Die Geologie der Ziegel

Der gemeine Ziegelstein ist eine unserer größten Erfindungen, ein Kunststein. Bei der Ziegelherstellung wird Schlamm mit geringer Festigkeit in feste Materialien umgewandelt, die bei richtiger Pflege Jahrhunderte lang halten können.

Lehmziegel

Der Hauptbestandteil von Ziegeln ist Ton, eine Gruppe von Oberflächenmineralien, die bei der Verwitterung von magmatischen Gesteinen entstehen. Ton ist für sich genommen kein nutzloser Baustein aus einfachem Ton, und durch Trocknen in der Sonne entsteht ein stabiler Baustein. Wenn Sie etwas Sand in der Mischung haben, können diese Steine ​​nicht brechen.

Sonnengetrockneter Ton unterscheidet sich kaum von weichem Schiefer.

Viele der ältesten Gebäude im frühen Nahen Osten bestanden aus sonnengetrockneten Ziegeln. Diese dauerten im Allgemeinen ungefähr eine Generation, bevor sich die Ziegel durch Vernachlässigung, Erdbeben oder das Wetter verschlechterten. Mit alten Gebäuden, die zu Lehmhaufen verschmolzen waren, wurden die alten Städte in regelmäßigen Abständen eingeebnet und neue Städte gebaut. Im Laufe der Jahrhunderte wuchsen diese so genannten Stadthügel zu einer beachtlichen Größe.

Die Herstellung von sonnengetrockneten Ziegeln mit etwas Stroh oder Mist hilft dabei, den Ton zu binden, und ergibt das ebenso alte Produkt namens Adobe.

Abgefeuerte Ziegel

Die alten Perser und Assyrer machten stärkere Ziegel, indem sie sie in Öfen rösteten. Der Vorgang dauert mehrere Tage. Erhöhen Sie die Temperatur etwa einen Tag lang auf über 1000 ° C und kühlen Sie dann allmählich ab. (Dies ist viel heißer als das milde Rösten oder Kalzinieren, das zur Herstellung von Top-Dressing für Baseballfelder verwendet wird.) Die Römer entwickelten die Technologie wie bei Beton und Metallurgie weiter und verbreiteten gebrannte Ziegel in jedem Teil ihres Reiches.

Der Ziegelbau ist seitdem im Grunde derselbe. Bis zum 19. Jahrhundert baute jeder Ort mit einer Lehmlagerstätte eine eigene Ziegelei, weil der Transport so teuer war. Mit dem Aufstieg der Chemie und der industriellen Revolution wurden Stahl, Glas und Beton zu anspruchsvollen Baustoffen. Heute wird Ziegel in vielen Formulierungen und Farben für eine Vielzahl anspruchsvoller struktureller und kosmetischer Anwendungen hergestellt.

Chemie des Ziegelbrennens

Während des Brennens wird Ziegellehm zu einem metamorphen Gestein. Tonmineralien zersetzen sich, setzen chemisch gebundenes Wasser frei und verwandeln sich in eine Mischung aus zwei Mineralien, Quarz und Mullit. Der Quarz kristallisiert in dieser Zeit sehr wenig und bleibt in einem glasigen Zustand.

Das Schlüsselmineral ist Mullit (3AlO₃ · 2SiO₂), eine in der Natur recht seltene Mischung aus Siliciumdioxid und Aluminiumoxid. Es ist nach seinem Vorkommen auf der Isle of Mull in Schottland benannt. Mullit ist nicht nur hart und zäh, sondern wächst auch in langen, dünnen Kristallen, die wie das Stroh in Adobe funktionieren und die Mischung in einem ineinandergreifenden Griff binden.

Eisen ist ein geringerer Bestandteil, der zu Hämatit oxidiert und für die rote Farbe der meisten Ziegel verantwortlich ist. Andere Elemente wie Natrium, Kalzium und Kalium tragen dazu bei, dass die Kieselsäure leichter schmilzt, dh sie wirken als Flussmittel. All dies sind natürliche Bestandteile vieler Tonvorkommen.

Gibt es natürlichen Ziegelstein?

Die Erde steckt voller Überraschungen - denken Sie an die natürlichen Atomreaktoren, die es einst in Afrika gab -, aber könnte sie auf natürliche Weise echten Ziegelstein produzieren? Es gibt zwei Arten von Kontaktmetamorphosen.

Erstens, was ist, wenn sehr heißes Magma oder ausgebrochene Lava einen Körper aus getrocknetem Ton auf eine Weise verschlingt, dass die Feuchtigkeit entweichen kann? Ich würde drei Gründe nennen, die dies ausschließen:

• 1. Lavas sind selten so heiß wie 1100 ° C.
• 2. Lavas würden schnell abkühlen, sobald sie Oberflächengesteine ​​verschlingen.
• 3. Natürliche Tone und vergrabene Schiefer sind feucht, was der Lava noch mehr Wärme entziehen würde.

Das einzige magmatische Gestein mit genug Energie, um überhaupt die Chance zu haben, einen richtigen Ziegelstein zu feuern, wäre die als Komatiit bekannte, superschnelle Lava, die 1600 ° C erreicht haben soll. Aber das Erdinnere hat diese Temperatur seit dem frühen Proterozoikum vor mehr als 2 Milliarden Jahren nicht mehr erreicht. Zu dieser Zeit war kein Sauerstoff in der Luft, was die Chemie noch unwahrscheinlicher machte.

Auf der Isle of Mull kommt Mullit in Lehmsteinen vor, die in Lavaströmen gebacken wurden. (Es wurde auch bei Pseudotachyliten gefunden, bei denen Reibung aufgrund von Fehlern das trockene Gestein zum Schmelzen erhitzt.) Dies ist wahrscheinlich weit entfernt von echten Ziegeln, aber Sie sollten selbst dorthin gehen, um sich zu vergewissern.

Zweitens, was wäre, wenn ein tatsächliches Feuer die richtige Art von Sandschiefer backen könnte? Tatsächlich passiert das im Kohlenland. Waldbrände können das Verbrennen von Kohleflözen auslösen, und sobald sie einmal begonnen haben, können diese Kohleflöze Jahrhunderte andauern. Sicher genug, über Kohlenfeuer liegender Schiefer kann sich in einen roten Klinkerfelsen verwandeln, der nahe genug an echten Ziegeln liegt.

Unglücklicherweise ist dieses Ereignis weit verbreitet, da durch Menschen verursachte Brände in Kohlengruben und Halden entstehen. Ein erheblicher Teil der globalen Treibhausgasemissionen entsteht durch Kohlebrände. Heute übertreffen wir die Natur in diesem obskuren geochemischen Stunt.