Фото серого базальта. Дикий камень

Поставив перед собой задачу со всех сторон рассмотреть камень базальт в цикле посвященных ему статей, мы должны уделить особое внимание его физическим свойствам. Именно эти характеристики базальта обуславливают его применение, а значит, и ценность для человека.

Основные физические свойства и характеристики базальта

Основные физические свойства базальта описывают его внешние признаки, а также постоянные, связанные с составом и строением, и реакции на воздействие внешней среды — давление, нагревание и др.

Твердый или мягкий: твердость по шкале Мооса

Свойства познаются в сравнении 😉 Только сравнивая с тем, чьи качества нам уже известны, мы можем понять, базальт твердый или мягкий.

Исследование твердости базальта по шкале Мооса говорит, что она находится в диапазоне от 5 до 7, что является следствием разной твердости составляющих его минералов.

Базальт колотый. Фото Теплоконтакт

Если сравнивать с известными материалами, то такая твердость говорит о том, что вам не удастся поцарапать кусок базальта оконным стеклом или перочинным ножом, но стальная игла и нож из хорошей стали оставят на нем царапины. Твердость иглы и ножа — как раз считается равной 7.

Для бедной кремнеземом породы это очень хорошие показатели твердости. У всем знакомого кварца, например, твердость 7. Он считается твердым и крепким. (Хотя гранит крепким не считается — состоящее из крупных кристаллов стремится распасться на составные элементы, поэтому чем мельче кристаллы, тем прочнее их связь.)

Цвета, есть ли у него блеск и как именно он блестит

Что касается цвета базальта, то он сложен темноцветными минералами, поэтому имеет скромную темную палитру оттенков: от серого до черного, включая отдающие зеленым разновидности.

Хотя… в этой связи удивляют фотографии базальтовой отдельности, где базальтовые колонны кажутся желто-серого цвета. Возможно, это случайность освещения, к тому же неполированный камень всегда выглядит светлым (например, черный как ночь камень габбро в глыбе выглядит светло-серым).

Что касается того, есть ли у базальта блеск… Для того, чтобы какая-то поверхность блестела, она должна быть гладкой. Блестят грани кристаллов, потому что они ровные.

Если же камень сложен мельчайшими кристалликами, которые видны только под лупой, а то и под микроскопом, или если порода сложена частично вулканическим стеклом, то есть имеет афанитовую (хаотичную) структуру, то ее скол будет неровным, и чем мельче грани кристаллов, тем сложнее увидеть, что базальт блестит. Но если какой-то блеск все же удается заметить, он будет стеклянным.

В то же время, при наличии вкрапленников в базальте, блестеть могут именно они.

Масса и удельный вес

Вот не хотят люди в школе учить уроки! А потом задают вопросы о массе базальта. А масса у него такая же, как у… помидор — сколько положишь на весы, столько и взвесится. Вот это масса, и она всегда конкретна относительно измеряемого образца.

А вот удельный вес— это вполне себе абстрактная физическая характеристика. Для ее вычисления нужно знать вес вещества и занимаемый им объем, затем первое разделить на второе и получим частное, которое и будет удельным весом базальта или другого измеряемого предмета.

Удельный вес легко путают с плотностью — вся разница между ними в том, что вес и масса не являются тождественными понятиями в физике, и масса, характеризуя количество вещества, отличается от веса, который характеризует силу, с какой данная масса давит на опору, следовательно, там масса умножается на ускорение свободного падения, потому что опора препятствует этому падению.

Так вот, масса — это килограммы и кратные им единицы, а вес — это ньютоны и кратные им единицы. Следовательно, в случае с удельным весом мы получаем ньютоны, деленные на кубометры, а в случае с плотностью — килограммы, деленные на кубометры.

В большинстве вопросов о базальте подразумевается именно его плотность, а не масса или удельный вес.

Плотность, кг/м3

Определение плотности мы дали выше. Остается только назвать конкретные цифры. А они варьируются довольно существенно: от 2600 до 3200 кг/м3. Плотность базальта зависит не только от слагающих его минералов, но и от пустот, которые образовываются из газовых флюидов, содержащихся в магме (и лаве). Чем больше газового флюида, тем более пористым будет базальт, тем ниже его плотность.

Температура плавления

Опять же, не существует единой температуры плавления базальта, это хоть и небольшой, но диапазон, потому что состав допускает некоторые вариации. В общем, камень расплавится при температуре 1100-1250 градусов Цельсия.

Кстати, именно относительная легкоплавкость базальта и стала причиной, по которой этот камень стал сырьем для минеральной ваты. Ведь для производства важно снизить себестоимость, в частности, расход топлива. А так, возможно, и другие камни могли бы быть сырьем для каменной ваты.

Теплопроводность

Есть еще пара понятий, которые часто смешиваются в голове: это теплоемкость и теплопроводность. Первое означает способность аккумулировать в себе тепло, тогда как второе — способность пропускать его через себя. Очевидно, что вещи эти противоположны друг другу.

Наиболее теплопроводными являются металлы, но они же и остывают быстро, что означает низкую теплоемкость.

Базальт. Фото AquaMegaMall

Камни же, наоборот, характеризуются высокой теплоемкостью, потому что у них низкая теплопроводность.

Что касается теплопроводности базальта, то она тоже не будет одинаковой для разных образцов — чем больше в них пор, заполненных воздухом, тем ниже теплопроводность, чем массивнее, плотнее образец, тем она будет выше.

Средняя, указываемая в справочниках теплопроводность базальта — 1,3 Вт/(м·K).

Прочность

Как измеряется прочность камня? Его пытаются сломать двумя способами: сжимая и изгибая. При этом замеряется масса, давящая на квадратный сантиметр поверхности. Мы, к сожалению, нашли только данные по сжатию.

Камни базальта. Фото Камелот178

Прочность базальта составляет 5 тонн на квадратный сантиметр! Не рекорд, но все же это позволяет отнести его к прочным породам.

Базальт: особые свойства камня

Конечно, особыми эти свойства базальта делает только то, что они не являются самыми востребованными в справочниках, а так это все те же физические свойства, и, конечно же, есть области применения, в которых они играют важную роль.

Характерная отдельность

Сначала человечество встретило в природе некое подобие храмовых колонн, которые не были творением рук человеческих, потом ученые занялись поиском разгадки этого явления, и вот мы уже знаем, что характерная отдельность базальта в виде граненых колонн — это результат действия в камне напряжений, которые возникают при его остывании.

Когда на камень действует разрушительная сила, то трещины возникают прежде всего там, где сильнее всего напряжения. И он раскалывается по линиям этих напряжений. В случае с базальтом получаются прекрасные колонны.

Не стоит думать, что природа придерживается идеальной геометрии при создании этих колонн. Варьируется все, включая количество граней. Наименьшее число граней при столбчатой отдельности базальта — 3, максимальное — 7. Но все же чаще всего вы встретите колонны с 5 и 6 гранями.

Столбчатая отдельность характерна не только для базальтов. К тому же, под водой у базальтов появляется вообще другая отдельность, не характерная для суши — шаровая или подушечная. Она возникает тогда, когда лава изливается под водой, образуя сначала шарики, которые потом сплющиваются в подушечки.

И тут никакой правильной геометрии не наблюдается. Наблюдается что-то похожее на шары и подушки, но в целом это просто нагромождение округлых форм, часто с затейливым рельефом на поверхности, который образуется от того, что остывшая поверхность часто рвется под давлением жидкой лавы, и снова застывает, и снова рвется.

Базальтовые подушки на дне Тихого океана (Гавайи). Источник фото Википедия

Базальт и вода

Боится ли рожденный в огненных недрах базальт воды? Давайте рассмотрим его взаимодействие с ней со всех возможных точек зрения: водоупорный базальт или водопроницаемый, сильно пропускает воду или нет, растворяется ли базальт в воде и с какой интенсивностью идет растворение… Ну и заодно затронем морозостойкость базальта, она тоже от воды зависит.

Водопроницаемость и интенсивность растворения в воде

Растворяется ли базальт в воде?

Начнем с того, что в воде растворяется практически все, только за разные промежутки времени. «Капля камень точит», — говорит народная мудрость.

Базальт андезитовый полированный. Фото Дикий камень

Поэтому не стоит думать, что камни вечны. В природе вода с растворенными в ней веществами способна менять минеральный состав горных пород, через которые она просачивается. Был один камень, стал другой. А бывает, что просто вымывает растворимые минералы, образуя полости разных размеров, которые могут заполниться вторичными минералами.

Базальт сложен преимущественно следующими минералами: полевым шпатом (плагиоклазом) и пироксеном (авгитом). Оба проявляют устойчивость к действию воды, они не взаимодействуют с ней с образованием новых соединений.

Также мы нашли данные, говорящие, что силикаты и алюмосиликаты (упомянутые выше минералы к ним относятся) признаются нерастворимыми в воде, что означает растворимость менее 0,01 г/л.

Отсюда делаем вывод, что базальт не растворяется в воде.

Пропускает ли воду или нет, он водоупорный или водопроницаемый

Здесь стоит начать с пояснения того, что понимается за тем или иным термином. Итак, что водопроницаемость? Ее можно свести к способности впитывать и пропускать через себя воду. Следовательно, водоупорностью следует назвать водонепроницаемость.

Что касается водопроницаемости базальта, то она, как и в случае любого другого материала, является производной от его пористости. То есть, грубо говоря, если внутри материала есть поры, капилляры, любые другие ходы и полости для воды, то такой материал будет впитывать и пропускать через себя воду. И в тем большей степени, чем больше в нем таких возможностей.

Базальт сам по себе очень разный — есть разновидности массивные, в которых вообще нет никаких пор, пузырьков. Это видно на срезе — невооруженным глазом или все же вооруженным оптикой. А есть другие разновидности — с большим или меньшим количеством полостей, оставленных внутри базальта газовыми флюидами лавы. Вообще, они, конечно, встречаются часто, потому что лавы всегда содержат газовые флюиды.

Строго говоря, за проводимость воды отвечает не пористость сама по себе, а связанность пор микротрещинами, которые раскрываются под давлением и под действием высокой температуры. Следовательно, трещиноватость образца нужно принимать в расчет даже в большей степени, чем его пористость.

Пористость может быть измерена. Есть формула, в основе которой отношение истинной плотности к плотности конкретного образца, то есть берется образец без пузырьков, выясняется его отношение массы к объему, что дает истинную плотность (или она берется из справочной литературы). А потом измеряется отношение массы к объему у исследуемого образца — воздух в порах уменьшит ее, а формула позволит назвать процентное отношение между воздухом и камнем.

Понятно, что данный вопрос не предполагает среднестатистических ответов. Нужно брать и замерять, если ответ для чего-то важен. В противном случае следует полагаться на визуальный осмотр: если видны и поры, и трещины, то водопроницаемость приложится сама собой.

Базальт и мороз

Воздействие холодной температуры само по себе не слишком критично для камня. Только в сочетании с водой оно может стать разрушительным. Почему так?

Потому что в свойствах воды увеличивать свой объем при замораживании. И если жидкая вода проникает в камень или уже содержится в нем в несвязанном виде, то сильные морозы доберутся до нее, заморозят, она расширится и образует микротрещинки.

Эти трещины никуда не денутся, и в следующем цикле замораживания-размораживания воды станут чуточку больше. И так — до полного разрушения камня.

Лед имеет объем лишь на 1/10 больше исходного объема воды. Но этого более чем достаточно, чтобы разрывать металл, к примеру, труб. Камни тоже разрушаются льдом, только медленнее.

Морозостойкость

Для строительных материалов принято вычислять число циклов, которые материал способен выдержать до разрушения. Так как базальт относится к строительным материалам (среди прочего), то морозостойкость базальта тоже изучалась.

Но есть данные только для щебня. Его продают с разными марками морозостойкости — от F15 до F400. Что касается этих цифр, то тут все просто: они означают количество циклов замораживания-оттаивания, которые вынесет этот щебень.

Как у одного и того же камня может быть такой разброс? А дело не только в камне, а еще и в том, как на нем сказались буро-взрывные работы и действие дробилки — то и другое повышает трещиноватость, понижая морозостойкость.

Вреден ли для здоровья?

Гм, вообще, задавая вопрос, вреден ли базальт для здоровья, стоит уточнять, каким образом предполагается на это здоровье воздействовать? То есть удар базальтовым булыжником по голове принесет существенный вред здоровью, но если не бить никого базальтом, то это совершенно безобидный камень.

Взять ту же радиацию — она характерна для пород, которые формировались из расплавов более высоко расположенных слоев земной коры. Базальт же формировался где-то в районе мантии, а она радиоактивных элементов не содержит.

Базальт колотый. Фото Теплоконтакт

Минеральный и химический состав базальта не содержит ничего ядовитого, равно как и сопутствующие ему обычно минералы.

Каменная пыль всегда вредна для легких, но где найти такую опасность в быту? Разве что при постепенном разрушении каменной ваты от времени. Но обычно опасаются стеклянной пыли от стекловаты — она образуется гораздо быстрее и в больших количествах, хотя дешевизна стекловаты, случается, и заставляет закрыть глаза на эту опасность.

Вывод: базальт практически безвреден.

Взаимозависимость свойств данного камня и его применения

Любое применение природных ресурсов в хозяйственной деятельности человека связано с их свойствами. Базальт в этом плане не исключение.

Базальтовая вата. Фото Леруа Мерлен

Когда-то он служил только строительным материалом. Потом ему нашлось применение в дорожном строительстве. Но везде у базальта были конкуренты. А вот где ему оказалось нет равных — это в каменном литье и производстве каменной ваты.

На каких свойствах это основано? Это и химический состав, и температура плавления, и способность образовывать очень тонкие, и очень длинные волокна при определенных технологических процессах.

В сущности, человеку даже не пришлось перебирать много вариантов с разными камнями: как известно, идея базальтовой ваты появилась после осмысления человеком такого феномена, как «волосы Пеле» — это образование природного аналога каменной ваты, который встречается везде, где имеется поверхностная вулканическая активность и сильные ветра.

В остальном, мы полагаем, достаточно очевидно то, как прочие свойства базальта и применение камня оказываются связанными, выше мы приводили примеры такой связи.