Ученые раскрыли секрет удивительной прочности бетона Древнего Рима

Секрет удивительной прочности древнеримских акведуков и других построек из бетона, простоявших уже несколько тысячелетий под напором стихий, заключается в необычной "химии" его двух основных компонентов - вулканического пепла и морской воды, говорится в статье, опубликованной в журнале American Mineralogist.

"Рецепт изготовления этого бетона был потерян, и никому никогда не удавалось его восстановить. Римлянам повезло, что у них был подходящий минеральный пример того, как работает этот бетон. Они наблюдали за тем, как вулканический пепел попадал в море и превращался в пемзу. Нам придется подобрать их аналоги, так как и морская вода, и пепел есть далеко не везде", - рассказывает Мэри Джексон (Marie Jackson) из университета Юты в Солт-Лейк-Сити (США).

Древний Рим, как часто его критикуют многие искусствоведы и историки науки, не оставил за собой столь же богатое культурное наследие, как Древняя Греция, но зато древние римляне преуспели в двух практических дисциплинах - в правоведении, и в архитектуре и строительстве. Древнеримские дороги, водопроводы, Пантеон и другие соборы и архитектурные сооружения простояли многие тысячи лет и используются до сих пор.

Главным "ноу-хау" и чудом древнеримской строительной индустрии был "цемент", opus caementicium - прародитель современного бетона, из которого сложены многие акведуки, Колизей, портовые причалы, стены домов и других построек в Риме и других частях бывшего Pax Romana. В отличие от современного бетона, сложенного из цемента и щебня, его древнеримский "тезка" был заметно прочнее и не разваливался через несколько десятков лет после попадания воду.

Наоборот, как отмечает Джексон, он становился только крепче после контакта с водой, о чем писали Плиний Старший и многие другие хронисты времен имперского Рима. Это необычное свойство древнеримского бетона оставалось тайной для ученых, так как о его составе и методике изготовления нам было известно крайне мало - лишь то, что он содержал в себе песок, гальку определенных размеров, известь и вулканический пепел.

Джексон и ее коллеги нашли ответ на этот вопрос, просветив несколько фрагментов древнеримского бетона при помощи ускорителя частиц ALS в Националной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Изучая снимки, полученные при помощи этого прибора, ученые нашли внутри бетона времен Цезаря и Августа крайне необычную ведь, которую они там не ожидали увидеть - кристаллы минерала тоберморита.

Это вещество, состоящее из воды, кальция, алюминия, кремния и кислорода, обычно образуется в гидротермальных источниках или в жерлах вулкана при сверхвысоких температурах, и обнаружение его в "цементе" стало сюрпризом для ученых. Проанализировав структуру этих кристаллов, Джексон и ее коллеги поняли, как они возникли, и нашли объяснение невероятной прочности древнеримского бетона.

Как оказалось, бетон формировался в два этапа, первый из которых был быстрым, а второй - достаточно медленным по человеческим меркам. Сначала известь взаимодействовала с молекулами, содержащимися в пепле, и создавала внутри бетона щелочную среду, способствовавшую формированию тоберморита.

Он возникал внутри бетона в результате проникновения в него морской воды и ее взаимодействия с щелочной средой. Растущие кристаллы тоберморита сцеплялись между собой, что скрепляло бетон и не позволяло ему развалиться на части под действием химически агрессивной морской воды. Этот процесс, как отмечают химики, может длиться несколько тысяч лет, на протяжении которых бетон не только не разрушается, а становится только прочнее.

Сейчас Джексон и несколько других геологов пытаются воссоздать рецепт древнеримского бетона, смешивая различные типы вулканического пепла с морской водой. Его создание, как надеются ученые, позволит не только найти замену для обычного цемента, производство которого является одной из самых экологически "грязных" процедур, но и создать "вечные" дамбы, приливные электростанции, волнорезы и другие портовые сооружения.