Dla Ruby, Lazlo i Idy

Fundamentalny

Pewnego wiosennego dnia 2009 roku wyszedłem po chleb do pobliskiego sklepu i, gdy skręciłem za róg, zobaczyłem, że Southwark Towers zniknęły. Ten dwudziestopięciopiętrowy zespół klasycznych biurowców z lat siedemdziesiątych został doszczętnie wyburzony. Zacząłem się zastanawiać, kiedy właściwie widziałem je po raz ostatni. Stały chyba jeszcze w zeszłym tygodniu, gdy wyszedłem z domu w tym samym celu co dzisiaj… Poczułem się nieswojo. Czy to ja tracę kontakt z rzeczywistością, czy też w technologii wyburzania budynków nastąpił błyskawiczny postęp? Tak czy inaczej, poczułem się trochę mniej pewny siebie i nieco bardziej nieistotny. Southwark Towers podobały mi się. Miały drzwi na fotokomórkę pochodzące z czasów, gdy takie rozwiązania były w modzie. A teraz budynki zniknęły, pozostawiając w ulicy i moim życiu dziurę większą, niż mógłbym się spodziewać. Nic nie wyglądało już tak samo. Ruszyłem w stronę jaskrawo pomalowanego płotu otaczającego puste miejsce po kompleksie.

Na jednym z segmentów ogrodzenia umieszczono tabliczkę z informacją, że w tym miejscu ma stanąć największy gmach Europy – The Shard (Odłamek). Widniało tam też zdjęcie ogromnego szpiczastego wieżowca ze szkła, który powstanie z popiołów Southwark Towers nieopodal stacji kolejowej London Bridge. Tekst na tabliczce wychwalał tę nową budowlę, która przez całe dekady będzie dominować w londyńskim pejzażu.

Poczułem irytację i niepokój. A co, jeśli ten wielki szklany fallus stanie się celem terrorystów? Jeśli zaatakują go tak jak niegdyś World Trade Center i runie, zabijając mnie i moją rodzinę? Uruchomiłem Google Maps i uspokoiłem się, stwierdzając, że nawet gdyby ten trzystutrzydziestometrowy olbrzym przewrócił się na bok jak długi, nie sięgnąłby mojego domu. Mógłby zahaczyć co najwyżej o pobliski pub Shakespeare Tavern, do którego akurat nie zaglądam. Ale powstałaby dusząca chmura pyłu, mamrotałem do siebie, idąc w apokaliptycznym nastroju po chleb.

Przez kolejnych kilka lat przyglądałem się, jak u mojego progu powstaje ogromny wieżowiec. Widziałem niezwykłe rzeczy i zdumiewające osiągnięcia inżynierii, lecz przede wszystkim bardzo dobrze poznałem beton.

Zaczęli od wykopania wielkiej dziury w ziemi. Pisząc: wielka, mam na myśli: przeogromna. Tydzień po tygodniu przy okazji regularnych wypadów po pieczywo zerkałem przez okienko dla ciekawskich umieszczone w jednym z segmentów ogrodzenia, by zobaczyć, jaki postęp uczyniły gigantyczne maszyny, które wygrzebywały ziemię i zagłębiały się w nią coraz bardziej, jakby chciały się do czegoś dokopać. Ale tym, co wydobywały, była tylko glina – materiał nanoszony przez Tamizę od tysięcy lat. Ta sama gęsta glina, z której wypalano cegły do budowy domów i magazynów tworzących miejską tkankę Londynu. Lecz to nie z gliny miał powstać The Shard.

Pewnego dnia całą tę glinę usunięto i do dziury wlano siedemset ciężarówek betonu. Tak powstały fundamenty przyszłego wieżowca, które miały zapobiec wessaniu siedemdziesięciu dwóch pięter i pracujących tam dwudziestu tysięcy osób w głąb gliniastej ziemi. Budowlańcy wypełniali przeogromną dziurę kolejnymi warstwami betonu, tworząc podziemne kondygnacje, aż wreszcie dziura znikła, a w jej miejscu powstała podziemna, powoli tężejąca konstrukcja. Wyglądało to bardzo fachowo, a tempo budowy robiło spore wrażenie – aby zmniejszyć koszta przedsięwzięcia, wieżę zaczęto konstruować jeszcze przed ukończeniem fundamentów.

– Jak pan sądzi, ile ten beton będzie sechł? – spytał mnie mężczyzna z psem, który przystanął obok, by także popatrzeć przez okienko w płocie. – Nie mam pojęcia – skłamałem.

Zrobiłem to, by uciąć rozmowę. Życie w Londynie uczy człowieka uciekania się do kłamstewek i różnych uprzejmych wybiegów, byle tylko uniknąć rozmawiania z nieznajomymi. Poza tym nie wiedziałem, jak ten człowiek – lub jego pies – zareaguje, gdy naszą znajomość rozpocznę od wytknięcia rozmówcy błędu. Otóż beton nie wysycha. Jest całkiem inaczej – woda stanowi jego składnik. Beton zastyga, ponieważ woda reaguje z cementem, zapoczątkowując łańcuch reakcji chemicznych skutkujących złożoną wewnętrzną mikrostrukturą materiału. Choć jest w nim uwięziona woda, beton jest nie tylko suchy, lecz wręcz wodoodporny.

Zastyganie betonu to w gruncie rzeczy skomplikowany proces chemiczny z udziałem sproszkowanego kamienia. Jednak nie każdy rodzaj skały się do tego nadaje. Żeby samodzielnie zrobić sobie beton, potrzeba trochę węglanu wapnia – głównego składnika skały wapiennej, powstałej w ciągu milionów lat z licznych odkładających się jedna na drugiej warstw martwych organizmów, spojonych następnie pod wpływem temperatury i ciśnienia wywołanego ruchami skorupy ziemskiej. Do wytworzenia betonu przyda się również trochę kamieni zawierających krzemiany, czyli związki krzemu i tlenu, z których w dziewięćdziesięciu procentach składa się skorupa ziemska – mogą to być na przykład niektóre rodzaje gliny. Jeśli jednak zemleć te składniki i zmieszać je z wodą, otrzyma się tylko kleistą papkę. By zaszły w nich pożądane reakcje, trzeba najpierw wyzwolić je z wiązań chemicznych, w których tkwią.

Nie jest to wcale łatwe. Wiązania te są niezwykle trwałe – to właśnie dlatego skały nie rozpadają się, by reagować ze wszystkim wokoło. Jest wprost przeciwnie – czy to w łagodnym, czy w surowym klimacie, potrafią przetrwać wiele milionów lat. Sztuka polega na tym, by rozgrzać skałę do temperatury około 1450°C. Nie sposób jej osiągnąć przy użyciu drewna czy węgla, które spalają się, tworząc czerwone lub żółte płomienie mające od 600 do 800°C. Gdy ogień ma 1450°C, świeci się na biało bez odcieni czerwieni ani żółci, za to z domieszką błękitu – patrzenie w niego staje się wówczas nieprzyjemne, niemal bolesne.

Przy takiej temperaturze skała zaczyna się rozpadać i przekształcać w rodzinę związków zwanych krzemianami wapnia. Mowa o rodzinie, ponieważ podgrzewany surowiec zawiera liczne zanieczyszczenia, które mogą wpływać na jego właściwości. By powstał beton, skała powinna zawierać żelazo i aluminium w odpowiednich proporcjach. Gdy wreszcie ognie wygasają, można ujrzeć efekt tego procesu – osobliwy proszek jasnoszarej, księżycowej barwy. Jeśli włożyć do niego dłoń, okaże się, że jest jedwabisty w dotyku, niczym popiół, co budzi skojarzenia z czymś pierwotnym. Po chwili jednak ręce wysychają, jakby jakaś obca siła zaczęła z wolna pozbawiać je wilgoci. Oto wyjątkowy materiał o banalnej nazwie: cement.

Jeśli do tego proszku dolać wody, natychmiast zaczyna ją pochłaniać, jednocześnie ciemniejąc. Nie zamienia się jednak w błocko, jak to się dzieje, gdy podlać sproszkowane kamienie, lecz wskutek wielu reakcji chemicznych staje się żelem. Żele to materia w półstałej, rozedrganej postaci. Żel do włosów jest tutaj dobrym przykładem, podobnie jak większość past do zębów. Nie rozpryskuje się jak płyn, ponieważ ma wewnętrzny szkielet, który zapobiega przemieszczaniu się jego cząstek w płynny sposób. W przypadku żelu do włosów szkielet ten jest tworzony przez kolagen, natomiast w przypadku cementu – fibryle uwodnionego krzemianu wapnia, czyli podobne do kryształów struktury, które powstają z rozpuszczonych w wodzie cząstek wapnia i krzemianu, sprawiając wrażenie niemal organicznych wypustek (zob. rysunek poniżej). Powstający w masie cementowej żel ulega nieustannym przemianom, gdy jego wewnętrzny szkielet rośnie w miarę zachodzenia kolejnych reakcji chemicznych.

Fibryle węglanu wapnia, których ilość wzrasta w zastygającym cemencie.

Fibryle, rozrastając się i przeplatając, zaczynają tworzyć wiązania sieciujące i zamykają w pułapce coraz więcej cząstek wody. W ten sposób masa cementowa przekształca się w lity materiał. Fibryle mogą jednak wiązać się nie tylko z sobą nawzajem, lecz także z innymi rodzajami skruszonych skał i kamieni. W ten właśnie sposób na bazie cementu powstaje beton. Zaprawy cementowej używa się jako spoiwa do cegieł przy budowie domów lub do łączenia kamieni podczas stawiania pomników, lecz w tej postaci materiał ten jest tylko składnikiem do wypełniania szczelin – czymś w rodzaju miejskiego kleju. Kiedy jednak domiesza się do niego drobne kamyki pełniące funkcję malutkich cegiełek, staje się betonem – pełnoprawnym materiałem budowlanym.

Jak w przypadku każdej reakcji chemicznej, pomyłka w proporcjach powoduje kompletną klęskę. Jeśli do betonu doda się zbyt dużo wody, w proszku cementowym zabraknie krzemianu wapnia, który mógłby z nią reagować. Jej nadmiar pozostanie wówczas w materiale i go osłabi. Jeżeli z kolei wody będzie za mało, pozostanie za dużo cementu, który nie wszedł w reakcję, i rezultat będzie podobny. Wady betonu powstają najczęściej w wyniku ludzkiego błędu i mogą pozostawać niewykryte, aż doprowadzą do katastrofy wiele lat po zakończeniu budowy. Za ogromny rozmiar zniszczeń spowodowanych w 2010 roku przez trzęsienie ziemi na Haiti obwinia się kiepską murarkę i złej jakości beton. Szacuje się, że runęło wówczas dwieście pięćdziesiąt tysięcy domów, w których zginęło trzysta tysięcy osób, a miliony straciły dach nad głową. Co gorsza, Haiti nie stanowi bynajmniej odosobnionego przypadku. Podobne tykające betonowe bomby zegarowe rozsiane są po całym świecie.

Dotarcie do źródeł ludzkiego błędu nie jest łatwe, gdyż wadliwy beton na pierwszy rzut oka wygląda zupełnie normalnie. Szef budowy lotniska JFK, wykonując rutynowe testy, zauważył, że beton przywożony ciężarówkami przed południem po zastygnięciu ma dobrą wytrzymałość, natomiast ten dostarczany tuż po południu jest znacznie słabszy. Zaskoczony, zbadał wszystkie możliwe przyczyny tego stanu rzeczy, ale nie znalazł wyjaśnienia. Wreszcie postanowił pojechać za ciężarówką wiozącą beton na lotnisko. Odkrył, że kierowca miał w zwyczaju robić sobie przerwę na lunch koło południa i przed udaniem się na posiłek polewał beton wodą z węża, sądząc, że w ten sposób uchroni go przed nadmiernym wyschnięciem.

Wykopując dół pod fundamenty i podpory wieżowca The Shard, inżynierowie natknęli się na ślady betonu znacznie starszego niż ten, którego używamy dzisiaj – wyprodukowanego przez Rzymian. Stanowił budulec rzymskich łaźni, które odkryto po wyburzeniu mojego ulubionego baru szybkiej obsługi niedaleko nieistniejących już Southwark Towers.

Pozostałości rzymskich łaźni odkryte przez inżynierów pracujących przy budowie The Shard.

Rzymianom poszczęściło się z betonem. Nie musieli eksperymentować z rozgrzewaniem do białości różnych wydobywanych skał, ponieważ odkryli gotowy cement w miejscowości Pozzuoli (wówczas Puteoli) pod Neapolem.

W Pozzuoli śmierdzi – to nie żarty. Nazwa miejscowości pochodzi od łacińskiego putere (śmierdzieć), a źródłem panującego tam odoru są pobliskie piaski wulkaniczne o wysokiej zawartości siarki. Przez wiele milionów lat na te tereny spływała lawa i spadały pył oraz pumeks. Popiół wulkaniczny powstawał wskutek mocnego rozgrzania skały krzemionkowej, która następnie była wyrzucana przez komin. Proces ten zaskakująco przypominał współczesną technologię produkcji cementu. Rzymianie musieli już tylko jakoś wytrzymać smród siarki, by móc zacząć wydobywać proszek samoczynnie gromadzący się od milionów lat. Ten naturalny cement był trochę inny od współczesnego (portlandzkiego) cementu i aby związał, trzeba było dodać do niego wapna. Rzymianie szybko jednak na to wpadli i po dorzuceniu żwiru w celu wzmocnienia budulca otrzymali pierwszy w dziejach, zupełnie wyjątkowy materiał budowlany, jakim jest beton.

Noty do zdjęć

pozostałości rzymskich łaźni: Network Rail,

Lektury uzupełniające

Ph. Ball, Bright Earth: Art and the Invention of Colour, Vintage, 2008.

R. Cotterill, The Material World, CUP, 2008.

M. Faraday, The Chemical History of a Candle, OUP, 2011 [wyd. pol. Dzieje świecy, Prószyński i S-ka, 1997].

S. Fenichell, Plastic: The Making of a Synthetic Century, HarperCollins, 1996.

J.E. Gordon, New Science of Strong Materials: Or Why You Don’t Fall Through the Floor, Penguin, 1991.

J.E. Gordon, Structures: Or Why Things Don’t Fall Down, Penguin, 1978.

Ph. Howes, Z. Laughlin, Material Matters: New Materials in Design, Black Dog Publishing, 2012.

Ch. Lefteri, Materials for Inspirational Design, Rotovision, 2006.

P. Levi, The Periodic Table, Penguin, new ed., 2000 [wyd. pol. Układ okresowy, Wydawnictwo Literackie, 2011].

G. Martin, A. Macfarlane, The Glass Bathyscape: How Glass Changed the World, Profile Books, 2002.

H. McGee, McGee on Food and Cooking: An Encyclopedia of Kitchen Science, History and Culture, Hodder & Stoughton, 2004.

M. McQuaid, Extreme Textiles: Designing for High Performance, Princeton Architectural Press, 2005.

C.S. Smith, A Search for Structure: Selected Essays on Science, Art and History, MIT Press, 1981.

A. Street, W. Alexander, Metals in the Service of Man, Penguin, 1999.

Spis treści

Wstęp

Niezwyciężona

Zaufany

Fundamentalny - fragment

Przepyszna

Zdumiewająca

Wyśniony

Niewidzialne

Niezłomny

Wyrafinowana

Nieśmiertelny

Podsumowanie

Przypisy

Podziękowania

Noty do zdjęć

Lektury uzupełniające

Tytuł oryginału:

Stuff Matters.
The Strange Stories of the Marvellous Materials That Shape Our Man-Made World

Redakcja merytoryczna: dr hab. inż. Beata Leszczyńska-Madej

Redakcja: Małgorzata Pasicka-Siekanka / m&m manufaktura

Korekta: Agnieszka Stęplewska, Ewa Ślusarczyk

Projekt graficzny: Przemek Dębowski

Konwersja do formatów EPUB i MOBI: Małgorzata Widła

Original English language edition first published by Penguin Books Ltd, London

Text copyright © Mark Miodownik 2013

The author has asserted his moral rights. All rights reserved.

Copyright © for the translation by Dariusz Żukowski, 2016

ISBN 978-83-65271-17-4

Wydawnictwo Karakter

ul. Grabowskiego 13/1

31-126 Kraków

karakter.pl