Czynniki niszczące kamień

Dezintegracja granularna – czyli rozkład skały nie wywołujący żadnych przemian chemicznych. Zalicza się do niego głównie niszczenie spowodowane przez insolację czyli rozszerzanie się minerałów pod wpływem temperatury, niszczenie wywołane rozszerzaniem wody podczas zamarzania, mechaniczne oddziaływanie organizmów żywych na skałę – co pośrednio też wiąże się z występowaniem wody oraz pęcznienie niektórych minerałów ilastych pod wpływem wody. Z kolei w wietrzeniu chemicznym niszczenie skały powiązane jest ze zmianą jej składu chemicznego. Pierwszy z wymienionych procesów czyli insolacja jest spowodowana naprzemiennym nagrzewaniem się i ochładzaniem skały. Jeżeli dojdzie do sytuacji, w której przez dłuższy okres promienie słoneczne będą ogrzewały kamień, a następnie np. będzie miał miejsce gwałtowny opad deszczu, to taka skała jest szczególnie narażona na powstawanie naprężeń wiodących do generowania spękań. Wywołane są one różną rozszerzalnością termiczną minerałów.

Zamróz – jest to proces polegający na wielokrotnym zamarzaniu oraz odmarzaniu wody znajdującej się w przestrzeni porowej. Ten typ oddziaływania wody na kamień ma miejsce głównie wczesną wiosną i późną jesienią, oraz zimą przy częstych wahaniach dobowych temperatur gdy woda zamarza i odmarza w porach skały. Będzie najsilniej zauważalny na południowych elementach ze względu na większe amplitudy dobowych zmian temperatury. W dzień, gdy materiał skalny nastawiony jest na działanie słońca woda topnieje, natomiast w nocy temperatura spada poniżej zera i zamarza. Woda zwiększa swoją objętość podczas krzepnięcia o około 9%. Wzrost objętości powoduje wywieranie większego ciśnienia na ścianki porów. Jeżeli pory są wypełnione w pełni cieczą, wtedy ciśnienie wywierane na ścianki jest zależne od temperatury. Poniżej 0oC wzrasta ono wraz ze spadkiem temperatury. W temperaturze 00C wynosi około 0 MPa, przy -10oC wzrasta do 113 MPa, a przy -20oC do 205 MPa. (W. Borusiewicz, 1985). Woda znajdująca się w skale może powiększać swoją objętość przy zamarzaniu bez szkody dla skały wtedy, gdy pory są niezbyt drobne, połączone ze sobą, przebiegają prawidłowo bez lokalnych zwężeń i nie są całkowicie wypełnione wodą. W warunkach tych powstający lód może stopniowo wypełniać pory i nie rozsadzać skały (J. Wojno, Z. Pentlakowa, 1956). Niszczące działanie lodu może doprowadzić w skale do rozsadzania porów lub rozszerzania wąskich szczelin, a w skałach uwarstwionych do oddzielania warstw. Każda zima jest niebezpieczna, jeżeli kamień nie jest zabezpieczony przed działaniem wody, a odznacza się znaczną porowatością, to często dochodzi do znacznych zniszczeń powierzchni obiektów. Niszcząco na kamień wpływa również woda w temperaturach dodatnich, gdzie następuje samo jej wsiąkanie, bez procesu zamarzania. Prężność pary wodnej wzrasta w kapilarach nasyconych wodą w wyniku ogrzania wody. Wywołuje ona ciśnienie na ścianki kapilar, wskutek czego niszczy materiał. W takim przypadku składniki skały są rozluźniane, a następnie następuje rozpad kamienia, przez co staje się bardziej porowaty a w konsekwencji mocniej jest narażony na powstawanie ubytków. Przeważnie działanie wody jest widoczne na kamieniu w postaci pasów o barwie wyraźnie odcinającej się od reszty faktury. Często powstają wykwity, kamień z łatwością ulega łuszczeniu
a odpadające łuski skały odsłaniają sproszkowane jej części narażając ją na coraz to mocniejsze działanie wody.

Oddziaływanie organizmów żywych na skałę, związane z bezpośrednim występowaniem wody

Oddziaływanie organizmów żywych na skałę, związane z bezpośrednim występowaniem wody

Czynniki biologiczne – są równie niebezpieczne dla kamienia. Aby organizmy żywe mogły się pojawić na powierzchni skały niezbędna jest obecność wody. Do organizmów wpływających na niszczenie skały zaliczamy: rośliny, grzyby oraz bakterie. Atakują one wyłącznie kamień zawilgocony. Ich działanie opiera się na niszczeniu skał mechanicznie i chemicznie. Mchy i glony posiadają system korzeni, który umiejscowiony jest w porach skały, korzenie rozrastając się, rozsadzają skałę – jest to mechaniczny typ oddziaływania na kamień. Mogą one również niszczyć skałę na drodze chemicznej. Niszczenie chemiczne odbywa się za pośrednictwem kwasów organicznych wytwarzanych przez zwierzęta i rośliny. Porosty są bardzo często spotykane na kamieniu, a jednym z produktów metabolizmu tych organizmów jest kwas szczawiowy. W reakcji z węglanem zawartym w skale np. w postaci spoiwa, powoduje wytrącenie się szczawianu wapnia, nawet do głębokości 2 do 3 cm pod powierzchnią zewnętrzną skały. Glony tworzą czasami grube pokrywy z udziałem bakterii na zewnętrznej powierzchni skały co przyczynia się do zatrzymywania dużych ilości wody. Wilgotne środowisko stworzone przez glony stanowi dobre podłoże do konsekwentnego narastania m. in. porostów i grzybów. Grzyby również można spotkać na wielu skałach. Jeżeli porowatość kamienia pozwala na odpowiedni dostęp powietrza i wilgoci to mogą one również żyć w głębi skały. Oprócz kwasów organicznych, które wytwarzają, mogą prowadzić do zmiany stopnia utlenienia jonów żelaza i magnezu, powodując rozkład skały, objawiający się między innymi eksfoliacją. Przykład skały niszczonej przez organizmy żywe jest zobrazowany na poniższej fotografii.

Zniszczenia wywołane podciąganiem kapilarnym.

Zniszczenia wywołane podciąganiem kapilarnym.

Czynniki Chemiczne – Za transport wody w kamieniu odpowiada podciąganie kapilarne. W skałach drobnoporowatych (o małych kapilarach) woda będzie wznosić się na wyższy poziom niż w kamieniu o większych porach (kapilarach). Woda również migruje w głąb struktury kamienia na znaczne głębokości. Sama woda nie wpływa tak negatywnie na niszczenie skały, jak zawarte w niej rozpuszczone substancje lub gazy oraz roztwory soli, które wnikają razem z nią w głąb skały. Niszczący wpływ wilgoci w kamieniu jest tym większy, im transportowana woda zawiera więcej szkodliwych związków chemicznych, głównie soli rozpuszczalnych w wodzie. Przemieszczając się w przestrzeni porowej skały powodują różnego rodzaju zmiany w budowie mineralnej. Sole oraz inne związki, które dostały się do przestrzeni porowej wraz z wodą, niszczą obiekt na drodze chemicznej znacznie bardziej, niż ma to miejsce w przypadku samego zamarzania wody w przestrzeni porowej. Destrukcyjne działanie rozpuszczonych soli polega na tym, iż podczas zawilgocenia i wysychania skał tworzą się hydraty i substancje wtórne, których objętość przewyższa pierwotną objętość rozpuszczonych produktów (Z. Rydz, R. Turowski, 1989). Substancje te powstają w wyniku korozji biologicznej i chemicznej kamienia, oraz w wyniku rozkładu minerałów, w których główną rolę odgrywa woda. W wyniku odparowania wody z powierzchni kamienia następuje stężenie roztworu soli, przesycenie i w fazie końcowej krystalizacja soli w strefie parowania. Jeżeli mamy do czynienia z kamieniem drobnoporowatym czyli o małych kapilarach, woda utrzymuje się długo i odparowywuje powoli, co sprzyja krystalizacji soli we wnętrzu kamienia. Podczas krystalizacji sole mogą zwiększać swoją objętość, co związane jest z ciśnieniem krystalizacyjnym, które rośnie wraz ze wzrostem temperatury (S. Skibiński, 1985). Do ważniejszych soli znajdowanych w kamieniu należą: siarczany (magnezu, potasu, sodu), chlorki (wapnia i sodu), azotany (magnezu, potasu oraz sodu) i węglany (sodu, potasu, wapnia) (W. Ślesiński, 1995). Jedną z najgroźniejszych soli mogących wystąpić w kamieniu jest siarczan sodu Na2SO4, którego objętość wzrasta około pięciokrotnie podczas przejścia z postaci bezwodnej do dziesięciowodnej. Pochodzenie soli rozpuszczalnych w piaskowcach może być bardzo różne. Przykładowo chlorki mogą dostawać się do kamienia w dwojaki sposób. Pierwszym z nich jest przenoszenie związków przez bryzę morską i wiąże się on tylko z procesem regionalnym, ponieważ do jego zaistnienia niezbędna jest bezpośrednie sąsiedztwo obiektu kamiennego z morzem. Drugim procesem, w jakim chlorki dostają się do piaskowca, jest podciąganie wilgoci z podłoża wraz z solami. Proces ten zazwyczaj jest widoczny w miastach, gdzie zimą na dużą skalę posypuje się chodniki miejskie solą.

Wykwity solne

Wykwity solne

W obrębie styku chodnika z elementem kamiennym budowli, następuje przeniknięcie soli do struktury kamienia wraz z wodą a co za tym idzie następuje proces jego niszczenia. Jeśli chodzi o azotany to często występują one w starych grobowcach lub w obiektach kamiennych ulokowanych w sąsiedztwie pól uprawnych. Występowanie azotanów w piaskowcach cechuje się następującą zależnością: jeśli dopływ wody jest stały, wtedy są bardzo szkodliwe dla kamienia, natomiast w momencie, gdy dopływ wody do powierzchni kamienia jest minimalny, ich działanie nie jest zbyt groźne dla kamienia.

 

Wykwity solne

Woda opadowa szczególnie negatywnie wpływa na wszelkie obiekty, w momencie gdy znajdują się one w miejscach uprzemysłowionych. Cząsteczki zanieczyszczeń w takich miejscach mają duże stężenie w powietrzu i łączą się z cząsteczkami wody, a następnie w postaci wody opadowej oddziaływają w sposób agresywny na kamienie. Szczególnie narażone na niszczący wpływ nasiąkliwości są kamienie o dużej porowatości oraz posiadające spoiwo podatne na działanie wody np. węglanowe lub ilaste. Związane jest to ze znacznym zanieczyszczeniem środowiska przez gazy oraz pyły pochodzenia antropogenicznego. Świat zużywa coraz większe ilości energii, istnieje tzw. efekt industrializacji, który jest odpowiedzialny za powstawanie coraz większej ilości fabryk, a te jednocześnie wprowadzają więcej zanieczyszczeń do atmosfery. Gazami, uznanymi za szkodliwe są: tlenek i dwutlenek węgla, tlenki siarki i azotu oraz różne rodzaje kwasów. W miejscach uprzemysłowionych dochodzi do spadku pH wody poniżej 7, a gdy spadnie poniżej 5,5 wtedy mówimy że taka woda jest mocno agresywna i silnie wpływa na niszczenie skały.

 

ABY ZAPOBIEC WSZYSTKIM PROCESOM NISZCZĄCYM, KAMIEŃ NALEŻY PODDAĆ PROCESOWI HYDROFOBIZACJI.