На протяжении долгой истории человеческой цивилизации природный камень неизменно считался бесценным даром в области искусства и строительства. Это сохранялось на протяжении всей истории человечества. Благодаря своей уникальной текстуре, хорошей прочности и удивительным физическим свойствам мрамор стал олицетворением высококлассного строительства и творческого самовыражения. Мрамор — это вещество, обладающее всеми этими качествами. Это можно увидеть как в серьезности Пантеона в древнем Риме, так и в изяществе фигур эпохи Возрождения, созданных Микеланджело. Тем не менее, течение времени всегда оставляет следы его существования. Многие мраморные объекты постепенно теряли свою былую великолепность, что побудило людей внимательно задуматься о сроке службы камня. Это вдохновило на создание некоторых захватывающих концепций.
1. Механизм формирования цвета минералов
Цвета минералов сродни краскам живописного полотна; за ними скрываются сложные научные идеи. Цвета минералов можно разделить на автохроматические и гетерохроматические. В то время как гетерохроматический цвет минерала обусловлен присутствием окрашенных примесей, которые не имеют отношения к природе самого минерала, автохроматический цвет является собственным цветом минерала. Например, чистый кварц бесцветен и прозрачен; однако, если добавить оксид марганца в небольших количествах, он окрасится в черный или дымчатый цвет, образуя известный дымчатый кварц. Этот сдвиг цвета подобен тому, как природа встраивает яркие семена в минерал; по мере изменения окружающей среды эти семена незаметно распускаются и демонстрируют меняющиеся оттенки.
Помимо влияния загрязнений, внутренние трещины или разломы в оксидной пленке на поверхности минерала также вызывают интерференцию световых волн, тем самым создавая обманчивые цвета. Обычный пример — кальцит. Разломная поверхность, обладая развитым отражением и интерференцией света, создает ореол, напоминающий радугу. Этот ореол позволяет минералам проявлять переменчивые цвета под различным освещением, словно тайная завеса, подаренная им природой.
Эти идеи лежат в основе технологий окрашивания камня и изменения его цвета. Люди могут придавать камням совершенно новый оттенок, добавляя красители или изменяя структуру поверхности минералов, таким образом покрывая камни. Этот метод не только удовлетворяет потребность людей в красоте, но и открывает новые возможности для использования камней.
2. Причина цвета некоторых декоративных камней
В отличие от минералов, механизм развития цвета горных пород более сложен и обычно обусловлен совместной деятельностью нескольких элементов. Например, светло-серый до почти черного мрамор может иметь разный уровень органических веществ и мелко рассеянные сульфиды тяжелых металлов (в основном железа, затем меди, алюминия и других). Эти элементы словно “дворец”, спрятанный в камне, придают ему различные оттенки. Типичные примеры — “Гуйлиньский черный” в Гуанси, “Кристальный черный” в Чжиджине, провинция Гуйчжоу, “Сучжоуский черный” в Цзянсу, “Мою” в Хулэ, провинция Хэбэй, и “Далианский черный” в Ляонине. Большинство этих камней углеродистые или асфальтенные, среди них “Гуйлиньский черный” во время обработки выделяет запах сульфида, а на каменной суспензии образуется тонкая масляная пленка. На полированной поверхности иногда появляются рисунки, напоминающие окаменевшие листья или папоротники.
Типичные гидраты оксида железа, содержащиеся в красных, бордовых, фиолетовых, коричневых и желтых камнях, — это гидрогематит, гематит, гидрогематит и лимонит. Эти минералы придают красный цвет мрамору “Красный Ванлуо” из Линби, провинция Аньхой. Обычно фиолетовый камень получается при наличии оксида марганца и оксида железа в определенном соотношении, как это происходит с мрамором “Фиолетовая бобовая банка” из Хулэ, провинция Хэбэй.
Обычно связанные с низкозначными оксидами железа и силикатами кремния и магния, такими как глауконит, хлорит, серпентин, амфибол, диопсид, оливин, гранат и актинолит, процесс образования зеленых и травянисто-зеленых камней более сложен. Иногда камень кажется зеленым из-за меди или ее соединений. Серпентин в основном отвечает за зеленые мраморы, включая “Цзиньюй” из Чанпина, Пекин, “Облака” из Хулэ, провинция Хэбэй, “Даньдунский зеленый” из Ляонин, “Лайянский зеленый” из Шаньдун и “Диецуй” из Чжэнхэ, провинция Фуцзянь. Химическая формула серпентина — Mg₆Si₄O₁₀(OH)₈. Она может включать вариации, такие как FeO, Fe₂O₃, NiO и другие. Обычно в плотных блоках он имеет широкий спектр зеленых оттенков, включая темно-зеленый, темно-зеленый, желто-зеленый, светло-зеленый и так далее. Название “серпентин” происходит от сине-зеленых отметин на поверхности, напоминающих кожу змеи.
Цвет гранита в основном определяется оттенком его породообразующих минералов. Гранит в основном состоит из кварца, полевого шпата, амфиболя, пироксена, оливина и биотита. Среди них кварц и полевой шпат — светлые минералы; если количество темных минералов меньше 1%, цвет камня будет светлее, и получится белый гранит, такой как “Белый Лотос” из Фэньи, провинция Цзянси. Оттенок гранита постепенно темнеет по мере увеличения содержания темных минералов, образуя серую или серую гамму, включая “Белый Цюаньчжоу” в провинции Фуцзянь и “Сезамово-серый” в Хуангане, провинция Хубэй. Если темные минералы распространяются еще дальше, гранит приобретает более темные оттенки, такие как “Синий Цзинань” и “Черный Фэнчжэнь”.
Цвет гранита в значительной степени зависит от формы полевого шпата. Плагиоклаз обычно придает камню белый вид; поэтому, когда содержание плагиоклаза значительное, порода кажется серой или серой в нескольких оттенках, таких как “Серый Хуанган”. Этот тип гранита становится более ценным, поскольку при увеличении содержания лабрадорита в граните появляются синие, зеленые, фиолетовые, золотистые и другие оттенки в определенном направлении. По мере повышения уровня калиевого полевого шпата камень становится розовым или алым, напоминая “Красный Таоюань”. Большинство красных камней, найденных как внутри страны, так и за рубежом, относятся именно к этому типу.
Кроме того, на оттенок породы влияют её сухость и влажность. В мокром состоянии цвет становится темнее; в сухом — светлее. Чтобы различить цвет, минеральный состав и структурную организацию камня, специалисты по камню могут использовать влажную воду. Также на цвет влияет степень полировки: зеркально отполированная поверхность темнее, а шероховатая — светлее. Кроме того, важна свежесть камня; цвет старого камня светлее, тогда как свежий камень темнее. Обычно цвет лицевого камня, о котором мы говорим, — это цвет, полученный после полировки.
3. Факторы, вызывающие выцветание камня.
Выцветание мрамора
Мрамор, древняя и широко известная каменная аристократия, с годами потерял свою былую величественность; что могло стать причиной этого? Основными компонентами этого материала являются кальцит (CaCO3) и доломит (CaMg(CO3); именно они и являются “виновниками” выцветания. Быстрая реакция между очень активными карбонатными ионами [CO2] и диоксидом серы в окружающей среде образует гипс (CaSO2H2). Этот гипс производит мутные частицы, прикрепляющиеся к поверхности камня. Эти частицы выглядят как слой серой вуали, закрывающей естественную яркость мрамора. Кальцит также легко реагирует с водой, образуя растворимый в воде бикарбонат кальция [Ca(HCO2)], который затем превращается в карбонат кальция (кальцит) по мере испарения воды. В местах, где есть известняк, этот механизм отвечает за образование пещер, сталактитов и сталагмитов. Мрамор, используемый вне помещений, сильно выцветает и становится намного менее ярким уже через два-три года после воздействия ветра и дождя.
Помимо химических процессов, длительный “конкурс” между камнем и окружающей его природной средой приводит к деградации камня. Эти природные факторы — яркое солнце, разрушительные дожди, эрозия ветра и песка — подобны беспощадным художникам, постепенно меняющим внешний вид мрамора. Химическая реакция на поверхности камня ускоряется под воздействием ультрафиолетового излучения, что со временем приводит к выцветанию оттенка. Кислотные компоненты кислотных дождей взаимодействуют с карбонатом кальция в мраморе, ускоряя выцветание цвета. Физический износ, вызванный ветром и песком, постепенно снижает блеск поверхности мрамора, в результате чего цвет становится менее ярким.
История потери привлекательности мрамора рассказывается на протяжении очень долгого времени в богатой и замечательной истории человеческой цивилизации. Давно утратив свой яркий белый цвет из-за течения времени, Пантеон в древнем Риме считается архитектурным чудом, насчитывающим более двух тысяч лет. В эпоху Возрождения, которая охватывает несколько сотен лет, многие мраморные произведения Микеланджело изменяли оттенок своей поверхности. Эти процессы выцветания влияют не только на ценность художественных созданий, но также побуждают людей задуматься над тем, как можно защитить бесценные культурные сокровища с помощью инициатив по их сохранению.
DДеградация Of GРасс
Гранит, похоже, обладает большей способностью противостоять старению, чем мрамор. В основном состоящий из элементов изверженных пород, включая полевой шпат, кварц, пироксен, амфибол, слюду и другие компоненты, гранит является разновидностью горной породы. Каждый ион кремния в структуре этих силикатных минералов окружен четырьмя ионами кислорода, образуя таким образом кремнеземно-кислородный тетраэдр — основную структурную единицу силикатов. Гранит крайне устойчив к выветриванию; он достаточно стабилен, устойчив к кислотам и трудно растворяется. Гранит меньше взаимодействует с кислотами в воздухе, чем мрамор, что приводит к образованию гипсовых частиц, напоминающих облака, которые оседают на поверхности и вызывают выцветание материала.
Тем не менее, горные породы не являются исключением; в природе нет абсолютно стабильных объектов. Помимо гранита, эрозия затрагивает даже самые высокие горы. Минералы составляют горные породы; нагретая вода и процесс выветривания приводят к тому, что минералы начинают превращаться в другие вторичные минералы. Полевой шпат, слюда и амфибол превратятся в каолин или лимонит; пироксен обычно переходит в эпидот; хлорит или кальцит окончательно превратятся в оливин; а серпентин или магнезит возникнут из оливина. Эти изменения несомненно влияют на цвет горной породы; однако этот процесс занимает много времени, и некоторые изменения почти непостижимы для человека. На самом деле, цвет гранита мог изменяться по многим различным причинам еще до этих минеральных преобразований.