The Geology of Bricks

Den vanliga tegelstenen är en av våra största uppfinningar, en konstgjord sten. Mursten förvandlar lera med låg styrka till starka material som kan tåla i århundraden när de sköts ordentligt.

Huvudingrediensen i tegel är lera, en grupp av ytmineraler som uppstår genom förvitring av stolliga stenar. I sig själv är lera inte värdelös - att göra tegelstenar av vanlig lera och torka dem i solen gör en robust byggnad "sten". Att ha lite sand i blandningen hjälper till att hålla dessa tegel från att spricka.

Soltorkad lera skiljer sig lite från mjuk skiffer.

Många av de äldsta byggnaderna i tidigt Mellanöstern var tillverkade av soltorkade tegelstenar. Dessa varade i allmänhet ungefär en generation innan tegelarna försämrades från försummelse, jordbävningar eller vädret. Med gamla byggnader smälta till högar av lera jämnades de gamla städerna periodvis och nya städer byggdes ovanpå. Under århundradena växte dessa stadshögar, kallade berättar, till betydande storlek.

Att göra soltorkade tegelstenar med lite halm eller dynga hjälper till att binda leran och ger den lika forntida produkten som kallas adobe.

De gamla perserna och assyrerna gjorde starkare tegelstenar genom att steka dem i ugnar. Processen tar flera dagar, höjer temperaturen över 1000 ° C under en dag eller så och kyls sedan gradvis. (Detta är mycket varmare än den milda rostningen eller kalcineringen som används för att göra toppförband för basebollfält.) Romarna avancerade tekniken, precis som de gjorde med betong och metallurgi, och spridde fyrade tegel till varje del av deras imperium.

Mursten har i princip varit densamma sedan dess. Fram till 1800-talet byggde varje lokalitet med en leravlagring sina egna tegelverk eftersom transporten var så dyr. Med ökningen av kemi och den industriella revolutionen kom tegelstenar stål, glas och betong som sofistikerade byggnadsmaterial. Idag tillverkas tegel i många formuleringar och färger för en mängd krävande strukturella och kosmetiska applikationer.

Under skjutperioden blir tegellera en metamorf bergart. Lermineraler bryts ned, släpper kemiskt bundet vatten och förändras till en blandning av två mineraler, kvarts och mullit. Kvarts kristalliseras väldigt lite under den tiden, kvar i ett glasartat tillstånd.

Nyckelmineralet är mullit (3AlO₃· 2SiO₂), en blandad förening av kiseldioxid och aluminiumoxid som är ganska sällsynt till sin natur. Det har fått sitt namn på dess förekomst på Isle of Mull i Skottland. Mulliten är inte bara hård och tuff, utan växer också i långa, tunna kristaller som fungerar som sugröret i adobe och binder blandningen i ett låsgrepp.

Järn är en mindre ingrediens som oxiderar till hematit och står för den röda färgen hos de flesta tegelstenar. Andra element inklusive natrium, kalcium och kalium hjälper kiseldioxiden att smälta lättare - det vill säga de fungerar som ett flöde. Alla dessa är naturliga delar av många leravlagringar.

Jorden är full av överraskningar - tänk på naturliga kärnreaktorer som fanns en gång i Afrika - men kunde det naturligtvis producera äkta tegel? Det finns två typer av kontakt metamorfos att överväga.

Först, vad händer om mycket het magma eller utbruten lava uppslukade en kropp av torkad lera på ett sätt som gör att fukten kan fly? Jag skulle ge tre skäl som utesluter detta:

• 1. Lavas är sällan så heta som 1100 ° C.
• 2. Lavas skulle svalna snabbt när de uppslukade ytbergar.
• 3. Naturliga leror och nedgrävda skiffer är våta, vilket skulle hämta ännu mer värme från lava.

Den enda stolliga klippan med tillräckligt med energi för att till och med ha en chans att avfyra ordentlig tegel skulle vara den superhota lava känd som komatiite, tros ha nådd 1600 ° C. Men jordens inre har inte nått den temperaturen sedan tidig Proterozoic-era för mer än 2 miljarder år sedan. Och vid den tiden fanns inget syre i luften, vilket gjorde kemin ännu mer osannolik.

På Isle of Mull förekommer mullit i lerstenar som har bakats i lavaflöden. (Det har också hittats i pseudotachylit, där friktion på fel värmer torr sten till smältning.) Det här är förmodligen ett långt ifrån riktigt tegel, men du bör åka dit själv för att se till.

För det andra, vad händer om en verklig eld skulle kunna baka den rätta typen av sandskiffer? Det händer faktiskt i kollandet. Skogsbränder kan börja kolbäddar brinna, och en gång började dessa kolfogbränder kan pågå i århundraden. Visst nog kan skiffer överliggande kolbränder förvandlas till en röd klinkerig sten som är tillräckligt nära till äkta tegel.

Tyvärr har denna förekomst blivit vanlig när bränder som orsakats av människor börjar i kolgruvor och kulhögar. En betydande del av globala växthusgasutsläpp uppstår från kolbränder. Idag överträffar vi naturen i detta dunkla geokemiska stunt.