Человек, который начинает изучать мир бактерий, быстро понимает, что они способны практически на всё — пожирать пластик, генерировать электричество, входить в состав самого мощного в мире клея и даже служить гарантией прочности мостов и небоскребов. О последнем пункте мы и поговорим сегодня. А конкретно о необычной, где-то даже удивительной связи между бактериями и бетоном.
Вы сейчас сильно удивитесь, но бетон занимает второе место по объёму использования человечеством. Впереди — только вода. И это, естественно, даёт представление о том, как много всего мы строим. Бетон — это чаще всего смесь цемента, воды и заполнителей, вроде песка или гравия. После застывания это очень прочный материал, однако со временем в нём начинают появляться трещины. Затем в них попадет вода, которая, превращаясь в лёд, ещё сильнее расширяет их. Также она подвергает коррозии стальную арматуру, которая укрепляет залитую конструкцию. Поэтому бетон нуждается в уходе и обслуживании. Однако проблема здесь в том, что это очень дорогостоящая и трудоёмкая работа. А теперь представьте себе гигантскую бетонную плотину или хранилище опасных материалов, сделанное из того же материала. Страшновато, не правда ли, если всё это треснет напополам? Также не следует забывать о том, что производство цемента — это около девяти процентов выбросов в атмосферу углекислого газа, поэтому любой дополнительный нормативный расход бетона на замену, усиление или ремонт конструкций таит опасность для окружающей среды.
Учёные долгие годы пытались решить эту проблему, создав бетон, который будет «лечить себя сам». И именно для этого им оказались нужны бактерии. Не так давно исследователи изучили дно озер вулканического происхождения в поисках организмов, способных выживать в экстремальных условиях. Там они нашли несколько видов бактерий, которые, как может показаться, просто созданы для бетона. Они настолько непритязательны, что живут в щелочной среде с уровнем рН выше 7. Это довольно высокий показатель — человек, например, обожжёт кожу, если попробует засунуть туда, допустим, руку. Однако для бетона это очень хорошо, так как у него тоже довольно высокий pH. Но это не самое замечательное их свойство. Гораздо важнее то, что некоторые из этих бактерий выделяют кальцит — минерал, который входит в состав бетона.
Несколько групп учёных изучали эти микроорганизмы с 2006 года, и им удалось придумать, как использовать эти полезные свойства. Они предложили поместить бактерии в биоразлагаемые пластиковые пузырьки или крошечные глиняные гранулы, снабдив их при этом некоторым количеством лактата кальция в качестве пищи. Затем эта добавка должна вводиться в жидкий раствор. До той поры, пока с бетоном всё в порядке, бактерии спят в своей каменной тюрьме. Но как только образуется трещина, просочившаяся вода растворяет капсулу, пробуждая микроорганизмы. Голодные бактерии начинают пожирать лактат кальция, выделяя кальцит, который связывается с бетоном и заполняет трещину. Микробы снова «запечатываются» внутри и погружаются в сон до образования новой трещины. Что мы имеем в результате? Самовосстанавливающийся бетон!
Эксперименты показали, что бактерии могут восстановить более 90% изначальной прочности материала. Что просто удивительно. Проблема только в том, что это очень дорогая технология, и вы при всём желании не найдёте соответствующие пузырьки и гранулы в магазинах стройматериалов своего города. Эксперты считают, что их разумнее использовать там, где техническое обслуживание опасно и крайне неудобно, например, в подземных хранилищах радиоактивных отходов. Исследователи, тем временем, продолжают работу, пытаясь удешевить технологию — например, с помощью замены дорогостоящего лактата кальция на сахаросодержащую «пищу». Один научный коллектив даже разрабатывает наполненную бактериями жидкость, которую можно распылять на обычный бетон, а не вводить заранее в его состав. Так что, возможно, уже в ближайшем будущем микробы будут повсеместно стоять на страже прочности построенных людьми зданий, мостов и плотин.
