Мрамор и какие его свойства

Очень немногие камни могут похвастаться таким разнообразием применений, как мрамор: этот природный материал используется в архитектуре и строительстве, химической промышленности и фармацевтике, в сельском хозяйстве. Он обладает множеством уникальных свойств, которые его делают неповторимым и незаменимым, а какие еще сведения о мраморе могут быть интересны широкому кругу читателей? В этой статье рассказывается о происхождении, свойствах, составе, видах мрамора, его месторождениях и применении в разных отраслях, а также приведены некоторые интересные факты.

Происхождение мрамора

Мрамор (от древнегреческого μάρμαρον,англ. Marble) формируется в результате метаморфической трансформации известняка, доломитов и прочих карбонатных пород под воздействием высокой температуры и давления или путем нагревания в контакте с расплавленной массой. Если при таком преобразовании преобладают доломиты, получается доломитовый мрамор.

При контактовом метаморфизме в верхней части земли прорываются гранитные или другие магмы, происходит интрузия. Если они не достигают поверхности, то остаются в земной коре, охлаждаются на протяжении тысячелетий, затвердевают в гранитные или магматические породы аналогичного состава. В процессе охлаждения высококарбонатные породы, расположенные рядом с гранитным плутоном, могут превратиться в мрамор. Здесь температура обычно превышает 400 °C, а давление поднимается до 10000 Бар.

При региональном метаморфизме большая масса горных пород преобразуется под влиянием температуры и давления без контакта с магмой. Такой процесс идет очень медленно, при этом создается мрамор с направленной структурой. Поскольку этот камень является пластичным материалом и легко деформируется при определенном уровне температуры и давления, он может иметь изгибы и складки с неоднородным распределением компонентов, пример такого формирования–скальный массив Saillon в Швейцарии.

Из чего состоит мрамор

Метаморфическая мраморная порода состоит из рекристаллизованных карбонатных минералов, чаще всего из кальцита (карбоната кальцияCaCo3), доломита (основные составляющие –CaCO3+карбонат магния MgCO3) и/или арагонита, мрамор обычно не расслаивается, но могут быть исключения. Также в камне присутствуют различные минеральные примеси и органические соединения, доломитовый мрамор является редким вариантом, еще реже встречается порода, в основном состоящая из арагонита. Какие минералы входят в состав мрамора:

• кварц;
• актинолит;
• тремолит;
• биотит;
• биотит;
• мусковит;
• форстерит;
• тальк;
• микроклин.

Как правило, мраморная породапредставленакристаллической структурой с кристаллами средних и больших размеров, кристаллики кальцита мало различаются по величине, часто видны невооруженным взглядом. Тем не менее существуют чрезвычайно мелкие кристаллические шарики, сорта такого типа популярны среди скульпторов.

Химический состав

Этот камень разнообразен как по структуре, так и по химическому составу, индийский мрамор, например, имеет следующие основные составляющие:

• карбонат кальция CaCo3–97,74%;
• карбонат магния MgCO3–1,22%;
• оксид железа Fe2O3–0,28%;
• фосфорная кислота H3PO4–0,04%.

В зависимости от типа мраморного камня также могут присутствовать химические примеси: диоксид кремния SiO2, оксид алюминия Al2O3, пирит FeS2, марганец Mn, лимонит Fe2O3•nH2O.

Основные свойства мрамора

Камень мрамор – относительно твердый материал, имеющий твердость по шкале Мооса, равную 3, но довольно легко режется, поэтому успешно используется для изготовления скульптур и декоративных предметов. После шлифовки тонкими абразивами может быть отполирован до блеска, мрамор, состоящий из карбоната кальция, способен вступать в реакцию с различными кислотами, при этом нейтрализуя их. Прочие свойства этого натурального камня:

• пористость – менее 1%;
• сопротивление излому – от 10 до 30 МПа;
• сопротивление сжатию – от 100 до 250 Мпа;
• водопоглощение – от 0,15 до 0,5%;
• истираемость – 0,4-3,2 кгс/см2.

Плотность мрамора обычно варьируется в пределах 1900-2900 кг/м3, этим показателям определяется, какой имеет вес один кубический метр данного материала (то есть, от 1,9 до 2,9 тонны в зависимости от сорта). Мраморная порода характеризуется не слишком высокой морозостойкостью, выдерживает примерно двадцать пять циклов рамораживания – размораживания.

Виды мрамора

Существует большое число различных типов этого натурального камня, отличающегося структурой, свойствами, расцветкой, химическим составом, окраска зависит от количества и вида содержащихся в нем минералов.В разноцветных камнях присутствуют различные минеральные примеси, а прозрачность белого сорта зависит от самой кристаллической структуры и распределения объема пор, причем, чем плотнее порода, тем она прозрачнее.

• Креольский, цвет белый и сине-черный (добывается в США, округ Пикенс, Джорджия);
• Парижский, белый мелкозернистый (Греция –остров Парос, Южные Эгейские острова);
• Вермонт, белый (г. Проктор, Вермонт, США);
• Вунзидель (северо-восток Баварии, Германия);
• Неро Маркина, черный, с белымузором (Испания);
• Этова, розовый (округ Пикенс, Джорджия, Соединенные Штаты Америки);
• Шведский, зеленый (добывается возле хребта Колморден, провинция Содерманланд, Швеция);
• Рутинский, белый, розовый или красный (горы ПоянаРускэ, Румыния).

За рубежом наибольшим спросом и популярностью пользуется мрамор из Италии. Считается, что лучшие в мире мраморные сорта добываются в Карраре, где находится крупнейший в мире механизированный карьер и 400 мелких горнодобывающих предприятий.

Цвет мрамора

Как правило, мрамор в основном является светлым камнем, особенно когда он сформирован из известняка с небольшим количеством примесей. Во многих его видах имеются минеральные добавки, приводящие к типичному оригинальному декору, так называемой мраморности. Из-за этого камень обладает различной окраской – от чисто белого до темного, красного, желтого, голубоватого и другого цвета, с разными оттенками и узорами, не бывает в природе лишь полностью черного мрамора.Так в красном или рыжем мраморе содержится гематит, в желтом или коричневом камне – лимонит, в зеленом – серпентин или хлорит, в светло-голубой и серо-синей породе– графит.

Очень часто в промышленности используются мраморы с чистым ярко-белым цветом. После добычи их измельчают в порошок, затем обрабатывают для удаления как можно большего количества примесей. Эта порошковая масса применяется в качестве красителя или наполнителя, ее добавляют в побелку, шпатлевку, пластик, затирку, бумагу, в различную косметику и другие промышленные товары.

Как и где добывают мрамор

Мраморы в Европе добываются с древних времен: на греческом острове Парос – с седьмого века до н. э., в Карраре – со второго века до нашей эры. Изначально добыча камня велась путем раскалывания с использованием деревянных клиньев и воды, затем стали применять взрывчатку, снаряды помещали в скважины. При использовании взрывчатых веществ получалось много каменного мусора, часть породы была повреждена.

В XIX веке камень добывали путем разрезки скал металлической пилой с несколькими пильными полотнами, работающей вместе с высокоскоростными водными колесами. В 1895 году для распиливания глыб стала использоваться спиральная проволока, приводимая в движение дизельными двигателями, для охлаждения применялась вода. Стальные тросы длиною в сотни метров имели направляющие ролики, за счет чего остывание распиливающего материала происходило значительно быстрее.

В Италии для разрезания стыков мраморной породы применяют так называемые мобильные большие бензопилы с полотнами длиной до 4-5 метров, они режут слой, достигающий рабочей глубины примерно 2-2.5 м. Машины работают без водяного охлаждения, полученные блоки по мере необходимости раскалываются с помощью пневмоинструмента (типа отбойных молотков с большими сверлами).Каменные блоки выталкиваются из стены посредством так называемых разделительных подушек, изготовленных из листовой стали, перемещаются по карьеру колесными погрузчиками.В дальнейшем плиты доставляются на грузовиках на различные специализированные предприятия, а если есть необходимость, обрабатываются непосредственно в карьере.

В России мрамор добывается повсеместно, его месторождения есть в Сибири, Алтайском крае, Карелии, на Урале. Также этот природный камень есть в Иркутской области, на Байкале, его крупная разработка ведется в Хакасии. Залежи мраморной породы имеются и в Средней Азии, известны карьеры в Казахстане (г. Алматы), Грузии, Армении и Узбекистане.

Что делают из мрамора

В современном мире мрамор широко используется в самых разных отраслях, причем, востребован и размерный камень, и мелкий щебень. Каменная крошка служит в качестве заполнителя на железнодорожных полотнах и автомобильных дорогах, в фундаментах зданий. Распиленные на куски плиты применяются для изготовления памятников, скульптур, из них производятся столешницы, подоконники, ступени и лестницы для интерьера жилых и офисных помещений. Есть и другие области применения мрамора:

• в сельском хозяйстве. Камень нагревают в печи для удаления углекислого газа, после обработки остается только оксид кальция, так образуется известь. Полученный материал используется для обработки почвы в целях повышения урожайности;
• в архитектуре. Мягкость камня делает его легким для лепки, а когда он мелкозернистый, то обладает однородными свойствами. Одна из самых известных мраморных скульптур – бюст греческой богини Артемиды;
• в пищевой промышленности. Порошковый мраморный известняк богат кальцием, поэтому может служить в качестве добавки для кормления различных животных (например, коров и кур);
• как лекарственное средство. Карбонат кальция эффективно нейтрализует кислоты, и это свойство пригождается в фармацевтике. Высокоочищенный мрамор измельчают в порошок, удаляют все примеси, затем из него приготавливаютсредства для лечения кислотных расстройств желудка.

Также из мрамора делают памятники и надгробья, бассейны, уличные и садовые скамейки, бары, стойки, напольные покрытия. Этот камень легко полируется, поэтому многие мраморные изделия выполнены с эффектной глянцевой поверхностью.

Интересные факты

Мемориал Линкольна построен в 1914-1922 годах, для его строительства использовались разные материалы. Стены террас и нижние ступени здесь выполнены из гранита, а колонны, внешний фасад и верхние ступени сделаны из колорадского мрамора. Внутренние стены отделаны известняком из Индианы, для пола был применен розовый мрамор из штата Теннесси.

Тадж-Махал– одно из самых знаменитых и красивых зданий в мире, создавалось в 1632-1653 г., является мавзолеем Мумтаза Махала. Здание считается практически полностью мраморной постройкой, из этого камня изготовлены даже купола и башни.

В Древней Греции мрамор был чрезвычайно популярен, из него создавались многие ныне хорошо известные строения и памятники. Среди наиболее знаменитых мраморных творений – Акрополь, Пергамский алтарь, скульптуры Венеры Милосской и Ники Самофракийской.

В Римской империи статуи из мрамора были зарезервированы для императоров и членов их семей, размещались в частных комнатах или на могилах правителей. Прочие знаменитости из Рима удостаивались постановки бронзовых статуй.

Мрамор обычно залегает в среде других метаморфических пород, таких как слюдяные сланцы и гнейс, располагается в самой старой части земной коры.

Не теряющие своей привлекательности строения Тадж-Махал и Пантеон подтверждают долговечность и прочность мрамора, к тому же этот камень обладает хороший термостойкостью, не поглощает энергию и очень медленно нагревается. Из положительных качеств этой породы также можно отметить гипоаенность, разнообразие цветов и бесконечное число всяческих узоров, которые практически никогда не повторяются.

Натуральный камень мрамор представляет собой метаморфическую породу, образованную из рекристаллизованных карбонатных минералов, которыми чаще всего являются доломит и кальцит. Как правило, мрамор не расслаивается, хотя могут быть и исключения, в геологии под данным термином подразумевается метаморфизованный известняк. Этот природный материал с древних времен используется для изготовления скульптур, а также широко применяется в строительном деле.

Цвета мрамора

Геологические исследования подтверждают, что в природе встречается большое разнообразие цветов мрамора, хотя основной цвет кальцита – белый. Чисто белый мрамор является результатом метафоризма силикатно обедненного известняка или дололитового протолита, а характерные разноцветные жилы или «завихрения» в рисунке камня образуются из-за наличия в составе всевозможных минеральных примесей, таких как:

• песок;
• ил;
• глина;
• оксиды железа;
• ил.

Существуют различные сорта мрамора с широкой цветовой гаммой:

• чисто белый полупрозрачный (мелкозернистый);
• белый обычный;
• розовый;
• черный;
• желтый (коричневый);
• сине-серый;
• зеленый;
• розоватый или красноватый.

Мрамор может иметь полосчатый или пестрый окрас, бесконечное разнообразие рисунков и оттенков, которые практически никогда не повторяются. Зеленая окраска чаще всего обусловлена присутствием серпентина, полученного из богатого магнием известняка или из доломита с примесями кремнезема, красная – наличием гематита , желтая или желто-коричневая – лимонита , серо-синий или голубоватый тон говорит о примесях графита, битума и карбоната.

Состав мрамора

Метаморфическая порода называется мрамором, если она содержит в общей сложности не менее 50% кальцита, доломита и/или арагонита , также существует доломитовый вид, основу которого составляет минерал CaMg (CO3)2 , но он встречается довольно редко. Структура мрамора – кристаллическая , обычно с кристаллами среднего или большого размера, однако, встречаются и мелкозернистые сорта , пользующиеся популярностью у скульпторов.

Свойства и качества мрамора

Такая порода как мраморный камень встречается в крупных отложениях, которые могут иметь толщину в сотни метров. Мрамор, состоящий из кальцита, обладает твердостью 3 по шкале Мооса , поэтому достаточно легко режется и обрабатывается. Относительно невысокая твердость и растворимость этого вещества позволяет его использовать в качестве кальциевой добавки в кормах для животных. Общие физические свойства мрамора:

• прочность на сжатие – от 1800 до 2100 кг/см² ;
• плотность – 2,5-2,65 кг/см3 ;
• твердость (по шк.Мооса) – от 3 до 4 ;
• водопоглощение – не более 1% ;
• пористость – низкая, от 0,6 до 3,5% ;
• истираемость – от 0,4 до 3,2 г/см2.

Мрамор отличается устойчивостью к высоким температурам, поэтому может использоваться для отделки камина или печки, также природный камень отлично переносит низкотемпературные режимы, и в нем на морозе не образуются трещины.

Последнее время становится популярным литьевой (искусственный) мрамор , представляющий собой экологически чистый материал, созданный на основе мраморной крошки/кварцевого песка, связующим элементом здесь является полиэфирная смола. Этот состав несколько отличается характеристиками: плотность мрамора здесь равна 1,8-2,2 кг/см3, истираемость – 0,45 г/см2, водопоглощение – в пределах от 0,15 до 0,7 %.

Добыча мрамора

Горные породы этого природного камня встречаются по всему миру, добыча осуществляется в таких странах как:

• США;
• Индия;
• Испания;
• Греция;
• Италия;
• Румыния;
• Северная Македония;
• Германия;
• Швеция.

В России мрамор добывается повсюду, наиболее крупные месторождения расположены на Урале, также залежи камня обнаружены в Западной Сибири, на Алтае, в Хакасии, на Байкале, в Иркутской области. Известны различные виды мрамора, добываемые по всему миру, наиболее популярные сорта – Парижский, Рутинский, Шокшинский, Шведский зеленый, Паросский, Силакаугский, Вермонт, Йольский, Рускеальский, Граматушинский, Полевский.

Еще не так давно в добыче мрамора использовался метод взрыва, но сейчас от этого способа отказались по двум основным причинам: взрывчатка небезопасна для окружающих людей, большой процент породы становится непригодным для дальнейшей обработки. Современные технологии позволяют применять различное специальное оборудование:

• канатные камнерезы, с помощью их добываются блоки больших размеров;
• беззубовые дисковые пилы, позволяющие извлекать небольшие и среднеразмерные куски породы;
• баровые врубовые установки, способные вырезать большие камни;
• камнерезные машины дискового или канатного типа.

С помощью техники можно осуществлять как горизонтальные, так и вертикальные разрезы, многие модели машин обладают способностью автоматически перемещаться во время работы по рельсам на территории карьера.

Разложение кислотами

Известно, что химическая формула мрамора (карбоната кальция) – CaCO3, в составе молекулы вещества имеются атомы углерода, кислорода и кальция. Хотя метаморфическая горная порода и обладает хорошей стойкостью к атмосферным явлениям, зато плохо переносит кислотные составы. Кислота повреждает мрамор, так как карбонат кальция, реагируя с ней, выделяют углекислый газ (углекислоту), которая быстро распадается на CO2 и H2O. При попадании кислотных составов на мраморную поверхность возникает химическая реакция, поэтому контакт уксуса, лимонной кислоты и других подобных жидкостей с мраморомкрайне нежелателен.

Применение мрамора

Последнее время природный камень мрамор широко используется в строительстве, для изготовления скульптур и надгробий, применяется в быту для отделки помещений. Из мраморных плит и крошки производятся столешницы, напольные покрытия, лестницы и ступени, подоконники. Мраморные изделия способны придать любому интерьеру незабываемый, оригинальный облик, ведь мрамор отличается многообразием узоров и широкой цветовой гаммой.