Здравствуйте, уважаемые читатели.
На сей раз я завершаю вольный перевод-пересказ статьи Хельмута Трибуча, что начала делать тут, продолжила тут и тут.
Применяли ли каменщики-Инки нагревание?
Сьеса де Леон два раза упоминал об изпользовании “ битума” для соединения инкских камней. Битум - материал горючий. И ещё Сьеса упомянул, что вместе с ним (с битумом) изпользовалось” разплавленное золото". Поскольку настоящего золота между подогнанными камнями инков никогда никто не находил, то "золото" Сьесы де Леона было, по-видимому, "золотом дураков“, пиритом, который имеет очень похожий внешний вид и подходит к” красноватой" кислой пиритной грязи, которая в статье находится в центре внимания. Но битум и "разплавленный" материал предполагают процесс, включающий в себя теплообмен. Применяли ли инки-каменщики тепло?
Пирит (FeS2) действительно является горючим материалом и, когда материал мелко измельчён, подвержен саморазогреву. За 3 часа его температура может повыситься с 30 до 90 ° C, что в 16 раз быстрее, чем при изпользовании мелкодисперсного угля. Если взять равное количество порошка пирита и угля, то первый повысит температуру в три раза выше по сравнению с порошком угля. Многие случайные пожары были вызваны мелкодисперсным пиритом. Это общеизвестный факт в горнодобывающей среде, и в Перу, например, всегда существующая проблема шахтных отвалов Серро-дель-Паско. Скорость саморазогрева, конечно, зависит от способности системы выделять тепло в окружающую среду. Процесс требует влаги и протекает в соответствии со следующими двумя реакциями:
Таким образом, в виде тепла выделяется 340,2 ккал/моль. Окисление произходит пропорционально площади поверхности пирита, и при умеренных температурах выше температуры окружающей среды его скорость удваивается с каждым повышением температуры на 10 ° C. Окисление резко увеличивается ближе к 330 ° C, где начинается настоящее возгорание.
Согласно словам Сьесе де Леона, работникам каменной кладки инков было известно, что изпользуемая грязь представляла собой битум - горючий минерал. Когда наносили золото и видели его вместе с битумом, то это «золото», по-видимому, было «золотом дураков» - более крупными частицами пирита. Тот факт, что «разплавленное» золото, свинец и серебро было упомянуто Сьесой и подтверждено Гарсиласо де ла Вега, также предполагает, что в процесс было вовлечено тепло. В процессе был задействован пар, и это создавало впечатление, что применяемый материал был нагрет.
В этом есть простой смысл. Если бы специально применяемый измельчённый пирит (в дополнение к некоторым другим (случайно содержащимся) сульфидным минералам) был бы дополнительно добавлен к красноватому шламу и достаточно нагрет, началось бы самоокисление, и с ростом температуры оно самоускорялось. Согласно двум приведённым формулам, результатом была бы горячая серная кислота.
Это определенно поддержало бы и улучшило бы селикагелеобразующее действие красноватой грязи, зачеканенной в зазорах между каменными блоками. Из-за сравнительно небольших количеств пирита, находящегося в узких каменных зазорах, по сравнению с большим объёмом соседних каменных блоков, нагревательный эффект окисления пирита на вулканических или магматических каменных блоках будет оставаться небольшим, вероятно, в пределах от 50 до 300 градусов.
Как следствие, в местах соединения камней можно ожидать только изменения цвета (железосодержащие камни будут краснеть, что может объяснить коричневую окраску в каменных стыках на рис. 7. слева). Поэтому характерные высокотемпературные эффекты и термический удар (трещины, разрушение породы) обычно не должны быть видны на каменных поверхностях инков. Изключением могут быть руины инков Чинчеро, которые были сожжены последователями Манко Капака II во время военных действий.
Применение метода кислых пиритных грязей во времена инков
Возможно, в Империи Инков для транспортировки и обработки химически агрессивной пиритной грязи каменщики изпользовали растительный материал. Таким образом, они могли обнаружить, что растительный сок значительно увеличивает способность пиритовой грязи поверхностно размягчать и разтворять твёрдые вулканические или магматические породы. Каменщики, возможно, также обнаружили, что нагревание кислой грязи и добавление дополнительно раздробленного пирита может значительно улучшить его способность разтворять силикатные породы.
В каменной кладке инков постели (несущие поверхности) плотно прилегают по всей площади (рис. 5). Вертикальные швы обычно устанавливаются (стыкуются) только на глубину нескольких сантиметров. Это может указывать на то, что применение нагрузки было важной стратегией для получения оптимизированных соединяемых поверхностей.
Важным явлением, которое строители инков, по-видимому, эмпирически применили в своих технологиях стен, было «разтворение под давлением» и «вязкое уплотнение». Эти явления были детально изучены в связи с геохимическими и геологическими процессами. Разтворение под давлением относится к разтворению минералов в водной поровой жидкости (жидкость, содержащаяся в порах) при контакте зерна с зерном в условиях высоких напряжений. Там, где давление между зёрнами накапливается, горный материал трескается и разрушается. Порода уплотняется, потому что её материал, в результате, разтворяется, а химические вещества и частицы выносятся, чтобы вызвать рост нового материала в местах, свободных от напряжения. Так называемые уравнения Фаулера-Янга дают адекватное описание этого явления.
Это явление также изучалось с изпользованием биотита, полевого шпата и кварцевых аренитов, которые могут служить подходящими моделями для вулканического и магматического каменного материала с высоким содержанием кварца, изпользуемого в стенах инков. Давление разтвора возникает при напряжённых контактах отдельных зёрен. Затем разтворённый кварц осаждается на свободных поверхностях соседних зёрен. Поровая жидкость мигрирует, и пористость значительно уменьшается. Это именно то, что и следовало ожидать, когда смотришь на гладкие, блестящие, «остекленевшие» поверхности контакта или поверхности каменных блоков инков (Рис. 6, 8).
Это даёт представление об одной специальной технике, которая могла бы быть применена каменщиками инков: кислотная грязь, возможно нагретая, могла быть помещена между двумя строительными камнями, а вес верхнего мог бы постепенно нивелировать неровности предварительно высеченной и отшлифованной границы раздела и переразпределелил бы частицы разтворенного силиката для свежей кристаллизации. Это помогло бы моделировать форму верхнего камня, производящего нажим, на нижний (рис. 5).
Такие химически атакованные и «размягчённые» поверхности с неравномерно разпределёнными гелеобразными поверхностными слоями также могли бы быть впоследствии обработаны и смоделированы механическими инструментами. Подобную, но модифицированную технологию можно было бы применить к вертикальным стыкам между каменными блоками.
Доказательства химической обработки каменных стен инков
Очевидно, что для дальнейшего обоснования концепции данной технологии обработки материала, потребуются натурные археометрические изследования на месте блестящих «остеклованных» слоёв на обработанных камнях инков. Для этого потребуется сотрудничество с археологическими властями. К счастью для настоящего изследования, один эксперимент уже был проведён и опубликован в 2012 году: (выделено мною - Взор)
Небольшой образец с перуанского участка инков под названием Tetecaca был взят из известнякового блока с гладким слоем. Этот гладкий слой был проанализирован в Утрехтском университете, Голландия. Поверхностный слой, толщиной около 10 микрометров на поверхности известнякового камня (кроме Ca, C и O, содержащего только незначительное количество микроэлементов), показал высокую концентрацию Si, Al и Mg. Это указывает на то, что был наложен слой специального материала на основе диоксида кремния (кремнезёма).
При изпользовании кислой грязи на основе бактериально или химически окислённого FeS2 (пирита), из конечных продуктов должны быть обнаружены железо (Fe) и сера (S), ярозит, [KFe33 + [(OH) 6 | (SO4) 2], и оксид-гидроксиды Fe3+, даже если большая часть этих продуктов могла быть вымыта. В упомянутом элементном анализе «остеклованного» слоя на известняке эти элементы, Fe и S, действительно обнаруживаются.
Конечно, для подтверждения таких результатов необходимы более подробные изследования, но, по-видимому, слой, содержащий кремнезём, намеренно был наложен на известняковый материал, чтобы сделать поверхность стыка более прочной и совершенной. Ниже приводится объяснение: силикагель был получен путём обработки тонко измельчённого материала вулканической породы кислой пиритной грязью. Затем этот полученный гель разпределяли на поверхности раздела (шва) между известковыми камнями или между ними для осаждения и отверждения (сравните современные методы консервации камня на основе кремнезёма, описанные ниже).
ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что вулканические и магматические породы, изпользуемые в каменной кладке инков, медленно преобразуются гуминовыми кислотами в каолин и глину. Пиритная грязь из шахт, которая была окислена сульфидокисляющими бактериями, может достигать концентрации кислоты в 10 в 4-й степени раз выше, способствуя соответственно более быстрому разтворению и образованию поверхностного силикагеля. Кроме того, можно было нагреть пиритовый раствор или добавить оксалатсодержащий сок растений. Это могло бы повысить разтворимость силикатного горного материала ещё на один-два порядка. Всё вместе это говорит о том, что метод химического разтворения и превращения был бы применим и мог бы послужить основой для объяснения степени совершенства каменных работ, достигнутых инками в области каменной кладки. Тем не менее, для подтверждения этих идей и для достижения высокого уровня понимания неизбежны экспериментальные археологические изследования.
Здесь важно снова взглянуть на комментарии ранних летописцев цивилизации Инков, которые дали толчок для этого изследования. Красноватая глина, «llàncac allpa», упомянутая Garcilaso de la Vega (1609), которая для нанесения была превращена в пасту, однако, окончательно изчезла, хорошо представлена кислотной пиритовой грязью, показанной на рис. 9. Она имеет правильный коричнево-красноватый цвет и макроскопические твёрдые частицы («allpa»), которые изчезают с ростом окисления (сравните формулу (1)). Гарсиласо де ла Вега также объясняет её применение. Он говорит о «пасте из липкой красной глины, которая изпользовалась для заполнения порезов и ям, образовавшихся при обработке камней…». Это точно описывает, как следует применять кислотную пиритовую грязь.
Также имеют смысл наблюдения информанта Сьеса де Леона (1553). Заявляя, что «кроме обычно изпользуемого битума в некоторых частях дворца и Храма Солнца они изпользовали вместо раствора также разплавленное золото», он сначала подтверждает «обычно изпользуемый битум или разтвор», который позже, очевидно, исчез. Это может быть только красноватая глина «llàncac allpa», упомянутая Гарсиласо де ла Вега. Содержащийся в ней пирит на самом деле является горючим битумом. Но затем он также говорит о разплавленном золоте, которое было применено (и, очевидно, также изчезло из швов инкских камней).
Возможно, его информаторы видели частицы пирита в красноватой грязи, вливавшейся в узкие щели между каменными блоками или изпользовавшейся с ними (во время кладки). Горячая кислотная грязь намного более активна химически, и концентрация кислоты также увеличится из-за изпарения воды. Требовалось только относительно умеренное локальное нагревание для ускорения разтворяющего воздействия серной кислоты на материал силикатной породы или для активации окисления пирита (до температуры ниже 100 ° С или ниже 330 ° С соответственно; температура кипения серной кислоты составляет 338 ° С. ). И когда информаторы смотрели на то, что было влито между каменными блоками, они могли видеть сверкающие частицы пирита (рис. 9) - золота дураков.
Большинство камней инков имеют вулканическое или магматическое произхождение. Они достаточно термостойки и не имеют признаков повышенной термической обработки. Гарсиласо де ла Вега, описывая красноватую глину, также подтверждает, что «разплавленный свинец, серебро и золото были добавлены в разтвор». Кислотный пиритовый шлам из шахт обычно может содержать дополнительные сульфидные минералы (например, помимо пирита (FeS2, золотистый), а также марказит (FeS2, от олово-белого до бронзово-желтого), молибденит (MoS2, свинцово-серебристо-серый), ковеллит (CuS, синий), борнит (Cu5FeS4, от медно-красного до фиолетового)). Случайно увидев такие разнообразные кристаллы в наносимой красноватой грязи, можно было сделать вывод, что между каменными блоками заливаются разплавленный свинец, серебро и золото .
Эффект описанной химической технологии инков для обработки поверхности и обработки силикатных блоков для оптимизации кладки заключается в следующем: сначала твёрдый силикатный материал разрушается в нежелательном (напряженном давлением состоянии) месте (кислотой, комплексообразующими агентами или термическим окислением пирита) и превращается в мелкие освобожденные частицы и силикагель. Затем частицы кремнезема оседают в нужных (не напряжённых) местах и снова затвердевают.
Интересно, что в этой эмпирической (полученной из опыта) инкской стратегии изпользования силикагеля применяются те же принципы, что и в современных технологиях, направленных на возстановление (реставрацию) выветрившихся камней в исторических памятниках и зданиях. Разница заключается в том, что частицы кремнезёма, приводящие к гелю, как правило, не образуются из каменного материала, а поступают извне.
Реставраторы применяют две основные стратегии. Одна состоит в выборе органических соединений силицидов, состоящих из кремниевой кислоты и спиртов. Они проникают в трещины, диссоциируют и образуют частицы аморфного кремнезёма, силикагель, который постепенно приводит к поверхностному затвердеванию каменного материала.
По другой технике сначала на повреждённую поверхность наносят мел. Затем применяется кремнезёмно-органическая жидкость, которая проникает в него, образует коллоидный кремнезём и силикагель, который впоследствии затвердевает.
Каменщики инков иногда также наносили силикагель, приготовленный отдельно, вероятно, из тонко измельчённых вулканических или магматических пород, обработанных кислым пиритовым раствором. Из вышеупомянутого анализа слоя на основе кремнезёма на известняке из руин инков в Тетекаке можно сделать вывод, что на самом деле слой кремнезёма, загрязненный некоторым количеством железа и серы из кислой пиритовой грязи, был образован над известковым подземельем. Современная реставрация камня дала бы тот же результат.
Если предложенная здесь технология на основе силикагеля может быть дополнительно подтверждена для каменной кладки инков, это повысит уровень их работы от «никакой секретной формулы за пределами примитивной рабочей техники, основанной на каменных орудиях» (Protzen) до удивительного химического вещества и технического стандарта. Это было бы оправдано, учитывая большой опыт работы с металлами и минералами, которого достигли специалисты Инков и доинков по добыче, включая обработку платины с температурой плавления 1768 ° C для церемониальных и утилитарных украшений.
Автор ожидает, что стратегии Инков по совершенствованию блочных соединений в каменной кладке будут всё лучше и лучше понимаемы, когда будет больше изучена технология кремнезёма при температуре окружающей среды.
Эта область знаний всё еще слабо развита, но с большим успехом применяется в биологии. Обращает на себя внимание большое семейство диатомовых водорослей, принадлежащих к светосборному фитопланктону, с их сложными микроскопическими кремнезёмистыми структурами, которые они, в отличие от нашей технологии высокотемпературного стекла, производят с очень низкими затратами энергии. Также следует упомянуть элегантные структуры стеклянных губок (например, Euplectella aspergillum), живущих в глубоководных условиях. Они при температуре окружающей среды производят стекло высокого оптического качества и, даже, упругие стекловолокна, состоящие из тонких концентрических листов кремнезёма, соединённых белками
У строителей каменной кладки Инков могли быть эстетические и психологические причины стремиться к такому совершенству соединений силикатного камня и эмпирически развивать свою технологию кремнезёма. Мы должны больше узнать об этом, должны применить экспериментальную археологию, чтобы понять её должным образом.
*-*-*-*-*
Предлагаю ознакомиться с текстом "Комментариев о каменном строительсве от Инки"
