华盛顿特区标志性建筑红色石头的变色都是由富含氧化锰的岩石清漆造成的

在过去的十年里,神秘的黑色斑块一直出现在华盛顿特区史密森学会的红砖“城堡”上。

现在,化学家们分析了这种变色现象发现罪魁祸首是一种富含锰的岩石清漆-当化学物质氧化在石头表面时形成的一层薄薄的外层涂层。

史密森尼城堡的岩石清漆特写视图

来源:©施普林格

史密森尼城堡的岩石清漆特写视图

岩石清漆为地质学家所熟知,但通常是在干燥、未受干扰的沙漠岩石上发现的,已经形成了数百年甚至数千年。“这项研究代表了对建筑石材上的岩石清漆的第一次重要检查,”写道爱德华Vicenzi以及史密森博物馆保护研究所的同事们,他们使用扫描电子显微镜和x射线荧光光谱等各种技术研究了建筑物变色部分的样本。

史密森尼博物馆的红砂岩砖上不规则的变色斑块在2000年代中期开始出现时,科学家们感到困惑,而它们可能是岩石清漆的说法只是在最近几年才浮出水面。维琴齐和同事的研究表明,这种清漆的外观和成分与沙漠岩石上形成的清漆相似。它富含锰和锌化合物,钙、锌、铜和镍含量较少。

史密森尼城堡的建筑插图显示岩石清漆

来源:©施普林格

史密森尼城堡的建筑插图显示岩石清漆

但它的形成仍然有些神秘。在干旱环境中形成的清漆通常是空气中的颗粒积聚在干燥、未受干扰的岩石表面上的结果,并随着时间的推移反应形成涂层。但是史密森尼博物馆所在的环境被归类为潮湿的亚热带——砂岩的降雨量是沙漠岩石的10倍,这往往会破坏这些颗粒的积累。相反,研究人员认为,细菌或其他微生物可能是罪魁祸首。

他们指出:“清漆的斑块状分布与化学过程不太一致,这将导致涂层更均匀,更有可能是生物殖民化。”含锰颗粒仍然可能来自周围环境,由风或雨带来,然而,因为砂岩本身并不富含锰。

可见光图像的抛光横截面与岩石清漆

来源:©施普林格

来自史密森学会的打磨过的石头横截面显示了岩石清漆的深度

研究小组指出,这可能为研究岩石清漆的早期形成提供了一个难得的机会——自然界中发现的大多数清漆都更厚、更牢固,具有明确的层数和复杂的微生物群落。

乔治-罗兹曼来自美国加州理工学院的矿物学家,他也认为这可能是未来研究的一个潜在角度。他说:“据我所知,很少有人讨论建筑物上的锰沉积,所以这是一个有趣的贡献。”

他还认为有可能在不破坏砖墙的情况下移除变黑的区域。他说:“可能有一些简单的方法可以通过还原来快速去除锰。”“我们会定期清理岩石和化石上的黑锰沉积物。”