Минеральные образования на кровле и стенах крестовоздвиженского храма Белогорского Святониколаевского монастыря (Пермская область) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Науч. чтения памяти П. Н. Чирвинского: материалы науч. конф. – Пермь, 2002. – Вып. 4. – С. 69-78. — Лаборатория геологии техногенных процессов

В сентябре 2001 г. в рамках экскурсионной программы научной конференции, посвященной 80-летию Естественнонаучного института при Пермском госуниверситете, мы посетили Белогорский Свято-Николаевский монастырь, расположенный в живописном районе на Белой горе в Кунгурском районе Пермской области. По книге [1] кратко воспроизведем историю монастыря. Монастырь основан в 1893 г. В 1894 г. послушник Белогорского монастыря Игнатий Парфенов пожертвовал обители уникальную Иверскую икону Божьей Матери, в честь чего летом того же года заложили храм, освященный 29 июня 1895 г. Через два года храм сгорел. Было решено построить трехпрестольный соборный храм из кирпича. Проект собора составлял инженер Е. И. Артемов по альбомам знаменитого архитектора К. А. Тона — строителя храма Христа Спасителя в Москве. Сооружение храма продолжалось около 15 лет. 7-9 июня 1917 г. состоялось торжественное освящение Крестовоздвиженского соборного храма. В октябре 1918 г. весь монастырский комплекс, включая и храм, подвергся варварскому разгрому. В марте 1921 г. — новый погром; Пермский губисполком предписал ликвидировать Белогорский монастырь, и летом 1923 г. обитель окончательно «опечатали» и закрыли. Какое-то время монастырь пустовал. В 1924 г. там был открыт Дом престарелых, в конце 20-х гг. создали лагерь репрессированных и спецпереселенцев, а в 1931 г. — дом инвалидов. Некогда великолепный Крестовоздвиженский храм осиротел и разрушался людьми и временем (рис. 1). Возрождение Белогорья началось в 1988 г., когда праздновалось 1000-летие Крещения Руси. В 1993 г. Крестовоздвиженский собор объявлен памятником архитектуры областного значения и в том же году архитектор Г. Л. Кацко разработал проект реставрации храма. В мае 1995 г. на куполах Крестовоздвиженского собора установлены кресты, а осенью 1997 г. завершена работа над центральным куполом и позолочены кресты (рис. 2). Летом 1996 г. в нижнем храме Крестовоздвиженского собора начались регулярные богослужения.

Однако до окончательной реставрации храма еще далеко. Соборный храм можно восстановить не раньше чем через три года, а реставрация всего монастырского комплекса вместе со строительством новых объектов займет не менее пятнадцати лет. В свое время храм горел, заливался водой. Около 80 лет он стоял под дождем и снегом без кровли, и по подсчетам специалистов мощная кирпичная кладка содержит около 360 тонн воды. Внутри храм еще не оштукатурен. Для этого его прежде нужно хорошо просушить. При просачивании воды на сводчатой кровле храма (рис. 3) образовались карбонатные сталактиты, а на фрагментах сохранившейся штукатурки и на кирпичной кладке стен — белые пушистые минеральные высыпания, высолы, налеты. Все эти минеральные новообразования были нами отобраны и результаты их изучения представлены ниже.

Рис. 1. Крестовоздвиженский храм с разрушенными куполами

Рис. 2. Отреставрированные позолоченные купола и кресты Крестовоздвиженского храма
Рис. 3. Внутренний еще не отреставрированный интерьер храма со сводчатыми потолками

Сталактиты. В верхнем храме (ярусе) Крестовоздвиженского собора со сводчатой кровли отобрано два сталактита. Оба имеют с поверхности светло-серый цвет; внутренние минеральные слои сталактитов, примыкающие к центральному каналу, — белые, средние слои — желтоватые. На поперечном сколе сталактиты эллипсовидные в основании и практически округлые внизу. В основании сталактитов канал смещен от центра в сторону понижения свода кровли. В нижней части сталактитов канал расположен по центру. Сталактит 1 (рис. 4) имеет длину 14 см, максимальную ширину в основании 3 см, внизу — 0,6 см. Ширина канала в нижней части сталактита достигает 0,2 см. Сталактит 2 (рис. 5) длиной 12,5 см, максимальной шириной в основании 4 см и внизу — 0,5 см. На рис. 6 показан скол этого сталактита в основании. На рисунке направление справа налево соответствует понижению свода кровли, на которой рос сталактит. Видно скорлуповатое сложение минерального агрегата сталактита в основании. Незамкнутые стороны эллипсовидных скорлупок ориентированы в направлении понижения свода. Канал этого сталактита на расстоянии 2,5 см от основания имеет размер 0,5 см при ширине самого сталактита в этой части 1,5 см. Отчетливо видно смещение канала от центра сталактита (рис. 7). На расстоянии 7,5 см от основания ширина канала 0,1 см при ширине сталактита 0,8 см. С учетом размеров сталактитов и возможного времени их образования в течение 70-80 лет, пока храм был без куполов, скорость роста оценивается в 1,6-2,0 мм/год, что соответствует скорости роста сталактитов, например, в пещере Нью-Митчелстоун в Ирландии и на порядок ниже, чем скорость роста карбонатных сосулек в подвалах МГУ, где, кстати, просачивающиеся в подвал воды имеют высокую минерализацию [2]. По качественным химическим реакциям (вскипание в НСl) сталактиты сложены карбонатом. Рентгенофазовый анализ показал наличие только карбоната кальция — кальцита (табл. 1).

Известны сталактиты и с полым центральным каналом, и с заполненным. В образцах сталактитов Крестовоздвиженского собора центральные каналы хотя и сквозные, но в различной степени заросшие минеральным веществом, причем отчетливо наблюдается тенденция уменьшения сечения канала книзу сталактита. В некоторых местах средней части сталактитов канал бывает почти полностью заросшим, но ниже места зарастания канал снова становится зияющим. На стенках каналов образуются белоснежные ажурные агрегаты скелетных кристаллов кальцита (рис. 8). Нередко центром кристаллизации внутри канала в сталактите являются ворсинки, ниточки, которые, обрастая кальцитом, превращаются в причудливые минеральные гирлянды (рис. 9).

Рис. 4. Сталактит 1 с кровли храма

Рис. 5. Сталактит 2

Рис. 6. Скол сталактита 2 в основании (пояснения в тексте)

Рис. 7. Скол в верхней части сталактита 2. Видно смещение трубчатого канала от центра сталактита в сторону понижения свода

Рис. 8. Агрегат скелетных кристаллов кальцита, выросших на стенках центрального трубчатого канала сталактита

Рис. 9. Гирлянда, образовавшаяся при обрастании ниточки кристаллами кальцита

Рис. 10. Налет белых минеральных новообразований на поверхности красного кирпича из кладки стены храма

Таблица 1 Рентгенограммы вещества сталактитов и эталонного кальцита

Примечание: здесь и далее в таблицах дифрактометр ДРОН-2.0, FeKα-излучение (оператор Т. М. Рябухина)

Таким образом, сталактиты Крестовоздвиженского собора являются классическими трубчатыми мономинеральными кальцитовыми сталактитами, которые, несмотря на, видимо, слабую минерализацию просачивающихся вод, росли довольно быстро.

Минеральные высыпания, высолы, налеты. Минеральные новообразования наблюдались также на стенах верхнего яруса Крестовоздвиженского собора, и нами отобрано три пробы.

Бел-2. Снежно-белые пушистые минеральные высыпания на внутренней кирпичной стене-опоре кровли в центре верхнего яруса на высоте человеческого роста. Высыпания довольно обильные на пло щади около 1 м2; толщина минерального слоя новообразований до 0,5 см. Это рыхлого сложения комочки, рассыпающиеся в пудру меж ду пальцами рук и легко осыпающиеся со стены при малейшем прикосновении. Основной минеральной фазой этих высыпаний является безводный сульфат натрия — тенардит с примесью кальцита и зернами кварца из цемента, скрепляющего кирпичную кладку (табл. 2). Причем слой минеральных высыпаний, примыкающий непосредственно к кирпичу, состоит преимущественно из кальцита, а на него нарастает тенардит.

Таблица 2 Рентгенограммы белых пушистых минеральных высыпаний и эталонных тенардита и кальцита

Примечание: линии 3.340; 2.441; 2.286; 2.253 (перекрывает линию 2.211 тенардита); 2.150 соответствуют кварцу (эталон — JCPDS, 5-490).

Тенардит ранее отмечался как новообразованный минерал на стенах зданий и помещений при подтекании дождевых вод. В частности, нами был установлен тенардит на стене жилого помещения в месте ее шпаклевки «Цемелаксом» [3]. Шпаклевка «Цемелакс» состоит из кальцита, гипса, бассанита и целлюлозы в качестве наполнителя. В обычных условиях сухого помещения состав шпаклевки не меняется, при подтекании дождевых вод образовывается белый пушистый налет тенардита. Тенардит в виде крупных до нескольких сантиметров волосовидных кристаллов, образующих параллельно-игольчатые, ватопо-добные агрегаты белоснежного цвета, обнаружен С. В. Прибавкиным и Е. С. Шардаковым в подвале Института геологии и геохимии УрО РАН в Екатеринбурге. Авторы отмечают сезонный характер появления тенардита: бурный рост происходит осенью и весной, когда воздух достаточно влажный; способствует росту тенардита и пропитке подвального этажа дождевыми водами, а также связывают высаливание сульфата натрия с добавлением Na₂SO₄ к цементному раствору для ускорения его схватывания либо с реакцией между гипсовым вяжущим и жидким стеклом, добавляемым для придания водоустойчивости [4]. Мы объясняем образование тенардита реакцией кислых (как следствие глобального загрязнения атмосферы серным ангидритом [5]) дождевых вод с галитом, используемым как добавка к штукатурке и побелке для придания им прочности. По-видимому, в результате такой реакции сначала образовывался мирабилит:

NaCl + H₂SO₄ + 10Н₂О = NaHSO₄ x 10H₂O + НСl;
NaCl + NaHSO₄ x 10H₂O = Na₂SO₄ x l0H₂O + HCl,

последующая дегидратация которого в условиях сухого помещения и привела к образованию тенардита.

Бел-3, Белые минеральные налеты на кирпичной стене в оконном проеме западной стены верхнего яруса храма. Минеральные образования (рис. 10) не столь обильны, как в предыдущей пробе, и занимают совсем небольшую площадь в пределах одного кирпича. Поскольку свсжсобразованных минеральных налетов немного, то отбор пробы выполнен не столь чисто. В нее попали обломки цемента и кусочки кирпича. Проба, растертая в порошок, в отличие от предыдущих белых минеральных образований имеет кремоватый цвет. Рентгенографически в составе пробы установлены: кальцит, двуводный кислый фосфат кальция — брушит (?), кварц и альбит. Отдельно проанализирован состав красного кирпича, в котором рентгенографически установлено лишь две минеральные фазы: кварц и анортит.

Бел-4. На цементном камне в кладке храма на той же стене оконного проема, где была отобрана и предыдущая проба, обнаружены пористые желтоватые кальцитовые корочки. Проанализирован и сам Цементный камень из этого места. Слой цементного камня между кирпичами составляет 0,9 см. Цемент слабо пористый, довольно хрупкий, разламывается в руках. Под бинокулярным микроскопом в цементе видны слабо окатанные мелкие (доли миллиметра) зерна чаще серого кварца и кремнистых образований, а также редкие листочки белой слюды. Рентгенографически в цементе установлены кварц, альбит и кальцит. Таким образом, кальцит кристаллизуется не только на поверхности кирпичной кладки кровли и стен, но и в поровом пространстве цементного камня.

Авторы благодарны организаторам экскурсии в Белогорский монастырь в рамках международной научной конференции «Перспективы развития естественных наук в высшей школе», в частности В. А. Наумову. Искреннюю признательность выражаем сотруднику отдела геоинформационных технологий Института минералогии Е. А. Баженову за консультации и помощь в проведении макро- и микросъемки (с использованием бинокулярного микроскопа МБС-10 с приставкой МФУ) образцов на цифровую камеру Nikon Coolpix-990.

Библиографический список

1. Возрождение. Белогорский Свято-Николаевский монастырь на рубеже тысячелетий: Иллюстрированный историко-публицистический очерк / Авт. текста: М. Г. Нечаев, Т. А. Черепанова. Пермь: Книжный мир, 2000. 96 с.

2. Максимович Н. Г. Карбонатные сталактиты и сталагмиты в подвале Московского университета//Пещеры/Перм.ун-т.Пермь, 1976. Вып. 16. С.24-35.

3. Потапов С.С, Ершов R R Вторичное минералообразование в стеновых покрытиях // Уральский минералогический сборник. Екатеринбург: УИФ Наука, 1993. № 1. С. 120-123.

4. Прибавкин СВ., Шагалов Е. С. О высаливании на стенах зданий // Уральская минералогическая школа — 2001. Екатеринбург: УГГГА / http://www.usmga.ru/mmj5chool/2001/tes2001/Pribavkin2.html.

5. Щербакова Е. П. Сульфатиция верхних частей земной коры как одно из последствий технической деятельности человека // Минералогия месторождений Урала. Свердловск, 1990. С. 161-167.