Кремень , иногда кремневый камень , является осадочной криптокристаллической формой минерала кварца , [1] [2] классифицируется как разновидность кремня , встречающегося в меле или мергелистом известняке . Исторически кремень широко использовался для изготовления каменных орудий и разжигания огня .
Кремень встречается в основном в виде конкреций и масс в осадочных породах, таких как мел и известняк . [3] [4] Внутри конкреции кремень обычно темно-серого или черного, зеленого, белого или коричневого цвета и имеет стекловидный или восковой вид. Тонкий окисленный слой на внешней стороне конкреций обычно отличается по цвету, как правило, белый и шероховатый по текстуре. Конкреции часто можно найти вдоль ручьев и пляжей .
Кремень ломается и раскалывается на острые куски, что делает его полезным для изготовления различных режущих инструментов, таких как лезвия ножей и скребки. Использование кремня для изготовления каменных орудий насчитывает более трех миллионов лет; чрезвычайная прочность кремня позволила точно датировать его использование в течение этого времени. Кремень является одним из основных материалов, используемых для определения каменного века .
В каменном веке доступ к кремню был настолько важен для выживания, что люди путешествовали или торговали на большие расстояния, чтобы получить камень. Граймс-Грейвс был важным источником кремня, которым торговали по всей Европе. Флинт-Ридж в Огайо был еще одним важным источником кремня, и коренные американцы добывали кремень из сотен карьеров вдоль хребта. Этот «кремень из Огайо» продавался по всей восточной части Соединенных Штатов и был найден на западе вплоть до Скалистых гор и на юге вокруг Мексиканского залива . [5]
При ударе о сталь кремень высекает достаточно искр, чтобы разжечь огонь с помощью правильного трута или пороха, используемого в оружии , а именно ударного механизма кремневого замка . Хотя в этих целях он был заменен другими процессами ( капсюль ) или материалами ( ферроцерий ), «кремень» дал свое название как общее название для поджигателя.
Точный способ образования кремня пока не ясен, но считается, что это происходит в результате химических изменений в сжатых осадочных горных породах в процессе диагенеза . Одна из гипотез заключается в том, что желеобразный материал заполняет полости в осадке, такие как отверстия, пробуренные ракообразными или моллюсками, и что он становится окремненным . Эта гипотеза, безусловно, объяснила бы сложные формы обнаруженных кремневых конкреций. Источником растворенного кремния в пористой среде могут быть спикулы кремниевых губок ( демогубок ). [3] Некоторые типы кремня, такие как с южного побережья Англии и его аналог на французской стороне Ла- Манша , содержат захваченную окаменелую морскую флору. Внутри кремня были обнаружены кусочки кораллов и растительности, сохранившиеся подобно насекомым и частям растений в янтаре . Тонкие срезы камня часто демонстрируют этот эффект.
Кремень иногда встречается в больших кремневых полях в юрских или меловых пластах, например, в Европе. Загадочные гигантские кремневые образования, известные как парамудра и кремневые круги, встречаются по всей Европе, но особенно в Норфолке, Англия, на пляжах Бистон-Бамп и Уэст-Рантона . [6]
«Огайский кремень» — официальный драгоценный камень штата Огайо. Он образован из известкового мусора, который отложился на дне внутренних палеозойских морей сотни миллионов лет назад, затвердел в известняк и позже пропитался кремнием . Кремень из Флинт-Ридж встречается во многих оттенках, таких как красный, зеленый, розовый, синий, белый и серый, с цветовыми вариациями, вызванными мельчайшими примесями соединений железа. [7]
Кремень может быть окрашен в песочно-коричневый, средне- или темно-серый, черный, красновато-коричневый или кремово-серый цвет. [8]
Кремень использовался для изготовления инструментов в каменном веке, так как он раскалывается на тонкие, острые осколки, называемые отщепами или лезвиями (в зависимости от формы) при ударе другим твердым предметом (например, отбойным камнем из другого материала). Этот процесс называется расщеплением . [9]
Добыча кремня засвидетельствована со времен палеолита , но стала более распространенной со времен неолита (культура Михельсберг, культура воронковидных кубков ). В Европе некоторые из лучших кремней для изготовления орудий труда были получены из Бельгии (Обург, кремневые рудники Шпиенна ), [10] прибрежных меловых отложений пролива Ла-Манш , Парижского бассейна , Ти в Ютландии (кремневая шахта в Хове), сеннонских отложений Рюгена , Граймс-Грейвс в Англии, верхнемеловой меловой формации Добруджи и нижнего Дуная (балканский кремень), сеноманской меловой мергелевой формации Молдавского плато (кремень Миоркани) и юрских отложений в районе Кракова и Кшемёнки в Польше, а также из Легерна ( силекс ) в горах Юра в Швейцарии.
В 1938 году проект Исторического общества Огайо под руководством Х. Холмса Эллиса начал изучать методы и приемы расщепления коренных американцев . Как и предыдущие исследования, эта работа включала эксперименты с фактическими приемами расщепления путем создания каменных орудий с использованием таких методов, как прямая ударная волна, надавливание рукой и надавливание с использованием упора. Другие ученые, которые проводили подобные эксперименты и исследования, включают Уильяма Генри Холмса , Алонзо В. Понда , Фрэнсиса Х. С. Ноулза и Дона Крэбтри . [11]
Чтобы снизить подверженность фрагментации, кремень/кремень можно подвергать термической обработке, медленно доводя его до температуры от 150 до 260 °C (от 300 до 500 °F) в течение 24 часов, а затем медленно охлаждать до комнатной температуры. Это делает материал более однородным и, следовательно, более поддающимся клепке, и позволяет получать инструменты с более чистой и острой режущей кромкой. Термическая обработка была известна ремесленникам каменного века. [ необходима цитата ]
При ударе о сталь край кремня производит искры. Твердый край кремня срезает частицу стали, которая обнажает железо, которое реагирует с кислородом из атмосферы и может поджечь нужный трут . [12]
До того, как сталь стала широкодоступной, породы пирита (FeS2 ) использовались вместе с кремнем, аналогичным (но более трудоемким) способом. Эти методы остаются популярными в лесном хозяйстве, бушкрафте и среди людей, практикующих традиционные навыки разведения огня. [13] [14]
Позднее кремень и сталь нашли широкое применение в кремневом замке , который использовался в основном в огнестрельном оружии с кремневым замком , но также использовался в специальных инструментах для разжигания огня. Кусок кремня, удерживаемый в челюстях подпружиненного курка, при отпускании спусковым крючком ударяет по шарнирному куску стали (« фриццен ») под углом, создавая сноп искр и обнажая заряд воспламеняющего пороха. Искры воспламеняют воспламеняющий порох, а это пламя, в свою очередь, воспламеняет основной заряд, выталкивая шар, пулю или дробь через ствол. В то время как военное использование кремневого замка сократилось после принятия капсюля с 1840-х годов, винтовки и ружья с кремневым замком по-прежнему используются среди стрелков-любителей.
Кремень и сталь, используемые для высекания искр, были заменены в 20 веке ферроцерием (иногда называемым «кремнем», хотя это не настоящий кремень, « мишметаллом », «горячей искрой», «металлической спичкой» или «огненной сталью»). Этот искусственный материал, если его поцарапать любым твердым, острым краем, производит искры, которые намного горячее, чем получаемые с помощью натурального кремня и стали, что позволяет использовать более широкий спектр трутов. Поскольку он может производить искры, когда мокрый, и может разжигать пожары при правильном использовании, ферроцерий обычно включают в наборы для выживания . Ферроцерий используется во многих зажигалках, где его называют «кремнем».
Использование кремня в качестве разжигателя огня затрудняется его свойством неравномерного расширения при нагревании, что приводит к его растрескиванию, иногда сильному, во время нагревания. Эта тенденция усиливается примесями, обнаруженными в большинстве образцов кремня, которые могут расширяться в большей или меньшей степени, чем окружающий камень, и похожа на тенденцию стекла к разрушению при воздействии тепла, и может стать недостатком, когда кремень используется в качестве строительного материала . [15]
Кремень, расколотый или нерасколотый, использовался с древности (например, в позднеримском форте Бург-Касл в Норфолке) и до наших дней в качестве материала для строительства каменных стен с использованием известкового раствора и часто в сочетании с другим доступным камнем или кирпичным щебнем. Он был наиболее распространен в тех частях южной Англии, где не было хорошего строительного камня на месте, и где производство кирпича не было распространено до позднего Средневековья. Он особенно связан с Восточной Англией , но также использовался в меловых районах, простирающихся через Хэмпшир , Сассекс, Суррей и Кент до Сомерсета .
Кремень использовался при строительстве многих церквей, домов и других зданий, например, большой крепости замка Фрамлингем . Множество различных декоративных эффектов было достигнуто с помощью различных типов расщепления или расположения и комбинаций с камнем ( flushwork ), особенно в 15-м и начале 16-го веков. Поскольку расщепление кремней до относительно ровной поверхности и размера является высококвалифицированным процессом с высоким уровнем отходов, отделка кремнем обычно указывает на здания высокого статуса.
Во время Первой мировой войны в меловой почве Франции британцы наполняли мешки с песком кремнем и использовали их в качестве брустверов. [16]
Кремневые камни используются в качестве среды в шаровых мельницах для измельчения глазури и другого сырья для керамической промышленности. [17] Камни отбираются вручную по цвету; те, которые имеют оттенок красного, что указывает на высокое содержание железа, отбрасываются. Оставшиеся сине-серые камни имеют низкое содержание хромофорных оксидов и поэтому менее вредны для цвета керамической композиции после обжига. [18]
До недавнего времени прокаленный кремень также был важным сырьем для керамических масс на основе глины, производимых в Великобритании. [19] [20] В глиняных массах прокаленный кремень смягчает усадку во время высыхания и изменяет тепловое расширение при обжиге. [21] Также может использоваться в глазури в качестве сетеобразователя. [22] При подготовке к использованию галька кремня, часто поставляемая с побережья Юго-Восточной Англии или Западной Франции, прокаливалась до температуры около 1000 °C (1800 °F). Этот процесс нагревания удалял органические примеси и вызывал определенные физические реакции, включая преобразование части кварца в кристобалит . После прокалки галька кремня дробилась и измельчалась до мелкого размера частиц. [23] [24] [25] [26] Однако в настоящее время использование кремня было заменено кварцем . [20] Из-за исторического использования кремня, слово «кремень» используется некоторыми гончарами (особенно в США) для обозначения в общем смысле кремнистого сырья, используемого в керамике, которое не является кремнем. [27] [28] [29]
Кремневые браслеты были известны в Древнем Египте, и было найдено несколько образцов. [30]
Минералогия
Археология
{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )(страница содержит Java-апплеты, изображающие трехмерную молекулярную структуру)
