Кислотные осадки и столица нашей страны

Руководство по воздействию на здания и памятники

Элейн Макги

Продается в Бюро печати правительства США. Superintendent of Documents, Mail Stop: SSOP, Washington, DC 20402-9328. ISBN 0-16-048068-X

Мраморные поверхности, подвергающиеся воздействию дождя, приобретают шероховатую «сахаровидную» текстуру, поскольку зерна кальцита расшатываются по мере растворения их краев в дождевой воде. Волюта капители колонны, Мемориал Джефферсона, Вашингтон, округ Колумбия.

Летний ливень в Вашингтоне, округ Колумбия (Мемориал Континентал-холл)

Когда загрязненный воздух смешивается с дождем, снегом и туманом, образуются кислотные осадки. Эта кислотность вызывает обеспокоенность по поводу состояния окружающей среды; некоторые отчеты показывают, что кислотные осадки повлияли на озера, деревья и популяции рыб на северо-востоке США и в Канаде. Еще одна проблема — их воздействие на исторические здания и памятники.

В этой брошюре рассматриваются кислотные осадки и их воздействие на столицу нашей страны. Дождь в Вашингтоне, округ Колумбия, имеет средний показатель кислотности 4,2 — примерно такой же, как у газированных напитков, и более чем в десять раз выше, чем у чистого, незагрязненного дождя. В этой брошюре будет дано определение кислотных осадков, объяснено их воздействие на здания из мрамора и известняка, а также показаны некоторые места в столице нашей страны, где вы сможете увидеть последствия воздействия кислотных осадков во время пешеходной экскурсии.

Шкала pH: pH = 7 — нейтральная среда, ни кислотная, ни щелочная; меньшие значения pH соответствуют кислотной среде, большие — щелочной. Жидкость с pH 3 в десять раз более кислотная, чем жидкость с pH 4.

1 Battery Acid

2.8 Vinegar

4 Adult fish die

<5.5 ACID RAIN

5.2-6.5 Normal range of precipitation

6-8 Normal range of stream pH

<7 Acid

7 Neutral

>7 Alkaline

8.6 Baking soda and sea water

13 Lye

Что такое кислотные осадки?

Термин «кислотный дождь» обычно используется для обозначения выпадения кислотных компонентов с дождем, снегом, туманом, росой или в виде сухих частиц. Более точный термин — «кислотные осадки». Дистиллированная вода, не содержащая углекислого газа, имеет нейтральный pH 7. Жидкости с pH менее 7 являются кислотными, а с pH более 7 — щелочными (или основными). «Чистый» или незагрязненный дождь имеет слабокислый pH 5,6, поскольку углекислый газ и вода в воздухе вступают в реакцию, образуя угольную кислоту — слабую кислоту. Однако в районе Вашингтона, округ Колумбия, средний pH дождя составляет от 4,2 до 4,4.

Дополнительная кислотность в дожде возникает в результате реакции загрязнителей воздуха, прежде всего оксидов серы и азота, с водой в воздухе, что приводит к образованию сильных кислот (таких как серная и азотная). Основными источниками этих загрязнителей являются транспортные средства, а также промышленные и энергетические предприятия. В Вашингтоне основными местными источниками являются легковые автомобили, грузовики и автобусы.

Кислотность дождя измеряется путем сбора проб дождя и определения их pH. Чтобы выяснить распределение кислотности дождя, проводятся мониторинг погодных условий и сбор проб дождя в различных точках по всей стране. Области с наибольшей кислотностью (самыми низкими значениями pH) расположены на северо-востоке США. Такая картина высокой кислотности обусловлена большим количеством городов, высокой плотностью населения и концентрацией энергетических и промышленных предприятий на Северо-Востоке. Кроме того, преобладающее направление ветра приносит на Северо-Восток штормы и загрязнения со Среднего Запада, а пыль из почвы и горных пород на северо-востоке США с меньшей вероятностью нейтрализует кислотность в дожде.

Коллектор для влажных и сухих осадков, используемый для сбора проб при измерении кислотности дождя.

Средневзвешенные по количеству осадков концентрации ионов водорода за 1992 год, выраженные как pH

Карта распределения pH показывает области на территории континентальной части США с наибольшей кислотностью дождя.

Когда вы слышите или читаете в СМИ о последствиях кислотных осадков, вам обычно рассказывают об озерах, рыбе и деревьях в Новой Англии и Канаде. Однако мы начинаем осознавать еще одну проблему: многие наши исторические здания и памятники расположены в районах с самой высокой кислотностью. В Европе, где здания гораздо старше, а уровни загрязнения были в десять раз выше, чем в Соединенных Штатах, растет понимание того, что загрязнение воздуха и кислотные осадки ускоряют разрушение зданий и памятников.

Камень выветривается (разрушается) как часть нормального геологического цикла в результате естественных химических, физических и биологических процессов при воздействии окружающей среды. Этот процесс выветривания за сотни миллионов лет превратил Аппалачи из возвышающихся пиков, подобных Скалистым горам, в округлые холмы, которые мы видим сегодня. Нас беспокоит то, что загрязнение воздуха, особенно в городских районах, может ускорять нормальную, естественную скорость разрушения камня, из-за чего мы можем преждевременно потерять здания и скульптуры, имеющие историческую или культурную ценность.

А как насчет зданий?

Многие здания и памятники сделаны из камня, а во многих зданиях камень используется для декоративной отделки. Гранит в настоящее время является наиболее широко используемым камнем для зданий, памятников и мостов. Известняк — второй по популярности строительный камень. Он широко использовался до появления портландцемента в начале XIX века благодаря своему однородному цвету и текстуре, а также легкости обработки. Песчаник из местных источников часто использовался на северо-востоке США, особенно до 1900 года. В масштабах страны мрамор используется гораздо реже, чем другие виды камня, но он применялся для многих зданий и памятников исторического значения. Из-за своего состава некоторые камни более подвержены повреждению кислотными осадками, чем другие. Гранит в основном состоит из силикатных минералов, таких как полевой шпат и кварц, которые устойчивы к воздействию кислот. Песчаник также в основном состоит из кремнезема и поэтому устойчив. Некоторые песчаники менее устойчивы, поскольку содержат карбонатный цемент, который легко растворяется в слабой кислоте. Известняк и мрамор в основном состоят из минерала кальцита (карбоната кальция), который легко растворяется в слабой кислоте; фактически, эта характеристика часто используется для идентификации минерала кальцита. Поскольку здания и памятники из известняка и мрамора более подвержены повреждению кислотными осадками, они являются основным объектом внимания в этой брошюре.

Мемориальный мост в Вашингтоне, округ Колумбия, сделан из гранита — самого широко используемого вида камня.

Мрамор, использованный в отделке Первого банка в Филадельфии, штат Пенсильвания.

Как распознать известняк и мрамор?

Основное различие между известняком и мрамором заключается в том, что известняк — это осадочная порода, обычно состоящая из окаменелостей карбоната кальция, а мрамор — метаморфическая порода. Известняк образуется, когда раковины, песок и ил оседают на дне океанов и озер и со временем затвердевают в породу. Мрамор образуется, когда осадочный известняк нагревается и сжимается под воздействием естественных процессов породообразования, в результате чего зерна перекристаллизовываются. Если внимательно посмотреть на известняк, обычно можно увидеть фрагменты окаменелостей (например, кусочки раковин), скрепленные матрицей из кальцита. Известняк более пористый, чем мрамор, поскольку между фрагментами окаменелостей есть небольшие промежутки. Мрамор обычно светлого цвета и состоит из кристаллов кальцита, сцепленных вместе, как детали пазла. Мрамор может содержать цветные прожилки, которые являются включениями некарбонатных минералов.

Известняк состоит из фрагментов окаменелостей, скрепленных кальцитом; размер раковины в центре составляет около 1 см. Здание Ботанического сада, Вашингтон, округ Колумбия.

Мрамор состоит из кристаллов кальцита (белого цвета) и некоторых цветных зерен включений слюды; зерна в мраморе сцеплены вместе, как детали пазла.

Как кислотные осадки влияют на здания из мрамора и известняка?

Кислотные осадки воздействуют на камень преимущественно двумя способами: растворением и изменением. Когда сернистая, серная и азотная кислоты в загрязненном воздухе вступают в реакцию с кальцитом в мраморе и известняке, кальцит растворяется. На открытых участках зданий и статуй мы видим шероховатые поверхности, удаление материала и потерю резкости резных деталей. Материал поверхности камня может теряться повсеместно или только на участках, которые более реакционноспособны.

Можно было бы ожидать, что защищенные участки каменных зданий и памятников не будут подвергаться воздействию кислотных осадков. Однако на защищенных участках зданий и памятников из известняка и мрамора видны почерневшие корки, которые в некоторых местах отслоились (шелушение), обнажая крошащийся камень под ними. Эта черная корка в основном состоит из гипса — минерала, который образуется в результате реакции между кальцитом, водой и серной кислотой. Гипс растворим в воде; хотя он может образовываться везде на поверхностях карбонатных камней, подвергающихся воздействию газообразного диоксида серы (SO₂), он обычно смывается. Он остается только на защищенных поверхностях, которые не подвергаются прямому воздействию дождя. Гипс белый, но кристаллы образуют сети, которые улавливают частицы грязи и загрязнителей, поэтому корка выглядит черной. Со временем черные корки вздуваются и отслаиваются, обнажая крошащийся камень.

Когда мрамор подвергается воздействию кислотного дождя, острые края и резные детали постепенно сглаживаются. Антефиксы, крыша Филадельфийской товарной биржи (построена в 1832 году).

Почерневшие корки на защищенных участках известнякового здания «Чикаго Трибьюн», Чикаго, Иллинойс.

Образовавшиеся в результате загрязнения воздуха гипсовые корки выветривания почернели, вздулись и отслоились от мраморного балясины здания Организации американских государств, Вашингтон, округ Колумбия.

Фотография кристаллов гипса, сделанная с помощью сканирующего электронного микроскопа, с частицами грязи и загрязнений, уловленными сетью кристаллов. Масштабная линейка имеет длину 10 микрометров.

Мраморная колонна на Товарной бирже в Филадельфии демонстрирует потерю материала там, где камень подвергается воздействию дождя, и почернение поверхности камня там, где он защищен от дождя.

Где мы можем увидеть последствия кислотных осадков?

В зданиях и памятниках Вашингтона используется много разных видов камня. Здания из мрамора и известняка наиболее подвержены повреждениям, поскольку они сильнее страдают от кислотных осадков и городского загрязнения. Следуя по маршруту экскурсии, описанной в этой книге, посмотрите, как здания из гранита и песчаника выглядят по сравнению с мраморными и известняковыми в тех же условиях.

Это руководство поможет вам распознать некоторые геологические особенности зданий, помимо их исторических и архитектурных аспектов, где бы вы ни путешествовали. Однако помните об одном важном моменте при осмотре зданий и памятников на предмет разрушения: разрушение камня имеет много причин. Хотя кислотные осадки и городское загрязнение могут ускорять разрушение камня, люди, голуби и другие организмы также могут наносить вред нашим каменным сооружениям. Кроме того, процесс выветривания происходит с тех пор, как у Земли появилась атмосфера. Хотя мы можем наблюдать разрушение камня, трудно определить, какая часть разрушения вызвана кислотными осадками, а какая — другими причинами.

Голуби, сидящие на головах статуй, вызвали характерное разрушение этого здания.

Цветы и травы выросли в трещинах между камнями этой церкви.

Эта известняковая колонна в Мемориале Линкольна потемнела и загрязнилась от прикосновений рук людей.

Микроорганизмы вызвали появление этого пятна на мраморной колонне Мемориала Джефферсона.

Что мы делаем в связи с кислотными осадками?

Ученые из многих дисциплин изучают кислотные осадки и их воздействие. Национальная программа оценки кислотных осадков (NAPAP), федеральная программа с участием представителей более чем дюжины федеральных агентств, спонсировала исследования того, как образуются кислотные осадки и как они влияют на озера, сельскохозяйственные культуры, леса и материалы. Поскольку здания и памятники не могут адаптироваться к изменениям окружающей среды, как это могут делать растения и животные, исторические сооружения могут быть особенно подвержены воздействию кислотных осадков. Ученые изучают эффективные технологии контроля для ограничения выбросов от электростанций и автомобилей, которые вызывают кислотные осадки. Также изучаются влияние и полезность нормативных актов, которые потребовали бы ограничения загрязнения воздуха. Наконец, ученые исследуют процессы разрушения, чтобы найти эффективные способы защиты и ремонта наших исторических зданий и памятников. Агентства, такие как Служба национальных парков США, которым поручено защищать и сохранять наше национальное наследие, особенно обеспокоены не только воздействием кислотных осадков, но и принятием наилучших решений по обслуживанию и сохранению наших исторических зданий и памятников.

Начиная с 1984 года, Национальная программа оценки кислотных осадков спонсировала исследования на участках воздействия известняка и мрамора, чтобы изучить вклад кислотных осадков в разрушение камня.

Полевой путеводитель по зданиям столицы нашей страны

В Вашингтоне, округ Колумбия, много зданий, имеющих историческое и культурное значение, и многие из них сделаны из мрамора и известняка. Эта самостоятельная экскурсия укажет на повреждения зданий и памятников в столице нашей страны, которые могли быть вызваны кислотными осадками. Подобные эффекты можно обнаружить и в других городах.

Места для посещения разделены на несколько зон, поэтому поездку можно совершить либо по частям, либо за один день. Предлагаемый маршрут экскурсии описан для каждой зоны. Автомобиль обеспечивает наиболее эффективное перемещение между зонами, но парковку бывает трудно найти. Систему метро можно легко использовать для посещения всех зон, кроме Мемориалов Джефферсона и Линкольна. Ближайшие станции метро в каждой зоне показаны на карте. Вам понадобится удобная обувь для ходьбы, и, возможно, вы захотите взять с собой фотоаппарат, ручную лупу (с увеличением около 10×) для наблюдения за деталями минералов и выветривания, а также бинокль для более детального осмотра труднодоступных мест.

Район вокруг Капитолия

Этот район включает здание Капитолия, Монумент мира, Мемориал Гранта и Ботанический сад. Мы начинаем экскурсию с юго-восточного угла Капитолия и идем по часовой стрелке вокруг него (вдоль южной, западной, а затем северной сторон). Затем мы следуем по дорожке, ведущей на запад от северо-восточного угла Капитолия, чтобы увидеть Монумент мира на пересечении Первой улицы и Пенсильвания-авеню, северо-запад. Мы продолжаем движение на юг вдоль Первой улицы к Мемориалу Гранта, а затем снова на юг к Ботаническому саду. Общее расстояние составляет около одного километра, или около трех четвертей мили.

Здание Капитолия — Объект 1

Капитолий строился поэтапно; краеугольный камень главного здания был заложен в 1793 году, северное крыло было завершено в 1800 году, а южное крыло — в 1807 году. Оба крыла были сожжены британцами в 1814 году. Затем Капитолий был перестроен, и с годами его неоднократно модифицировали. Крупная программа очистки, замены и ремонта была начата в конце 1980-х годов. Центральное здание Капитолия выполнено из окрашенного песчаника, но северное и южное крылья, в которых размещаются залы Сената и Палаты представителей, — из мрамора. Вокруг Капитолия мы будем наблюдать различные примеры растворения и почернения, особенно на мраморной балюстраде, которая окружает южную, западную и северную стороны здания.

Начиная с юго-восточного угла здания, с помощью бинокля мы можем увидеть некоторые участки почернения на капителях коринфских колонн. Более доступный пример находится под выступом больших квадратных концов мраморной балюстрады на юго-восточном углу здания. Черная корка состоит из гипса и грязи, которые скапливаются в защищенных местах. Вдоль трещин между камнями черной корки нет; дождевая вода, вероятно, течет в этих местах, растворяя гипс и предотвращая накопление корки. Не все черные участки на этой балясине являются гипсом; в некоторых местах возле кустов можно увидеть зеленовато-черный мох, растущий на камне. Верхние поверхности мраморной балюстрады грубые и шероховатые из-за растворения между зернами по сравнению с участками, защищенными от проточной или смывающей воды, где образуется черная корка выветривания.

Здание Капитолия Соединенных Штатов.

Почернение накопилось под выступающим краем этого угла мраморной балюстрады. Юго-восточный угол, здание Капитолия США.

Выбоины в мраморных колоннах, южная сторона здания Капитолия США. Включения силикатных минералов в мраморе расшатываются и выпадают, когда кальцит вокруг них растворяется кислотным дождем.

Еще одной особенностью растворения мрамора является эффект выбоин на квадратных основаниях колонн здания. Включения силикатных минералов в мраморе были расшатаны растворением окружающего кальцита, что привело к выпадению включений из камня. Особенно хороший пример этого можно найти на четвертой колонне к западу от юго-восточного угла здания Капитолия. Выбоины от растворения также встречаются в нескольких других местах на здании.

Мраморная балюстрада на западной стороне здания Капитолия демонстрирует как растворение, так и изменение.

Недавно замененная мраморная балясина в Капитолии имеет края, которые только начинают скругляться.

Черные корки выветривания под западной балюстрадой Капитолия начали отслаиваться (шелушиться), обнажая крошащийся белый мрамор под ними.

Мы пройдем вдоль мраморной балюстрады вокруг здания, отмечая различия в разрушении. Некоторые части балюстрады были явно заменены, что позволяет нам наблюдать различные стадии разрушения камня. Края балясин острые, когда они новые, и становятся округлыми по мере старения. Почерневшие корки выветривания накопились на защищенных сторонах балясин и под выступающим верхом балюстрады. В некоторых местах под перилами почерневшая корка отслоилась, обнажив свежие поверхности и более уязвимый камень. Некоторые резные элементы на углах балюстрады изношены, в то время как другие покрыты почерневшей коркой; эта разница в выветривании может быть связана с местным воздействием ветра и дождя. Вдоль ступеней, ведущих к террасе на западной стороне Капитолия, гипс накопился на больших участках стены. Гипс может накапливаться на любой поверхности, которая не смывается водой.

Прогуливаясь на север вдоль западной стороны Капитолия, посмотрите на центральную часть здания. Стены здесь выполнены из окрашенного песчаника. Несмотря на недавнюю реставрацию здания, вы можете увидеть свидетельства прошлого разрушения камня, включая подчеркнутые линии напластования в камне и выбоины там, где исчезли округлые включения. Мы увидим пример такого же неокрашенного песчаника в зданиях возле 17-й улицы.

На северо-восточном углу здания Капитолия мраморная балюстрада заканчивается квадратными блоками, подобными тем, которые мы осмотрели первыми. Здесь вы можете увидеть пример избирательного растворения, когда включения силикатных минералов остаются, а кальцит вокруг них растворился. Также на северной стороне этого блока рассмотрите почерневшие зерна на верхней поверхности с помощью ручной лупы. Не весь черный материал, который вы видите на камне, является гипсом; часть его имеет биологическое происхождение, вероятно, это водоросли или грибок.

Мраморный блок, образующий северо-восточный угол балюстрады Капитолия, демонстрирует избирательную эрозию кальцита вокруг включения силикатного минерала.

Чтобы продолжить экскурсию, следуйте по дорожке, которая ведет на запад вдоль северной стороны Капитолия, в сторону Первой улицы. При приближении к Первой улице вы увидите ограду из песчаника, диабаза (темная магматическая порода) и гранита с различными резными элементами. Поскольку эти виды камня устойчивы к воздействию кислот, резные элементы имеют мало повреждений.

Монумент мира — Объект 2

Монумент мира, открытый в 1878 году, сделан из итальянского мрамора.

Этот монумент, открытый в 1878 году, сделан из мрамора из Каррары, Италия. Статуя не имеет значительных повреждений, но если присмотреться, можно увидеть корки выветривания (некоторые из них светло-оранжевые) в защищенных местах, а также зернистость и шероховатость в местах, подвергающихся воздействию дождя. Резные статуи представляют собой разнообразные поверхности, которые направляют сток дождевой воды.

КАРТА ВАШИНГТОНА

Карта высокого разрешения

Sites on the tour:

1. THE CAPITOL BUILDING

2. THE PEACE MONUMENT

3. THE GRANT MEMORIAL

4. BOTANIC GARDENS BUILDING

5. JEFFERSON MEMORIAL

6. LINCOLN MEMORIAL

7. CAPITOL GATEHOUSE

8. ORGANIZATION OF AMERICAN STATES BUILDING

9. DAR—CONSTITUTION HALL

10. DAR—MEMORIAL CONTINENTAL HALL

11. CORCORAN BUILDING

12. RENWICK GALLERY

13. FEDERAL TRIANGLE BUILDINGS

14. WASHINGTON MONUMENT

Продолжайте движение на юг вдоль Первой улицы к Мемориалу Гранта справа от вас.

Мемориал Гранта — Объект 3

Мемориал Гранта состоит из бронзовых статуй на мраморных основаниях; хотя статуи были очищены, пятна на мраморе остались.

Этот мемориал, открытый в 1922 году, состоит из группы бронзовых скульптур, установленных на мраморных основаниях. Бронза выветривается на открытом воздухе, если ее не чистить и не покрывать воском регулярно. Как и камень, бронза растворяется там, где она подвергается воздействию дождя, приобретая зеленый цвет и изъеденную поверхность, а также изменяется в защищенных местах, где накапливается почерневший слой. Наиболее заметным разрушением камня здесь является зеленое пятно на мраморных основаниях, вызванное стоком с выветренной бронзы. Зеленое пятно не повреждает мрамор, но оно непривлекательно, и в настоящее время нет методов, позволяющих удалить пятно, не повредив мрамор.

Светло-зеленый цвет на бронзовых статуях Мемориала Гранта типичен для того, как бронза выветривается при воздействии кислотного дождя; дождь растворяет часть металла и вызывает окрашивание белых мраморных оснований.

Продолжайте движение на юг, пересекая Мэриленд-авеню, к Ботаническому саду.

Здание Ботанического сада — Объект 4

Здание Ботанического сада сделано из известняка.

Это здание из известняка было построено в 1931 году. Как и многие здания из известняка в Вашингтоне, это здание было очищено, поэтому на нем нет скоплений поверхностной грязи. Однако очистка и регулярное смывание дождем подчеркнули окаменелости в камне, которые растворяются менее охотно, чем матрица из кальцита. Некоторые из резных голов над арками здания имеют небольшие черные корки. На восточной стороне здания микроорганизмы, естественным образом присутствующие в камне, способствуют разрушению (почернению) камня там, где вода капает из стыка в крыше.

Детали окаменелостей выделяются на известняке здания Ботанического сада; окаменелости более устойчивы к растворению, чем матрица из кальцита, которая скрепляет фрагменты.

Здание Ботанического сада — последняя остановка в районе Капитолия в рамках экскурсии; однако вы можете пожелать увидеть некоторые изменения бронзы на Мемориале Гарфилда (Первая улица и Мэриленд-авеню) и подчеркнутые окаменелости с окружающими водорослями или грибками на известняковых столбах возле Отражающего бассейна Капитолия. Следующая остановка, Мемориал Джефферсона, находится примерно в 3,5 километрах (2,2 мили) от Капитолия.

Мемориал Джефферсона — Объект 5

Мемориал Джефферсона сделан из мрамора и был открыт в 1943 году.

Мемориал Джефферсона — это мраморное здание, открытое в 1943 году. Одной из самых ярких особенностей разрушения, которую можно наблюдать здесь, является потеря включений силикатных минералов в мраморных колоннах из-за растворения матрицы из кальцита. Внимательное изучение борозд показывает чешуйки слюды, а иногда и зерна пирита. Почерневшие корки видны на капителях колонн, которые защищены от дождя и регулярного смывания монумента.

Несколько стволов колонн Мемориала Джефферсона имеют борозды, которые следуют за следами включений в мраморе, где минеральные включения выветрились и были потеряны.

Внимательный взгляд на некоторые выветренные борозды в колоннах показывает, что остались небольшие кусочки слюды и пирита.

Служба национальных парков США начала обследование состояния этого мемориала и Мемориала Линкольна в 1992 году. Результаты будут использованы для принятия решений по обработке, очистке и сохранению. Информация, собранная в ходе обследования, послужит известной базовой линией для состояния камня, чтобы можно было оценить будущие изменения в состоянии зданий. В мае 1990 года часть одной из капителей колонн (называемая волютой) отломилась и упала на северо-западный портик. Эта неудача вызвала беспокойство по поводу всех волют Мемориала, поэтому несколько других треснувших волют были удалены, и проводятся исследования, чтобы определить, почему они треснули. Из-за того, где и как сломалась волюта, маловероятно, что кислотный дождь или загрязнение воздуха способствовали этому разрушению. Сломанные части, вероятно, будут заменены, но только тогда, когда будет понятна причина их разрушения, чтобы можно было выбрать подходящий метод замены.

Часть одной из капителей колонн Мемориала Джефферсона отломилась и упала на портик в 1990 году.

Следующая остановка — Мемориал Линкольна, в 1,8 километра (чуть больше мили) к северо-востоку от Мемориала Джефферсона.

Мемориал Линкольна — Объект 6

Мемориал Линкольна, открытый в 1922 году, сделан из мрамора из Колорадо. В этом здании мало корок выветривания, отчасти потому, что оно регулярно очищается, а отчасти из-за дизайна здания. За исключением элементов вокруг антаблемента (края крыши), здесь мало защищенных мест, где могут накапливаться корки выветривания. С помощью бинокля вы можете увидеть некоторые корки выветривания вдоль нижней стороны выступа крыши; в этих местах мрамор очень сильно крошится под корками выветривания. Некоторые колонны демонстрируют избирательное выветривание или потерю включений, но часть этого повреждения может быть результатом удаления граффити. Наиболее заметной особенностью растворения является сахаровидная текстура, при которой камень потерял свой блеск, а поверхность теперь кажется шероховатой. Посетители также повлияли на этот популярный мемориал; несколько колонн, особенно известняковые колонны внутри камеры, демонстрируют потемнение и скругление краев там, где посетители касались их на протяжении многих лет.

Одной из интересных особенностей Мемориала Линкольна являются различия в состоянии камня, которые должны быть связаны с вариациями в самом камне. В нескольких местах вокруг внешней стороны мемориала соседние блоки мрамора демонстрируют очень разную шероховатость поверхности. Поскольку блоки камня имеют одинаковую ориентацию по отношению к ветру, дождю и загрязнению, разница в состоянии не может быть связана с воздействием и должна быть связана с основными характеристиками использованного камня.

Мемориал Линкольна сделан из мрамора и был открыт в 1922 году.

Под выступом крыши находится одно из немногих мест в Мемориале Линкольна, где на мраморе образовались корки выветривания.

Некоторые колонны Мемориала Линкольна имеют сплющенные мелоподобные участки, где включения выветрились иначе, чем окружающий кальцит.

Мраморные гутты на выступе крыши крошатся и распадаются под почерневшими корками выветривания.

Здания вдоль 17-й улицы, северо-запад

Некоторые примечательные примеры разрушения камня включены в эту часть нашей экскурсии. Мы начнем этот сегмент с северо-восточного угла 17-й улицы и Конститьюшн-авеню, у Капитолийского сторожевого домика. Затем мы перейдем 17-ю улицу и осмотрим несколько зданий вдоль 17-й улицы, двигаясь на север в сторону Пенсильвания-авеню. Общее расстояние составляет около трех четвертей километра (полмили).

Капитолийский сторожевой домик — Объект 7

Капитолийский сторожевой домик, расположенный сейчас на 17-й улице и Конститьюшн-авеню, сделан из того же песчаника, что использовался в Белом доме и центральной части Капитолия, но он был оставлен неокрашенным. Разрушение этого камня связано с глиной, которую он содержит, а не с воздействием кислотных дождей.

Это небольшое здание из песчаника было построено около 1828 года у западного входа в Капитолий. В 1880 году оно было перенесено (вместе с двойником и четырьмя столбами ворот) на нынешнее место. Это здание сделано из того же песчаника, который использовался в центральной части Капитолия и в Белом доме. На сторожевом домике легко видны три типа разрушения: шелушение, выбоины и избирательное выветривание глинистых слоев в камне. Этот камень может быть более деградировавшим, чем камень в Капитолии или Белом доме, из-за различий в качестве камня и обслуживании зданий, а также из-за того, что он никогда не был окрашен.

Вскоре выяснилось, что этот вид песчаника является плохим строительным камнем из-за его склонности к шелушению. (деталь Капитолийского сторожевого домика)

Чтобы продолжить, мы перейдем 17-ю улицу и осмотрим части нескольких зданий, двигаясь на север.

Здание Организации американских государств — Объект 8

Здание Организации американских государств сделано из мрамора и было открыто в 1910 году.

Это мраморное здание было открыто в 1910 году. Две скульптуры перед зданием демонстрируют некоторые корки выветривания в защищенных местах и растворение на открытых участках. Позади здания мраморные балясины на патио покрыты почерневшими корками, особенно на сторонах, обращенных к саду. Во многих местах корки вздулись или отслоились, обнажая новые поверхности для изменения. В целом, стороны балясин, обращенные к патио, находятся в гораздо лучшем состоянии, чем стороны, обращенные к саду, возможно, потому, что мытье патио смыло гипсовые корки на этой стороне балясин.

Почерневшие гипсовые корки могут вздуваться и отслаиваться, обнажая крошащуюся поверхность камня для дальнейшего загрязнения.

Продолжайте движение на север через сад и парковку и перейдите C-стрит к зданиям «Дочерей американской революции» (DAR).

DAR — Конститьюшн-холл — Объект 9

DAR — Конститьюшн-холл сделан из известняка и был построен в 1930-х годах.

Основным повреждением этого здания из известняка, построенного в 1930-х годах, является почернение боковой балюстрады от водорослей или грибков. Камень пористый и поэтому удерживает влагу, тем самым способствуя росту организмов. Известняк в этом здании довольно однороден и демонстрирует мало избирательного растворения, за исключением нескольких мест. Например, на вершине балюстрады вдоль C-стрит часть матрицы из кальцита растворилась вокруг фрагментов окаменелостей, а некоторые отверстия заполнены кристаллами кальцита.

Некоторое почернение на поверхностях известняка может быть вызвано водорослями или грибками, которые легко растут на шероховатой поверхности в теплом, влажном климате Вашингтона.

Продолжайте движение на восток вдоль C-стрит к Мемориалу Континентал-холл.

DAR — Мемориал Континентал-холл — Объект 10

Мемориал Континентал-холл, построенный в 1909 году, является частью комплекса зданий «Дочерей американской революции».

Резные элементы у основания колонн на южной стороне Мемориала Континентал-холл показывают, что резные детали и острые края сохраняются на защищенных участках.

Зона крыльца на южной стороне этого мраморного здания, построенного в 1909 году, — хорошее место, чтобы посмотреть на некоторые контрасты в разрушении мрамора. Части балюстрады были заменены, о чем свидетельствуют различия в цвете и шероховатости поверхности камня. Открытая поверхность камня вдоль верха балюстрады более шероховатая, чем поверхности в более защищенных местах. Колонны на этом крыльце имеют резьбу вокруг основания, поэтому вы можете изучить влияние воздействия дождя на детали резьбы. Более открытые резные элементы потеряли свои острые края и четкость по сравнению с защищенными резными элементами. Основания колонн содержат небольшое количество пирита, который более устойчив к выветриванию, чем кальцит в мраморе, окружающем пирит. Защищенная часть опоры подоконника на западной стороне крыльца демонстрирует корку выветривания — тусклое серое скопление на поверхности камня.

На открытой части резьбы на колоннах Мемориала Континентал-холл края мрамора скруглились, а поверхность стала шероховатой.

Зерна пирита выступают в рельефе там, где кальцит и слюда выветрились из мрамора в Мемориале Континентал-холл.

Тусклая серая поверхность на мраморе опоры подоконника показывает, где только начинает развиваться корка выветривания.

На углу 17-й улицы и C-стрит поверните налево и идите на север вдоль 17-й улицы. По пути к Галерее Коркоран мы пройдем мимо здания Красного Креста (мрамор, 1917 год). Некоторые из тех же типов разрушения мрамора, наблюдаемые в других местах, присутствуют и здесь.

Галерея Коркоран — Объект 11

Галерея Коркоран построена в основном из мрамора.

Галерея Коркоран выполнена из мрамора с гранитным основанием. Она была построена в 1879 году и расширена в 1927 году. Богато украшенная резьба вокруг крыши, дверей и окон имеет почерневшие корки гипса, как и части мраморных пьедесталов, поддерживающих бронзовых львов у входной двери. Мраморные основания также имеют включения, которые выделяются над окружающим кальцитом, который был растворен.

Мраморные основания для бронзовых львов снаружи входа в Галерею Коркоран имеют включения полевого шпата, которые выступают в рельефе по сравнению с шероховатым окружающим кальцитом.

Продолжая движение на север вдоль 17-й улицы в сторону Пенсильвания-авеню, вы увидите несколько современных гранитных офисных зданий и Исполнительное офисное здание (бывшее здание Государственного, Военного и Военно-морского ведомств), которое было построено из гранита и завершено в 1888 году. Эти гранитные здания демонстрируют мало разрушений. Поверните направо на Пенсильвания-авеню и направляйтесь к Галерее Ренвик на северо-восточном углу пересечения 17-й улицы и Пенсильвания-авеню.

Галерея Ренвик — Объект 12

Галерея Ренвик, сделанная из кирпича и песчаника, была завершена в 1859 году.

Это здание из кирпича и песчаника, завершенное в 1859 году, интересно с точки зрения сохранения камня. Декоративные панели из песчаника были сильно разрушены, поэтому в 1968 году панели были пропитаны эпоксидной смолой для их укрепления. Эта обработка фактически ускорила разрушение, потому что, когда вода проникала за заполненный эпоксидной смолой участок, большие части обработанных панелей отслаивались. Поэтому через два года после первой попытки потребовалась вторая попытка реновации, и нынешние панели выполнены из литого песчаника. Столб из оригинального песчаника стоит на юго-восточном углу здания.

Слепки из молотого песчаника и эпоксидной смолы заменили оригинальную резную декоративную отделку из песчаника в Галерее Ренвик, когда первая попытка сохранить резной камень не удалась.

Следующая часть экскурсии начинается на 15-й улице и Пенсильвания-авеню, юг. Чтобы добраться туда, идите на восток вдоль Пенсильвания-авеню, мимо Блэр-хауса и между Лафайет-парком и Белым домом. В Лафайет-парке есть несколько бронзовых статуй, которые были очищены довольно недавно. Белый дом построен из песчаника, который был окрашен в белый цвет; краска использовалась отчасти для повышения долговечности камня. После того как вы пройдете Белый дом, вы подойдете к зданию Казначейства. Поверните направо на 15-ю улицу и идите на юг, в сторону Монумента Вашингтона и Молла. Общее расстояние от Ренвика до угла 15-й улицы и Пенсильвания-авеню составляет около трех четвертей километра (полмили).

Здания Федерального треугольника — Объект 13

На восточной стороне 15-й улицы, начиная с E-стрит, находится здание Министерства торговли, которое было построено из известняка в 1930-х годах. Это здание является частью Федерального треугольника, кластера федеральных офисных зданий в районе, ограниченном Пенсильвания-авеню, Конститьюшн-авеню и 15-й улицей, построенных в основном во время администрации «Нового курса» президента Франклина Д. Рузвельта. Некоторые скульптуры на зданиях были выполнены участниками программы WPA. Эти здания были очищены в 1960-х годах, вероятно, пескоструйной обработкой. Ищите окаменелости в рельефе и корки выветривания в некоторых защищенных местах на резных работах. Часть почернения на этом здании вызвана грязью и органическим материалом, уловленным или растущим на шероховатой поверхности камня.

Все федеральные здания, образующие Федеральный треугольник (между Пенсильвания-авеню, Конститьюшн-авеню и 15-й улицей), сделаны из известняка.

Продолжайте движение на юг по 15-й улице до Конститьюшн-авеню. От угла 15-й улицы и Конститьюшн-авеню следуйте по пешеходным дорожкам полкилометра (три десятых мили) до Монумента Вашингтона.

Монумент Вашингтона — Объект 14

Строительство этого монумента было начато в 1848 году, но завершено только в 1885 году; изменение цвета на высоте около 150 футов отмечает смену типа мрамора, использованного для облицовки монумента. Хотя он сделан из мрамора, его гладкая, прямая форма и массивные блоки, использованные в этом монументе, свели к минимуму воздействие кислотных осадков. Растворение действительно происходит в нескольких местах, но количество потерянного каменного материала от растворения незначительно по сравнению с массой камня.

Прямая форма и массивные камни в Монументе Вашингтона минимизируют воздействие кислотных осадков на эту важную достопримечательность.

Наша экскурсия заканчивается здесь, но в Вашингтоне и других городах есть еще много каменных зданий и памятников, которые также могут демонстрировать последствия городского загрязнения и кислотных осадков. Однако, как видно на этой экскурсии, не все разрушение каменных зданий вызвано кислотными дождями. Чтобы защитить наши исторические каменные здания и памятники, нам необходимо ограничить загрязнение воздуха, которое способствует разрушению от кислотных дождей, и нам необходимо разработать эффективные процедуры обслуживания и сохранения, которые не нанесут дальнейшего вреда камню.

Глоссарий геологических и архитектурных терминов

Антефикс — украшение вдоль края крыши, часто имеющее форму раковины или щита

Балясина — стойка или опора для перил

Балюстрада — перила и ряд поддерживающих стоек, особенно вдоль лестницы или крыльца

Бронза — металлический сплав меди и олова; хотя в свежем виде она коричневая, при выветривании она приобретает более часто встречающийся зеленый цвет

Кальцит — минерал, состоящий из карбоната кальция: CaCO₃

Капитель колонны — верхняя часть колонны. Существует три основных типа; от наименее орнаментированного к наиболее орнаментированному: дорический, ионический и коринфский

Диабаз — темно-серая или черная мелкозернистая магматическая порода, состоящая из минералов полевого шпата и пироксена

Полевой шпат — распространенный минерал, состоящий из кремнезема (Si), алюминия (Al) и кальция (Ca), калия (K) или натрия (Na): CaAl₂Si₂O₈, KAlSi₃O₈, NaAlSi₃O₈

Окаменелость — остатки или следы растения или животного, сохранившиеся в горной породе с какого-то прошлого, доисторического времени

Гранит — светлая или крапчатая крупнозернистая магматическая порода, состоящая из кварца, полевого шпата и слюды

Гутты — небольшие каплевидные округлые украшения под выступом крыши

Гипс — минерал, состоящий из гидратированного сульфата кальция: CaSO₄·2H₂O

Магматический — образованный из расплавленной или частично расплавленной породы

Включение — минеральная фаза, которая отличается (по составу или внешнему виду) от основных минеральных компонентов породы

Известняк — осадочная порода, состоящая преимущественно из карбоната кальция; образована из раковин морских животных

Мрамор — метаморфическая порода, состоящая преимущественно из карбоната кальция

Метаморфический — измененный; обычно под воздействием тепла или давления в другую форму, но с тем же составом

Слюда — силикатный минерал, который образует листы или слои и содержит ионы алюминия, гидроксила и щелочных металлов: K₂Al₄Si₆Al₂O₂₀(OH,F)₄, K₂(Mg,Fe)₆Si₆Al₂O₂₀(OH,F)₄

Минерал — природное неорганическое вещество с упорядоченной структурой; горные породы состоят из одного или нескольких минералов

Портик — крыльцо с крышей, поддерживаемой колоннами

Пирит — минерал («золото дураков»), состоящий из сульфида железа: FeS₂

Пироксен — силикатный минерал, содержащий два оксида металлов: CaMgSi₂O₆, CaFeSi₂O₆, (Mg,Fe)SiO₃

Кварц — минерал, состоящий из диоксида кремния, или кремнезема: SiO₂

Песчаник — осадочная порода, состоящая преимущественно из зерен кварца

Осадочный — образованный из частиц, которые были перенесены водой или ветром и отложены слоями

Волюта — спиралевидное украшение на капители ионической колонны

Дополнительная литература

Acid rain: The facts, 1988: можно получить в Inquiry Centre, Environment Canada, Ottawa, Ontario, Canada K1A 0H3.

Amoroso, G.G., and Fassina, V., 1983, Stone decay and conservation: New York, Elsevier, 453 p.

Hannibal, J.T., and Park, L.E., 1992, A guide to selected sources of information on stone used for buildings, monuments, and works of art: Journal of Geological Education, v. 40, p. 12-24.

Pickering, R.J., 1987, Acid rain: U.S. Geological Survey Open-File Report 87-399.

U.S. Geological Survey, Building stones of our Nation’s Capital: Reston, Va., U.S. Geological Survey general-interest publication.

Winkler, E.M., 1973, Stone: Properties, durability in man’s environment: New York, Springer-Verlag, 230 p.

Известняк

Мрамор

Песчаник

Гранит

Фотографии автора · Редактор Кэтлин Гон · Дизайн публикации Элизабет Джунек

★ Бюро печати правительства США: 1995-394-904

Что это за тип породы?

Посмотрите на общий вид камня в здании. Обратите внимание на цвет, текстуру и структуру камня.

Does the stone look evenly colored, with an even texture?

YES ⇒ Look at the grains up close. Do you see fossil fragments (bits of shells or skeletons)?

YES ⇒ LIMESTONE

NO ⇒ Are the grains rounded, like sand on the beach?

YES ⇒ SANDSTONE

NO ⇒ {same as next line}

NO ⇒ Do you see streaks or clouds of color in a mostly white stone?

YES ⇒ MARBLE

NO ⇒ Look at the grains up close. Do you see a mixture of colors (black, white, gray, maybe pink or red)?

YES ⇒ GRANITE

NO ⇒ MARBLE

Некоторые из этих камней могут иметь слои, которые были исходными пластами, сформировавшими камни.

ИЗВЕСТНЯК

ПЕСЧАНИК

Зерна в этих породах могут выглядеть как кристаллы, которые подходят друг к другу, как детали пазла.

МРАМОР

ГРАНИТ

Являясь главным природоохранным агентством страны, Министерство внутренних дел несет ответственность за большую часть наших национальных общественных земель, а также природных и культурных ресурсов. Это включает в себя содействие рациональному использованию наших земельных и водных ресурсов; защиту наших рыбных ресурсов, дикой природы и биологического разнообразия; сохранение экологических и культурных ценностей наших национальных парков и исторических мест; а также обеспечение условий для наслаждения жизнью посредством активного отдыха на свежем воздухе. Министерство оценивает наши энергетические и минеральные ресурсы и работает над тем, чтобы их развитие отвечало интересам всех наших людей, поощряя бережное отношение и участие граждан в заботе о них. Министерство также несет основную ответственность за общины индейских резерваций и за людей, живущих на островных территориях под управлением США.

Эта публикация является одной из серии публикаций общего интереса, подготовленных Геологической службой США для предоставления информации о науках о Земле, природных ресурсах и окружающей среде. Чтобы получить каталог дополнительных названий в серии «Публикации общего интереса Геологической службы США», напишите:

Геологическая служба США

Информационные услуги

P.O. Box 25286

Денвер, CO 80225

Примечания транскрибатора

Сохранена информация о публикации из печатного издания: эта электронная книга является общественным достоянием в стране публикации.

Только в текстовых версиях текст курсивом выделен _нижними подчеркиваниями_.

back