Твёрдое, жидкое, вечное
Максимилиус Абаевус
Что общего между девушкой в туфельках на шпильках и саблезубой кошкой из плейстоцена? По крайней мере то, что им обоим стоит опасаться ходить по асфальту под палящим солнцем.
Что общего между девушкой в туфельках на шпильках и саблезубой кошкой из плейстоцена? По крайней мере то, что им обоим стоит опасаться ходить по асфальту под палящим солнцем.
Асфальт, несмотря на то что он гордо именуется асфальтобетоном, в отличие от обычного бетона не может похвастаться такой же прочностью в жаркий летний полдень. Разве что острые каблуки в нём вязнут, как и в незастывшем цементном растворе. И всё потому, что битум — связующее, которое склеивает частички наполнителя асфальта, — вещество хоть и твёрдое на вид, при комнатной температуре на самом деле представляет собой очень вязкую жидкость.
В целом, деление веществ окружающего мира на твёрдые, жидкие и газообразные вполне достаточно для повседневной жизни. Но как только мы погружаемся в особенности строения и поведения разных материалов, то одними лишь словесными определениями обойтись будет трудно. Вот, например, стекло. В школьном учебнике физики его всегда приводят как пример аморфного вещества в противовес веществам с кристаллической структурой. Если атомы какого-нибудь минерала могут миллионы и миллиарды лет смиренно и безвылазно сидеть в узлах кристаллической решётки, то атомы аморфного вещества такой усидчивостью похвастаться не могут и пусть медленно, но двигаются друг относительно друга. Отчего и вещество не имеет какой-то строгой формы. Примерно как котики, которые согласно многочисленным научным исследованиям представляют собой жидкость.
В первой половине прошлого века сразу в нескольких университетах были поставлены показательные эксперименты с целью продемонстрировать, что твёрдое — на самом деле жидкое. (К слову, эти опыты продолжаются до сих пор.) В 1927 году профессор Томас Парнелл из университета Квинсленда (Австралия) поместил в стеклянную воронку кусок твёрдого битума, закрепил воронку над стаканом и принялся ждать, когда из неё потечёт жидкий битум. Первая капля упала в стакан через целых восемь лет. Вторую каплю пришлось ждать ещё восемь. Неудивительно, что другим учёным тоже захотелось повторить такой захватывающий эксперимент. Так, в 1944 году в Тринити-колледже в ирландском Дублине поставили аналогичную воронку с битумом и принялись столь же пристально наблюдать углеводородную капель. Интересно, что запечатлеть на видео падающую раз в десятилетие каплю впервые удалось только в 2013 году, через год после того, как на Большом адронном коллайдере «поймали» бозон Хиггса!
Но вернёмся из научных лабораторий на наше асфальтобетонное покрытие. Бетоном его называют потому, что оно состоит как минимум из двух компонентов: наполнителя и вяжущего. Наполнитель — обычно это щебень разной степени крупности или песок. Его задача заключается в придании прочности покрытию. В принципе, если просто насыпать толстый слой щебёнки, то по такой дороге тоже можно ездить. Но только мелкие камни будут разлетаться во все стороны, крошиться, пылить, шуметь, да и быстро по такой дороге не поедешь. Чтобы наполнитель вёл себя прилично, его частицы нужно прочно связать друг с другом, склеить. Роль этого клея обычно и играет нефтяной битум.
В зависимости от состава наполнителя будут отличаться и свойства асфальта. Если это песок — тогда у асфальта будет гладкая и ровная поверхность. По нему хорошо кататься на самокате или роликах, но вот тяжёлый грузовик продавит его своим весом, а острая шпилька в нём утонет, когда битум на жаре станет более жидким и асфальт будет похож по свойствам больше на мокрый песок, чем на твёрдый бетон. Для автомобильных дорог используют асфальты с более крупными фракциями наполнителя. От этого асфальт становится более шершавым и шумным при езде, но и более устойчивым к нагрузкам. Кстати, по цвету асфальта можно определить, как давно его положили. Свежий асфальт ярко-чёрный, а старый — серый. Это связано с тем, что в свежем асфальте частички наполнителя покрыты битумом со всех сторон. Однако со временем от трения колёс, атмосферных осадков и других внешних воздействий частицы наполнителя, «торчащие» на поверхности, теряют свою битумную оболочку, и мы видим благородный серый цвет обычного щебня.
Но время меняет и сам битумный компонент асфальта. Солнечный ультрафиолет, кислород воздуха, вода постепенно меняют химические свойства битума. Он становится и твёрже, и одновременно более хрупким. Асфальтовому покрытию это на пользу не идёт. Вместо пластичной деформации дорожное полотно начинает крошиться, на нём появляются и растут трещины, незаметно превращающиеся в целые «каньоны». Со старением битумного вяжущего связан и тот факт, что вторичный асфальт, то есть тот, который сняли с дороги и отправили на переработку (его ещё называют асфальтогранулятом или асфальтовой крошкой), будет заведомо хуже по качеству, чем новый асфальт из свежего битума. Асфальтовую крошку обычно используют там, где не требуется долговечность или повышенная прочность покрытия: на второстепенных или временных дорогах, отсыпке обочин или на тротуарах.
Дорожные битумы — это практически всегда продукты переработки нефти. В каком-то смысле это даже отход нефтепереработки: в качестве топлива или химического сырья битум использовать сложно, а в дорожном строительстве ему нашлось отличное применение. Поэтому чёрные змейки автодорог, опутавшие континенты, можно представить своего рода застывшими ручейками добытой из недр планеты нефти. Но сами по себе битумы были известны человеку ещё задолго до того, как были построены первая скважина и первый нефтеперегонный завод.
Дело в том, что из-под земли на поверхность в разных местах планеты просачивались и просачиваются разные углеводороды, в том числе и похожие по составу на нефтяные битумы, то есть густые и вязкие, а то и вовсе твёрдые. Где-то это пропитанные битумом пески, где-то чёрная битумоподобная масса просачивается сквозь горные породы, а где-то образуются целые битумные озёра, или, как их ещё называют, смоляные ямы. Примеры — озеро Пич-Лейк на острове Тринидад в Карибском море или Ранчо Ла-Бреа в Лос-Анджелесе. Бывает, что подобные выходы битума на поверхность используются для промышленной добычи, как те же битуминозные пески в провинции Альберта в Канаде. Но главная ценность битумных озёр вовсе не в том, что из них можно зачерпнуть пару вёдер чёрной тягучей жижи для починки крыши гаража.
В битуме, как в янтаре, сохраняются те объекты, которые в него когда-то случайно попали. Вот только в каплю янтаря поместится разве что какой-нибудь комар, а в битумную яму — хоть стадо мамонтов, ещё и для более мелкой фауны место останется. Смоляные ямы стали идеальным хранилищем для скелетов огромного количества животных, живших на Земле десятки тысяч лет назад. Конечно, ни одна здравомыслящая саблезубая кошка по доброй воле не полезет в яму с чёрной смолой. Но в плейстоцене никто не ставил рядом с ними предупреждающие таблички, поэтому животные время от времени всё равно попадали в битумные ловушки. Застрявшие олени и мамонты привлекали хищников как лёгкая добыча, вот только одно неловкое движение — и грозный саблезубый кот сам становился жертвой на радость современным палеонтологам, для которых битумные озёра — просто гигантский маркетплейс прекрасно сохранившихся скелетов древней фауны.
Интересно, а что расскажут современные асфальтовые дороги археологам из далёкого будущего?
Читайте в любое время
