Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - Анья Рёйне

Из-за проблемы ржавления арматуры в сфере производства бетона постоянно ищут альтернативные армирующие материалы. В отдельных случаях хорошо подходят волокна из углерода, стекла и пластика, однако альтернатив, способных конкурировать со сталью по прочности и цене, по-прежнему нет. Обработка поверхности бетона способна усложнить воде попадание внутрь, что увеличит срок службы конструкции. Также проводятся эксперименты с самовосстанавливающимся бетоном: попадая в трещины, вода запускает реакции, во время которых трещины вновь заделываются[172].

По всему миру постоянно производят новый бетон. До недавнего времени песок и щебень для производства бетона брали неподалеку от строительной площадки – или с берега реки, или из песчаных и гравийных карьеров, расположенных там, где реки или ледники оставляли рыхлые материалы на протяжении тысячелетий. Лучше всего для бетона подходит речной щебень. Извлеченные из соленой воды песок и щебень необходимо тщательно промывать, поскольку от остатков соли стальная арматура начнет ржаветь. Песок из пустынь – его в засушливых районах мира огромное количество – подходит плохо, поскольку он слишком круглый, слишком гладкий и слишком хорошо отсортирован. Чтобы получить прочный бетон, важно брать и крупные, крепкие песчинки, и мелкие – они заполнят пространство между крупными. За поверхность круглых, гладких песчинок цементу зацепиться сложнее.

В Китае за последние 20 лет производство бетона выросло в четыре раза, а в остальном мире увеличилось чуть больше чем на 50 %. Из-за этого истощились природные месторождения песка и щебня[173]. В Европе песок и щебень для бетона главным образом производят, дробя породу. В других уголках мира песок все чаще берут с пляжей и морского дна.

Добыча песка и щебня для окружающей среды бесследно не проходит, и не важно, откуда именно их добывают. Когда рыхлые материалы берут со дна реки, меняется характер ее течения. Из-за этого может начаться эрозия – как выше, так и ниже по течению от места добычи, а также река иногда меняет курс. Если со дна реки или озера забрать много песка, упадет уровень воды, а также понизится уровень грунтовых вод, из-за чего иссушение ждет и сельскохозяйственные земли. Добыча песка с морского дна губительна для обитающих там живых существ, а мелкие частицы, которые поднимаются со дна и падают с кораблей, мутят воду и мешают обитающим в воде живым организмам.

Песок и щебень составляют от 70 до 90 % от 50–60 миллиардов тонн породы, добываемых человечеством из земной коры каждый год. Из них 180 миллионов тонн потребляет промышленность – производство стекла, керамики и электроники, – а все остальное идет на строительство. Каждый год человечество добывает в два раза больше песка и щебня, чем переносят все мировые реки. Таким образом, мы сильнее влияем на формирование поверхности земной коры, чем все геологические процессы.

Дубай, один из арабских эмиратов, в последние годы работает над примечательным строительным проектом. 635 миллионов тонн песка ушло на сооружение у побережья искусственных островов в форме пальмы и материков Земли. Качественные месторождения песка в Дубае истощились. Для 828-метровой башни Бурдж-Халифа, достроенной в 2010 году, а в 2018-м по-прежнему являющейся самым высоким зданием мира, песок импортировали из Австралии.

Сингапур – маленький остров, где проживает большое количество людей. За период с 1960 по 2010 год его население утроилось, и, чтобы появилось место для дополнительной инфраструктуры, страна стала расширяться в сторону океана. На сегодняшний момент Сингапур – крупнейший в мире импортер песка, а также страна использует наибольшее количество песка в расчете на душу населения. Песок ввозят из соседних Индонезии, Малайзии, Таиланда и Камбоджи, что привело к конфликтам на почве нелегальной добычи и продажи, а также, предположительно, исчезновению 24 песчаных островов в водах Индонезии[174].

Таким образом, с виду столь обыденная вещь, как песок и щебень, может иметь геополитические последствия. Качественные ресурсы песка вернуть обратно невозможно, поэтому в будущем стоит ожидать новых конфликтов подобного рода, если мы и дальше будем строить из бетона, а альтернатив для возведения и обслуживания объектов инфраструктуры у нас нет. Бетона мы уже производим в два раза больше, чем всех остальных строительных материалов, вместе взятых[175]. Для замены бетона у человечества нет ничего.

Среди всех живых существ только люди производят и придают форму материалам с помощью промышленных процессов и экстремально высоких температур. Поэтому металлическими инструментами, кроме нас, никто не пользуется. И тем не менее животные, растения, насекомые и бактерии производят ряд наиболее прочных из всех известных нам материалов.

Живые организмы способны производить сложнейшие керамические материалы. Клетки наших тел строят кости и зубы. Иголки морских ежей и красивый перламутр – он попадается в ракушках, которые мы находим на пляже, – среди самых прочных в мире материалов, хоть и состоят из тех же кристаллов, что есть в мягком и пористом меле. Такие материалы создаются благодаря тому, что животные контролируют химический процесс и внутри, и с внешней стороны своих клеток. Они определяют, какого рода кристаллы образуются и как они будут расти. Прочности и эластичности, к которым мы стремимся, соединяя различные материалы, такие как сталь и бетон, эти организмы добиваются благодаря сочетанию органических молекул и неорганических кристаллов.

Если бы нам удалось повторить материалы, которые уже производят живущие на земле организмы, у нас появились бы еще более прочные материалы, по сравнению с теми, что у нас есть сейчас, а энергии мы потратили бы меньше. Сегодня это крупная научная область[176].