راز استقامت بنا‌های باستانی چند هزار ساله

محققان در تلاشند تا دریابند چگونه برخی از بناهای باستانی قرن‌ها دوام آورده‌اند. آنان می‌گویند رمزگشایی از این بناها می‌تواند راه را برای بادوام‌تر ساختن سازه‌های مدرن هموار کند.

معماران باستانی در سرتاسر جهان سازه‌هایی را خلق کرده‌اند که هزاران سال بعد هنوز پابرجا هستند. از مهندسان رومی که دژهای دریایی نفوذناپذیر را پی می‌ریختند تا سنگتراشان تمدن مایا که مجسمه‌های گچی را برای خدایان خود می‌ساختند و سازندگان چینی که دیوارها را در برابر مهاجمان مرتفع‌تر می‌کردند.

این سازه‌ها با وجود گذشت قرن‌ها هنوز سر جای خود هستند، این در حالی است که سازه‌های جدیدتر ساخت دست بشر عمر به مراتب کوتاه‌تری داشته و تخریب می‌شوند. در مقابل قوام صدها ساله بناهای باستانی، بتنی که بیشتر دنیای مدرن ما را تشکیل می‌دهد تنها حدود ۵۰ تا ۱۰۰ سال عمر می‌کند.

اکنون تعداد فزاینده‌ای از دانشمندان در حال مطالعه مواد مربوط به زمان‌های دور هستند تا راز ماندگاری آن‌ها را کشف کنند؛ از برش دادن مصالح سازه‌ها و بررسی متون تاریخی گرفته تا اجرای دستورالعمل‌های باستانی به امید بازسازی آنها.

پژوهشگران توانسته‌اند در ضمن این مهندسی معکوس، فهرست شگفت‌انگیزی از مصالح بناهای قدیمی را به دست بیاورند. به گفته آنان افزودنی‌های غیرمنتظره‌ای نظیر پوست درخت، خاکستر آتشفشانی، برنج، آبجو و حتی ادرار می‌تواند کلید برخی از ویژگی‌های بسیار چشمگیر آن بناها مانند توانایی مستحکم‌تر شدن با گذشت زمان و همینطور ترمیم خودکار ترک‌ها باشد.

در حالی که بتن مدرن ما قدرت نگه داشتن آسمان‌خراش‌های عظیم و زیرساخت‌های سنگین را دارد، نمی‌تواند با استقامت این مصالح باستانی رقابت کند.

کارلوس رودریگز-ناوارو، محقق در دانشگاه گرانادا اسپانیا، در این باره می‌گوید: «اگر خواص مصالح را با استفاده از دستورالعمل‌های سنتی مردم مایا یا چینی‌های باستان بهبود بخشید، می‌توانید موادی تولید کنید که در ساخت و سازهای مدرن به روشی بسیار پایدارتر به کار بیایند.»

بسیاری از پژوهشگران برای الهام گرفتن به رومی‌ها روی آورده‌اند. از حدود ۲۰۰ سال قبل از میلاد معماران امپراتوری روم در حال ساختن سازه‌های بتنی چشمگیری بودند که در آزمون زمان مقاومت کرده‌اند؛ از گنبد سر به فلک کشیده پانتئون گرفته تا قنات‌های مستحکمی که هنوز آب در آن‌ها جاری است.

جان اولسون، باستان‌شناس در دانشگاه ویکتوریا در کانادا، در این باره می‌گوید حتی در بندرها یعنی جاهایی که آب دریا برای سال‌ها به سازه‌ها ضربه می‌زند شما بتن سازه را «عملاً همانطور که در ۲ هزار سال پیش ریخته شده» خواهید یافت.

بیشتر بتن‌های مدرن با سیمان پرتلند ساخته می‌شوند؛ پودری که از حرارت دادن سنگ آهک و خاک رس در دماهای فوق‌العاده بالا و آسیاب کردن آن‌ها به دست می‌آید. این سیمان با آب مخلوط می‌شود و سپس با اضافه کردن خرده‌هایی از سنگ و شن، زنجیره‌ای از واکنش‌های شیمیایی تولید می‌شود که یک مصالح ساختمانی سخت و بادوام را می‌سازد.

بیشتربخوانید

مورخان می‌گویند با توجه به سوابق معماران باستانی، مانند ویترویوس، روند ساخت بتن در روم باستان نیز مشابه بوده است. سازندگان موادی مانند سنگ آهک سوخته و ماسه آتشفشانی را با آب و شن مخلوط می‌کردند و با به راه‌انداختن یک زنجیره واکنش‌های شیمیایی همه چیز را به هم متصل می‌ساختند.

اکنون، دانشمندان می‌گویند دلیل کلیدی این را پیدا کرده‌اند که چرا بعضی بتن‌های ساخته شده در روم باستان، سازه‌ها را برای هزاران سال نگه داشته است. آن‌ها می‌گویند این ماده باستانی قدرتی غیرعادی برای بازسازی و ترمیم خود دارد که چگونگی آن هنوز دقیقا مشخص نیست، اما سرنخ‌هایی در رابطه با آن یافت شده است.

پژوهشگران در موسسه فناوری ماساچوست در مطالعه‌ای که در اوایل سال جاری منتشر کردند آورده‌اند که این خاصیت به اصطلاح «خودترمیمی» از تکه‌های آهک ناشی می‌شود. محققان قبلاً فکر می‌کردند که این تکه‌ها نشانه این است که رومی‌ها مواد خود را به اندازه کافی با هم مخلوط نمی‌کردند.

اکنون، اما با تجزیه و تحلیل نمونه‌های بتنی از شهر باستانی پریورنوم در نزدیکی رم، دانشمندان دریافته‌اند که این تکه‌ها خاصیت خودترمیمی را دارند. در واقع هنگامی که ترک ایجاد می‌شود، آب می‌تواند به داخل بتن نفوذ کند. امری که در حالت عادی باعث ترکیدن و نابودی بتن می‌شود. در بناهای باستانی، اما این آب، تکه‌های باقی‌مانده آهک را فعال کرده و با واکنش‌های شیمیایی جدیدی که ایجاد می‌کند می‌تواند بخش‌های آسیب‌دیده را پر کند.

گروهی دیگر از دانشمندان می‌گویند کلید دوام سازه‌های رومی در سنگ‌های آتشفشانی خاصی است که رومیان پس از فوران جمع‌آوری می‌کردند و در بنا قرار می‌دادند. از آنجا که این سنگ‌ها موادی واکنش‌پذیر هستند، در داخل بنا کمک می‌کنند تا ترک‌های ایجاد شده گرفته شوند.

در آن سو در کوپان، شهر باستانی تمدن مایاها در هندوراس، مجسمه‌ها و معابد آهکی حتی با گذشت بیش از هزار سال قرار گرفتن در محیط گرم و مرطوب، دست‌نخورده باقی مانده‌اند.

دانشمندان برای پی بردن به راز این ماندگاری با سنگتراشان محلی در هندوراس، که نسب خود را تا معماران مایایی می‌رسانند، ملاقات کردند. آنان دریافتند که سنگتراشان از عصاره درختان محلی چوکوم و جیوت در مخلوط آهک استفاده می‌کنند.

زمانی که پژوهشگران مخلوط مشابهی ساختند متوجه شدند که ملات به دست آمده در برابر آسیب‌های فیزیکی و شیمیایی بادوام‌تر است. با این کار مجسمه یا سازه، سختی برخی از ساختارهای طبیعی محکم نظیر صدف‌ها و خارهای خارپشت دریایی را تقلید می‌کرد.

استفاده از مواد طبیعی نظیر عصاره میوه، شیر، کشک، آبجو و حتی سرگین و ادرار در سازه‌های قدیمی عجیب نیست. ملاتی که برخی از معروف‌ترین سازه‌های چین از جمله دیوار بزرگ و شهر ممنوعه را در کنار هم نگه داشته است، شامل آثاری از نشاسته برنج است.

با این حال محققان می‌گویند علم امروز نمی‌تواند تنها به کپی کردن دستورالعمل‌های باستانی بسنده کند چرا که برای مثال هر چند بتن رومی مدت زیادی دوام می‌آورد، اما نمی‌تواند بارهای سنگین را تحمل کند. دکتر اولسن، باستان‌شناس، در این باره می‌گوید: «شما نمی‌توانید یک آسمان‌خراش مدرن با بتن رومی بسازید، برای اینکه وقتی به طبقه سوم برسید سازه خراب می‌شود.»

در عوض، محققان تلاش می‌کنند تا برخی از ویژگی‌های سازه‌های باستانی، نظیر خاصیت خودترمیمی، را انتخاب کرده و آن‌ها را به مخلوط‌های مدرن اضافه کنند.

آدمیر ماسیچ، مهندس عمران و محیط‌زیست در موسسه فناوری ماساچوست، می‌گوید: «ما نیازی نداریم همه چیز را به اندازه رومی‌ها دوام دهیم. اگر بتوانیم ۵۰ یا ۱۰۰ شسال هم به طول عمر بتن اضافه کنیم کار به‌صرفه‌ای هم در زمینه مصالح و هم عمر نگهداری و تعمیر بنا انجام داده‌ایم.»

منبع: خبرآنلاین