Обесцвечивание

Обесцвечивание, изменение окраски является, в основном, результатом воздействия солнечного облучения и влаги на неустойчивые минералы и растворимые соли, содержащиеся в камне. Большинство изверженных пород выцветает в результате химического выветривания полевых шпатов, которые разлагаются, в основном, путём гидролиза, т. е. реакции между ионами воды Н и ОН и элементами минерала.

Гидролиз сопровождается гидратацией промежуточных продуктов, приводящей в конечном счёте к образованию глинистых минералов. При полном замещении металлических катионов ионами водорода образуются минералы группы каолинита либо монтмориллонита.

Процесс каолинизации полевых шпатов включает две основных стадии:

1. образование мусковита (серицита),
2. гидролизация мусковита с постепенным его переходом в каолинит.

В конечном виде реакция разложения полевых шпатов (в данном случае ортоклаза) выглядит следующим образом:

2К [AlSi₃O₈]+ пН₂O + СO₂ = Н₄Al₂Si₂O₉ (каолинит) + К₂СO₃ (поташ) + 4SiO₂nH₂O.

Аналогичным образом происходит перерождение ортоклаза в другой глинистый минерал — иллит:

5KAlSi₃O₈ + 20Н₂О = 2К_0,5Аl₂[Аl_0,5Si_3,5О₁₀](НО)₂ (иллит) + 8Si(OH)₄ + 4К+ 4(ОН).

В результате последней реакции из гранитов выщелачивается до 80% калия и 53% кварца. Описанные процессы, протекающие в течение весьма длительного периода, ведут к выцветанию калишпатовых гранитов, особенно тех, которые имеют красную или жёлтую окраску. Выцветанию подвержены и некоторые лейкократовые плагиоклазовые граниты, у которых кислый плагиоклаз — альбит — под действием влаги перерождается в рыхлый белый минерал — анальцим:

Na[AlSi₃O₈ + пН₂O = Na[AlSi₂O₆]H₂0 (анальцим) + SiO₂nH₂O — кремнезём и его гидраты.

Граниты с повышенным водопоглощением могут также обесцвечиваться в результате кристаллизации в микрополостях верхнего слоя камня солей, выносимых водой из кладочного раствора.

Выцветание чёрных основных и ультраосновных пород (габброидов, пироксенита и т.п.) может быть связано с воздействием атмосферной угольной кислоты на оливин (Mg, Fe)2SiO₄, приводящим к образованию в породе новых светлоокрашенных либо бесцветных минералов — магнезита, сидерита, опала:

(Mg, Fe)₂SiO₄ + 4Н₂СO₃ = 2MgCO₃ (магнезит) + 2FeCO₃(сидерит) + SiO₂ nН₂O (опал).

Следует отметить, что химическое выветривание изверженных пород помимо изменения окраски ведёт также к разрушению структуры, повышению хрупкости, снижению их механической прочности.

Выцветание хибинитов происходит в результате поверхностного химического преобразования лампрофиллита Na₂Sr₂Ti₃[(0, ОН, F)₂Si₂O₇]₂ и нефелина Na₃K[AlSi0₄]₄. При этом нефелин частично замещается рыхлыми агрегатами молочно-белого цвета, а лампрофиллит окисляется, образуя желто-бурые пятна оксидов железа.

У лабрадоритов наименее устойчив к выветриванию минерал группы плагиоклазов — анортит, каолинизация которого приводит к появлению желтоватых оттенков. В лабрадоритах, кроме того, появление белых и светло-жёлтых участков может быть связано с явлением соссюритизации, в результате которого средние и основные плагиоклазы замещаются альбитом или олигоклазом. К высветлению гранитов приводит также образование в их поверхностном слое под действием сернистых газов мельчайших частичек серо-белого гипса; этому способствует наличие в некоторых гранитах кальцитосодержащих минералов — апатита
и флюорита.

Мраморы и мраморизованные известняки, а также серпентиниты часто теряют интенсивность своей окраски в результате кристаллизации солей, выносимых водой в верхний (наружный) слой камня. Приобретение камнем блеклых оттенков может также происходить вследствие сахаристого (мучнистого) выветривания. На половых покрытиях потеря интенсивности окраски мрамора может иметь место в результате его абразивного изнашивания.

Выцветание некоторых серпентинитов на полах, покрытых защитной синтетической плёнкой, иногда бывает связано с выносом водой из цементного раствора сульфата натрия Na₂SO₄, который, взаимодействуя с минералом, группы серпентина — лизардитом Т1, приводит к образованию сульфата магния и жидкого стекла:

2Na₂SO₄ + Mg₂(Si₂O₅) (ОН)₄ + пН₂O = 2MgS0₄ + Na₂SiO₃ + SiO₂ х nH₂O.

Сульфат магния и жидкое стекло при высыхании влаги кристаллизуются под защитной плёнкой в местах наибольшей пористости. Поскольку объём вновь образующихся кристаллов соли значительно превышает объём микропор, такая кристаллизация вызывает интенсивное образование микротрещин в поверхностном слое серпентинита, ведущее к его дезинтеграции, при которой под плёнкой наряду с развитием густой сетки микротрещин образуется тонкодисперсный порошок породы; результатом этих процессов является выцветание серпентинита.

Один из главных факторов, вызывающих обесцвечивание камня — инсоляция: многие горные породы неустойчивы к ультрафиолетовым лучам, поэтому на солнце довольно быстро утрачивают свою первоначальную окраску. Это явление в наибольших масштабах наблюдается на фасадах зданий южных городов (например, в Ташкенте выцветанию подвержен чёрный аманкутанский мрамор, а также серо-чёрные бахмальский и те- паликский мраморизованные известняки). В Москве сильное выцветание чёрного агурского известняка отмечено на фасаде здания Театра сатиры.

Под действием инсоляции происходит выцветание и некоторых разновидностей серпентинита, что было зафиксировано на многих зданиях городов в странах Ближнего Востока (Саудовская Аравия, ОАЭ). В карбонатных и некоторых других породах процессы выцветания и изменения цвета под действием ультрафиолетовых лучей связывают с деформацией кристаллических решёток минералов (в данном случае кальцита) и образованием новых центров окраски. Следует отметить, что указанные цветовые изменения далеко не всегда указывают на ослабление камня.

Здесь не рассматриваются вопросы изменения окраски камня в результате различных химических реакций (оксидации и т. п.), подробно изложенные ранее. Отметим только, что иногда факторы, вызывающие цветовую деградацию горных пород, приводят к прямо противоположному результату, т. е. улучшают внешний вид камня. Так, песчаники Саламанки (Испания), содержащие в своём составе железо, в наружных облицовках приобретают с течением времени красивую золотисто-жёлтую патину вследствие обезвоживания гидрооксида железа в поверхностном слое камня. Изменение цвета свойственно также кисловодским доломитам, поверхность которых постепенно покрывается зеленовато-серой патиной (нарзанная галерея в Кисловодске, грязелечебница в Ессентуках и др.). Установлено, что на некоторые разновидности мрамора ультрафиолетовое облучение оказывает благотворное действие, улучшая эстетический вид камня. Так, например, малодекоративный желтовато-серый арымский мрамор (Кыргызстан) под действием солнечных лучей меняет свою окраску на небесно-голубую (облицовка стен и колонн здания аэропорта «Манас» в Бешкеке). Следует отметить, что подобный фотохромный эффект, улучшающий декоративные свойства, выявлен и у некоторых российских мраморов (слюдянского и др.).

Установить степень обесцвечивания камня можно непосредственно на изучаемом объекте, визуально сравнивая выветрелый камень со «свежим» (эталонным) образцом. Для этой же цели можно пользоваться фотометрическим методом, применяя портативные электронные хромотографы, например, немецкой фирмы «BYK Gardner» .

Для объективного описания окраски камня можно также пользоваться специальными атласами стандартных цветов, например, шведским NCS, разработанным на основе европейской системы Natural Color Sistem для отделочных материалов и содержащим 2120 цветовых оттенков. Пользуясь таким атласом, можно описать цвета камня с помощью буквенно-цифровых символов — индексов, характеризующих количественный состав основного и дополнительных цветов. Например, изменение окраски красного невыветрелого салиэтского мраморизованного известняка при его обесцвечивании после 15 лет службы облицовки будет описано выражением

S1085 – Y80 R —> S0580 – Y40 R,

а процесс обесцвечивания желтого гранита «джиало топазио»:

S0540 – Y —> S051 – Y.