Pesek v glavo

Izjava Donalda Trumpa o “nakupu” Grenlandije.

Poslušate oddajo Frekvenca della Scienza na valovih Radia Študent, ravnokar ste slišali izjavo bivšega ameriškega predsednika Donalda Trumpa iz leta 2019. Izjava se nanaša na Trumpova razmišljanja o nakupu Grenlandije. Poteza je bila seveda deležna velikega posmeha, a tekom današnje oddaje boste spoznali, da se za Trumpovo neuspelo ponudbo vendarle skriva pomenljiv interes po eni izmed najbolj izrabljenih surovin na Zemlji. Pesku.

Pesek je druga najbolj izkoriščena surovina na planetu, takoj za vodo. Potrebujemo ga kakopak v gradbeništvu, za izdelavo stekla, za protipoplavno zaščito, pridobivanje dragocenih mineralnih snovi. Zaradi naraščajoče urbanizacije se potrebe po tej surovini strmo povečujejo. Letno izkopljemo in uporabimo okoli 50 milijard ton peska, kar bi denimo zadoščalo za 27 metrov visok in širok zid okoli planeta. Skladno s povpraševanjem raste tudi cena te dobrine. Leta 2010 ste lahko na trgu tono peska dobili za dobrih sedem dolarjev. V lanskem letu je enaka količina peska stala enajst dolarjev, kar je več kot petdeset odstotna podražitev te nadvse samoumevne surovine.

Zaradi vse večjega povpraševanja in izdatnega izčrpavanja nahajališč se danes v nekaterih delih sveta že soočajo s primanjkovanjem, ekonomski interes pa so prepoznale tudi kriminalne tolpe. V nekaterih delih sveta so se v povezavi s prekupčevanjem peska vzpostavile že prave mafijske združbe. A o vsem tem nekoliko kasneje … Da bi razumeli vrednost in pomen peska se bomo namreč najprej posvetili mehanizmom nastanka in njegovim fizikalnim ter kemijskim lastnostim.

Osnova za nastanek peska je kakopak kamnina. Ta je v naravi podvržena številnim mehanskim vplivom. Naj si bo to fizično drobljenje kamnin pod ledenikom, potres, termično raztezanje snovi ali pa erozivna sila vetra in vode. Vsi našteti dejavniki počasi a potrpežljivo drobijo kamnino na vse manjše gradnike. Voda, zrak ali led pa jih vedno lažje prenašajo naokrog. Kdaj točno pa lahko govorimo o pesku, kako ga definiramo? Odgovore smo poiskali pri profesorici Nini Zupančič z Oddelka za geologijo na Naravoslovnotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani.

Prof. Nina Zupančič o nastanku peska.

Pesek sestavljajo drobci izvorne kamnine, minerali in fosili. Predvsem so pri pesku pomembni minerali, sestavni deli kamnin. Določajo namreč pomembne lastnosti peska in mu dajejo uporabno vrednost. Razlaga profesorica Zupančič.

Prof. Nina Zupančič o fizikalnih lastnostih peska.

Pesek definira velikost njegovih zrn, ki je med 0,063 in dvema milimetroma. Ostale lastnosti, kot so recimo sestava peska oziroma vrsta izvorne kamnine, oblika njegovih zrn in proces nastanka, se med posameznimi peski lahko zelo razlikujejo. Tako denimo poznamo kremenov pesek, ki je bil erodiran v granitnem gorskem zaledju in odložen v rečni delti. Ali pa karbonatni oolitni pesek, ki je kemijsko nastal v morski laguni. Ena izmed mnogih vrst je tudi saharski pesek, ki ga po puščavi prenašajo in óblijo zahodni vetrovi. 

Že omenjeni silicijev oksid oziroma kremen je mineral, ki zelo pogosto gradi pesek. Kot mineral se nahaja predvsem v magmatskih kamninah, recimo granit vsebuje približno 50 odstotkov silicijevega oksida. Ko je granítna površina erodirana, vodni, vetrni ali ledeni mediji odnesejo material zelo daleč od izvornega območja. Medtem ko drugi minerali, ki skupaj s kremenom tvorijo granit, zaradi transporta razpadajo na manjše delce. Kremen transportnim procesom kljubuje uspešneje kot večina preostalih materialov, običajno dovolj dolgo, da doseže peščeni nanos, recimo rečno delto ali peščeno plažo.

Kdaj pa nahajališča peska postanejo uporabna za koriščenje peska kot surovine? Ena prvih lastnosti, ki jih preverimo, je čistost oziroma mineralna sestava. Poleg tega nas zanima tudi oblika zrn, ki je pomembna predvsem v gradbeni industriji. Ta stremi k čim manj zaobljenim zrnom, bolj ostroroba zrna namreč pomenijo boljšo vezavo gradbenega materiala. Kateri peski najbolje zadostujejo opisanim pogojem, smo vprašali profesorico Petro Žvab Rožič z Oddelka za geologijo na Naravoslovnotehnični fakulteti Univerze v Ljubljani.

Doc. dr. Petra Žvab Rožič o uporabnosti peska.

Kremenčev pesek je torej splošno uporabljena, da ne rečemo zaželjena surovina. Kakšno pa je stanje v Sloveniji, so tu peski »tapravih« vrst?

Doc. dr. Petra Žvab Rožič o slovenskih zalogah peska.

S tako varčno mislijo se v nadaljevanju oziramo na konkretne primere rabe peska. Globlje v pesek bomo glavo zakopali, ali bolje rečeno zabetonirali po glasbenem premoru. 

Glasbeni premor: Pesek v oči – Nuša Derenda

Poslušate oddajo Frequenza della scienza Znanstvene redakcije Radia Študent, ki se vrti na 89.3 megaherza. Pred glasbenim odmorom smo ugotavljali, kaj je skupnega vsem peskom, njihove možne nastanke in sestave. Kot posebej odpornega in uporabnega smo izpostavili kremenčev pesek. Pogledali smo tudi, katere peske imamo v Sloveniji – največ imamo karbonatnih peskov, nahajališča kremenčevega peska pa imamo predvsem v vzhodnem delu naše kokoši. Največji porabniki te surovine so bili leta 2021 proizvodnja stekla in keramike, livarska industrija in gradbena industrija.

Beton je najbolj uporabljen material na svetu. V času, ki ga boste namenili poslušanju te oddaje, bi lahko svetovna gradbena industrija z betonom zapolnila že dva Cankarjeva doma. Beton je temelj sodobnega razvoja, surovina, s katero gradimo strehe, zagotavljamo zdravstveno oskrbo, izobraževanje, transport, energijo in industrijo. 

Beton je obstojen material, kar potrjujeta rimski Kolosej in Panteon. Material je mešanica agregata – običajno sta to pesek in grušč – ter veziva oziroma cementa. Kako spretno in varčno so s predhodnikom današnjega betona operirali Rimljani, nam razloži doktorica Sabina Dolenec iz Laboratorija za cemente, malte in keramiko Zavoda za gradbeništvo.

Dr. Sabina Dolenec o rimiljanskem betonu.

Poleg same priprave betona je zanimivo z antiko potegniti tudi vzporednico o tehnologiji gradnje. Rimljani so pri gradnji najprej v kalup vnesli agregat – kot smo slišali, so to zdrobljena opeka, pesek in podobno. Šele potem so v že stoječo ukalupljeno konstrukcijo vtiskali vezivo oziroma cement. Današnja moderna tehnologija pa veleva, da se agregat in cement zmešata v betonarnah, potem pa se ju kot končan beton hkrati vgrajuje v opaže. Rimljanska tehnologija je zaradi ločenega dodajanja agregata in cementa na postavljeno konstrukcijo počasnejša od današnje. Vendar je imela rimljanska potrpežljivost pri gradnji Panteona prednosti, ki jih pojasnjuje doktor Aljoša Šajna iz Laboratorija za beton Zavoda za gradbeništvo.

Dr. Aljoša Šajna o Panteonu.

Beton, ki nam danes omogoča hitro in učinkovito gradnjo, smo dobili, ko smo agregatu, torej pesku, dodali industrializirano obliko veziva – portlandski cement. Ta sivi prah je leta 1824 patentiral Josep Aspdin kot obliko »umetnega kamna«. Za izdelavo se v večini uporablja naravne vhodne surovine, torej apnenec, laporovec in glino. Kako točno poteka izdelava tega čudežnega veziva, pa nam razjasni Sabina Dolenec.

Dr. Sabina Dolenec o cementu.

Kasneje so betonu dodali še jeklene palice ali mrežo in tako ustvarili armirani beton – osnovo za hitro rast nebotičnikov in širitev mest. Konec koncev je beton kot dostopen in poceni material v dvajsetih letih tudi Plečniku omogočil, da je uresničeval arhitekturno vizijo Ljubljane. Mesta so torej velik betonski ponor, a aktualni projekt, ki v Sloveniji porabi največ betona je 27 kilometrov dolga proga drugega tira Divača-Koper. Ob tem podatku se sprašujemo, kje Slovenija pridobiva surovine za izdelavo betona? Odgovarja Šajna. Naj ob tem še spomnimo, da je agregat sopomenka za pesek.

Dr. Aljoša Šajna o surovinah.

Po svetu je beton malo da ne sinonim za gospodarski razvoj. Poglejmo na Japonsko, njen razvoj po drugi svetovni vojni opisuje McCormack v knjigi Emptiness of Affluence in Japan. V drugi polovici dvajsetega stoletja je država sprejela beton kot odrešitev iz povojnega uničenja. Napočilo je stanje gradbene mrzlice ali »doken kokka«. Japonska je postala rekordno hitro razvijajoča se ekonomija, pospešeno so gradili železniške proge, mostove, tunele in pristajalne piste. Gradbena ekstaza je trajala do začetka devetdesetih, do takrat se je število gradbenih podjetij na Japonskem pošesterilo, na trgu jih je bilo skoraj pol milijona.

Po dobrih tridesetih letih betonske evforije so na Japonskem še vedno gradili, vendar precej bolj neracionalno. Reke v ruralnih predelih so prečili dragi mostovi, vasi je povezovala večpasovna avtocesta, z betonom so utrjevali še preostale rečne bregove – po nepotrebnem. To so namreč počeli v ruralnih delih, kjer so bili vaščani vajeni živeti z reko, ki je prestopala bregove, večpasovnice pa so jim odvzemale zemljo za obdelovanje. V podobnem položaju kot pred tridesetimi leti Japonska se je danes znašla Kitajska. Svetu se predstavlja kot betonska supersila današnjega časa, a dosegla je točko, ko cela mesta samevajo. Tak primer je recimo mesto Ordos na severu in beton tam ne služi nobenemu namenu. A Kitajska perspektivno gleda preko svojih meja in načrtuje gradnjo jezóv po Afriki, železnice v Braziliji, cest po Kazahstanu in pristanišč na Šrilanki. Svoje gradbene podvige želi izvesti z izgradnjo 100 novih cementarn v petdesetih državah.

Iz opisanih primerov ugotavljamo, da državam, ki so v zgodnjih fazah ekonomsko-gospodarskega razvoja, težkokategorna industrija z betonom na čelu koristi; kot športnik, ki krepi mišično maso. Vendar na dolgi rok beton preprosto ni več odgovor; za starejšega športnika je škodljivo, če pumpa vedno več steroidov za vedno nižji učinek. Zato je potrebno že izliti in postavljen beton kvalitetno vzdrževati in ohranjati, če to ni mogoče poskušamo z recikliranjem. Malo prej smo slišali, da so že Rimljani uporabljali neke vrste zeleni beton. Kaj pa danes, ali beton recikliramo?

Dr. Aljoša Šajna o recikliranju betona.

Novice so spodbudnejše pri mineralnih vezivih, cementih in mineralnih dodatkih. Že nekaj časa se uporablja tako imenovani mešani cement, kjer se dovoljuje uporaba sekundarnih virov – odpadkov kot mineralnih dodatkov v betonu. Delu žganega sintranega materiala, potrebnega za portlandski cement, se recimo že dodajata žlindra in elektrofiltrski pepel iz termoelektrarn. Tip cementa imenovan CEM III lahko vsebuje celo do 90 odstotkov sekundarnih surovin. Morda lahko to razumemo kot preprost odgovor na očitno zapleteno težavo nereciklaže betona. Sabina Dolenec pa ob tem poudarja.

Dr. Sabina Doleneco zakonodaji.

Kopati nov pesek ali reciklirati starega? Smo v Sloveniji res samooskrbni in ali lahko peska zmanjka? Katere so še druge interesne panoge v vrsti za to surovino? Vsem tem temam se bomo posvetili takoj po kratkem glasbenem premoru.

Glasbeni premor: Kali koma- Petter Eldh & Koma Saxo

Dokumentarni vložek: Archimedes Counts the Grains of Sand in the Universe

Deskate po znanstvenih sipinah Radia Študent. Ravnokar ste poslušali izsek iz spletnega dokumentarnega filma, ki opisuje, kako je Arhimed izračunal zgornjo mejo vseh zrn peska, ki bi še lahko obstajala v vesolju. V prvem delu oddaje smo omenili, da pesk poleg drobcev kamnin in fosilov sestavljajo tudi različni minerali. Eden izmed najprisotnejših in najobstojnejših je kremen, pogosto pa je prisotnost tega minerala tako obilna, da sedimentu rečemo kar kremenčev pesek. Vsekakor to ni edini pesek, v katerem opazujemo kopičenje nekega minerala. Proces nastanka peska moramo namreč razumeti kot ločevalni proces, pri katerem se nekatere snovi razkrajajo, spet druge pa koncentrirajo. 

To nam v veliki meri olajša uporabo peska. V številnih že omenjenih industrijah, recimo livarski, je pesek uporaben v svoji nepredelani, manj čisti, surovi obliki. Nabor mineralnih zrn oziroma mineralna sestava peska postane bolj pomembna, ko izkopani sediment mešamo z gradbenimi materiali, recimo danes že omenjenim cementom. Pri takem mešanju moramo paziti na nekatere nezaželene minerale, ki lahko pozneje vplivajo na kvaliteto gradnje. Obstaja pa še ena posebna vrsta mineralnih nakopičenj v pesku. Več nam pove profesorica Zupančič z Naravoslovnotehnične fakultete.

Prof. dr. Nina Zupančič o  ločevanju snovi.

Peski imajo torej zelo različne vloge glede na količino in vrsto vsebovanih materialov. Nekateri peski so dober vir dragocenih kovin ali pa poldragih in dragih kamnov, kot sta denimo granat ali diamant. Izločevanje želenih mineralov pa je navadno dokaj preprosto, saj so na primernem nahajališču že v veliki meri skoncentrirani.

Uporabnost peska tako pomembno določata mineralna sestava in čistost. Kot smo že omenili, v livarstvu pesek uporabljamo za izdelavo kalupov, v katere se nato vliva talina kovin. V tem primeru se za pesek običajno zahteva nižjo stopnjo čistosti, ker drobni delci nečistoč ne bodo bistveno vplivali na kakovost končnega izdelka. Vseeno pa je pri livarskih peskih zahtevana določena mineralna sestava peska, da se zagotovi njegova trdnost in stabilnost pri visokih temperaturah.

V drugih panogah, kot je proizvodnja silicija, se pogosto zahteva višja raven čistosti peska, ker se uporablja kot surovina za izdelavo visokokakovostnega silicija. V tem primeru lahko celo majhne nečistoče v pesku vplivajo na končno kakovost in lastnosti izdelka. V naravi je tako čistega peska, kot ga zahteva industrija, manj, povpraševanje po tej dobrini pa se vsako leto zvišuje. 

Trenutno na Zemlji izkopljemo okoli 50 milijard ton peska letno, kar pomeni, da vsak prebivalec na dan porabi kar 18 kilogramov peska. Projekcije Združenih narodov kažejo, da bomo do leta 2060 potrebovali že skoraj 82 milijard ton peska, kar je s stališča okolja in izčrpanosti peskokopov nevzdržno. Morda se sprašujete, kako je lahko pomanjkanje peska problem? Saj imamo vendarle ogromne puščave, ki ponujajo praktično neomejeno zalogo peska. A zadeva ni tako preprosta. Kako je s puščavskim peskom, nam razloži profesorica Nina Zupančič.

Prof. dr. Nina Zupančič o puščavskem pesku.

Poleg omenjenega dodajmo še, da zaradi puščavskega vetra delci peska trkajo med seboj. Tako konstantno medsebojno trkanje peščene delce óbli; zato so puščavski sedimenti neprimerni za gradnjo. Spomnimo, za izdelavo kvalitetnih gradbenih materialov so primerna bolj ostroroba zrna peska oziroma agregata. Puščavski pesek pa lahko po zaobljenosti malodane primerjamo s frnikolami. Predstavljajmo si betoniranje z agregatom, ki je izmuzljiv kot frnikole – preprosto ne gre.

Pesek iz puščave ni torej za nobeno rabo. A svet še vedno potrebuje pesek in v Znanstveni redakciji dodajamo svojo malenkost obilici razprav z iskanjem odgovora na vprašanje »Ali lahko svetu zmanjka peska?«. Odgovor smo iskali pri profesorici Petri Žvab Rožič.

Doc. dr. Petra Žvab Rožič o primanjkovanju peska.

Po podatkih Geološkega zavoda Slovenije smo leta 2010 v Sloveniji lahko našteli več kot 150 peskokopov. Ali je to dovolj, da lahko rečemo, da ima Slovenija toliko peska, da je lahko samooskrbna? 

Doc. dr. Petra Žvab Rožič o samooskrbnosti Slovenije.

Slišano potrdi danes že večkrat omenjeno reciklažo sekundarnih materialov, ki bi se jih lahko – ponekod se jih celo že – uporabljalo kot nadomestek surovine, agregata, peska, gradbenega materiala.

Spoznali smo, da pomembne lastnosti peska razkriva že njegov izgled. Peski, ki vsebujejo železove okside, imajo tako oranžno do rdečkasto barvo – takšen je denimo že omenjeni puščavski pesek. Nekateri peski so glede na čistost in vsebnost mineralov še posebej atraktivni in estetsko zanimivi. Predstavi profesorica Zupančič.

Prof. dr. Nina Zupančič o nenavadnih peskih.

Idilične peščene bele sipine sadre in zelene olivinske plaže že nakazujejo konec današnje oddaje. Nekaj zanimivih in iz vseh vetrov prinesenih peskov hranijo v geološki zbirki Oddelka za geologijo Naravoslovnotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.

A naj za konec izpostavimo še nekaj perečih problematik, ki se navezujejo na vse večje potrebe po pesku. Pesek danes predstavlja vse bolj in bolj pomembno strateško surovino. Izkopi peska so v večjem delu sveta zelo slabo regulirani, kar dopušča netrajnostno in pretirano izrabo nahajališč.

Še več – v nekaterih delih sveta so ekonomski interes izvohale mafijske združbe. Tako je denimo novinar National Geographic leta 2019 poročal o močno zastraženih ilegalnih peskokopih na severu Indije. V peskokopih na bregovih reke Sindh se namreč ilegalno koplje velike količine peska, ki se jih nato odvaža na različna gradbena mesta. Lokalno prebivalstvo ter nekateri aktivisti že dlje časa opozarjajo na prekomerni izkop, a so zaradi vseprisotne korupcije v Indiji intervencije oblasti praktično nične. Na problematiko so skušali opozoriti tudi nekateri novinarji, a so bili kmalu po tem utišani, nekatere izmed njih pa so umorili.

Prekomerno izkopavanje peska iz rečnih bregov in strug ima negativne vplive na okolje, vključno z erozijo obrežij, izgubo življenjskih prostorov za vodne živali, spremembami vodnega režima, slabšo kakovostjo vode in vplivom na kmetijstvo. Zaradi tega so nekatere države uvedle omejitve pri izkopavanju peska. Leta 2022 pa so kot odziv na globalno krizo pomanjkanja peska Združeni narodi izdali 10 priporočil za boljšo regulacijo izkopavanja peska. Odločevalce pozivajo k prepozananju krize in implementaciji ukrepov, ki bi omilili vse bolj prisotno krizo in omogočili bolj trajnostno izrabo te dragocene surovine.

A preden zaključimo naše prijetno nedeljsko druženje, smo vam dolžni še pojasnilo na Trumpovo nespodobno ponudbo o nakupu Grenlandije, ki ste jo slišali na začetku oddaje. Vemo, da se ledeni pokrov na Grenlandiji zaradi klimatskih sprememb pospešeno tali. Skupaj z veliko količino vode, ki odteka, potujejo tudi ogromne količine sedimenta ali bolje rečeno peska. Te količine so resnično megalomanske in se odlagajo na obalah, kar pravzaprav površino Grenlandije povečuje. Pomemben poudarek je tudi vrsta peska, ki se iz stopljenega ledu nalaga ob obalah. Je namreč ravno pravšnje sestave in nezaobljenosti. Primeren je za izdelavo betona in uporaben v širokem spektru industrij, bogat pa je tudi z dragocenimi minerali. Tako Trumpovo ponudbo težko razumemo zgolj kot »large realestate deal«, kot temu pravi sam. Prej lahko to razumemo kot strateški boj za neobnovljivi naravni vir, ki ga ob nespametni uporabi in omejevanju novih reciklažnih industrij morda res lahko začne kritično primanjkovati. 

V pesek sva glavi zakopala Uroš in Lea. 

Urednikovala je Klara.

Lektorirala je Neža.

Brala sva Mihael in Biga.

Tehniciral Luka.

Vir slike: Sand mining at Tern Island Nature Reserve (Wikipedia -  CC Attribution-Share Alike 4.0 International license)