и приручения животных. Только недавно мы поняли, что история намного сложнее. Технологические и общественные революции начались за столетия до того, как возникло сельское хозяйство. Старые границы между эпохой неолита и палеолита в последнее время были отброшены назад и размыты. И все эти социальные изменения, возможно, начались с открытия замечательного вещества: извести.
Самая популярная теория открытия извести - сценарий «походный костра на известняках». Он работает примерно так: в какой-то момент в далеком прошлом группа охотников-собирателей выбирает удобное место для лагеря и остаётся на этом месте в течение нескольких недель или месяцев. В качестве меры предосторожности, они располагают местонахождение костра в небольшой впадине на каменистом обнажении, хорошо изолированном от любого попадания влаги. Они разводят костёр на известковом обнажении. По прошествии нескольких дней или недель они замечают, что камень в месте разведения огня высыхает и раскрашивается на комки, которые легко распадаются в белый порошок. Это известь. После того, как огонь погас, и яма становится прохладной, кто-то поднимает один из комков и раздавливает его в руке. Он чувствует слегка болезненное раздражение, вызванное едким порошком. После того как он потряс рукой, чтобы удалить порошок, он затем наливает немного воды на пораженную кожу, чтобы устранить снять раздражение. Этот нормальный ответ на раздражитель, но в нашем случае, не очень мудрый шаг. Вода вызывает сильную реакцию с порошком, и то, что только что было причиной не сильного раздражения, вызывает химический ожог. Опасаясь боли, он продолжает поливать водой ладонь и пальцы. К счастью, чем больше воды он наливает, тем больше происходит разбавление реакционноспособного соединения, и вскоре боль уменьшается. Красные рубцы и волдыри, вызванные ожогами второй степени остаются на его руке.
Конечно, жертва обращается к знахарю. И не важно, что знахарь, о котором идет речь, является шаманом, потому что практикующий знахарь знает не только бесчисленные заклинания, накопленные изустно, передаваемые с незапамятных времен, но он также является главным фармацевтом, обладающим набором лекарств или паллиативов, которые состоят из сотен частей растений и животных. Возможно, всего менее четверти ингредиентов в его медицинском арсенале представляют собой настоящие лекарства или анальгетики, а все остальные - плацебо. Тем не менее, с кучей мусора и только несколькими настоящими травяными средствами, шаман, вероятно, пользуется высокой степенью успеха - ведь большинство людей, естественно, выживают при заболеваниях, что конечно- же усиливает веру людей в него.
После того, как он обрабатывает рану своего пациента и дает ему древний эквивалент двух таблеток аспирина, шаман решает исследовать любопытный порошок, который вызвал проблему. Он знает, что люди, столкнувшиеся с болезненным опытом, не самые лучшие свидетели, и поэтому он, вероятно, сомневается в истории о воде, вызывающей ожог. В конце концов, вода используется для тушения пожаров, верно? Купание в нем в жаркий день охлаждает организм, а выпив воду мы утоляем жажду. Вода успокаивает боль, а не вызывает ее.
Шаман идет к яме, где разводился костёр и использует палочку, чтобы соскрести часть измельчённой породы в маленькую корзину или глиняную миску. Возможно, он сначала вставляет кончик левого мизинца в порошок и обнаруживает, что, да, этот порошок немного раздражает кожу. Затем он добавляет воды в порошок. То, что происходит дальше, несомненно, поражает его: смесь начинает выделять беспламенную жару. В конце концов, его пациент не обманул; это какой-то серьезный материал. Когда он продолжает наблюдать пузырящуюся смесь, он замечает, что через несколько минут вспенивание исчезает, а выделение тепла уменьшается. Если знахарь терпелив, он заметит, что вещество вскоре станет твердым. Он трогает материал палкой и подтверждает, что оно стало очень твёрдым. Возник камень!
Сегодня мы можем объяснить то, чего не знал шаман: огонь превратил известняк в карбонат кальция. Весь углекислый газ и вода в камне (да, все породы содержат небольшое количество воды) испарились, оставив оксид кальция: каустический порошок, который мы называем известью или негашеной известью. Когда вода добавляется в порошок, происходит сильная химическая реакция: образуется тепло - до 150 ° С - и гидроксид кальция. Это новое соединение требует углекислого газа, которое оно потеряло во время процесса обжига, и поэтому вытягивает его из атмосферы, как какое-нибудь странное существо, умирающее от удушья. В смеси начинает образовываться карбонат кальция, и через короткое время он затвердевает и становится, по сути, снова известняком. Этот искусственно созданный карбонат кальция очень белый и очень твердый. Его можно рассматривать как самую чистую форму бетона.
До недавнего времени важность этого открытия не получала полной оценки. Археологи рассуждали, что простейшее вещество, созданное обычным костром, не могло иметь такого большого влияния на ход технологического развития человека. Этот взгляд был почти повсеместно распространён до 1990-х годов, когда новые раскопки и более пристальное изучение опытных данных начали оспаривать это предположение. Действительно, возможно, что революции, которые привели к эпохе неолита, могли начаться с изобретения бетона, и открытие извести было гораздо более удивительным и интересным, чем предполагалось ранее.