تتمتع المادة القديمة بقدرة غير عادية على إصلاح نفسها. ليس من الواضح بعد كيف بالضبط، لكن العلماء بدأوا في العثور على أدلة
البانثيون في روما يظهر يوم الاثنين 24 يوليو 2023. تم بناء الهيكل في عهد الإمبراطور الروماني أغسطس بين 27 و 25 قبل الميلاد للاحتفال بجميع الآلهة التي كانت تعبد في روما القديمة وأعيد بناؤه في عهد الإمبراطور هادريان بين 118 و 128 م.
نيويورك (أ ف ب) – في سعيهم لبناء مستقبل أفضل، يبحث البعض عن إجابات في الماضي البعيد.
أنشأ البناة القدماء في جميع أنحاء العالم هياكل لا تزال قائمة حتى اليوم، بعد آلاف السنين – من المهندسين الرومان الذين صبوا حواجز بحرية خرسانية سميكة، إلى بنائين المايا الذين صنعوا منحوتات من الجبس لآلهتهم، إلى البنائين الصينيين الذين أقاموا الجدران ضد الغزاة.
ومع ذلك، فإن العشرات من الهياكل الحديثة بدأت بالفعل في تحديد تواريخ انتهاء صلاحيتها: فالخرسانة التي تشكل جزءًا كبيرًا من عالمنا الحديث يبلغ عمرها الافتراضي حوالي 50 إلى 100 عام.
لقد كان عدد متزايد من العلماء يدرسون مواد من عصور قديمة، حيث يقومون بتقطيع قطع من المباني، والتنقيب في النصوص التاريخية، وخلط الوصفات المقلدة، على أمل الكشف عن كيفية صمودها لآلاف السنين.
وقد كشفت هذه الهندسة العكسية عن قائمة مدهشة من المكونات التي تم خلطها في المباني القديمة – مواد مثل لحاء الأشجار، والرماد البركاني، والأرز، والبيرة، وحتى البول. يمكن أن تكون هذه الوظائف الإضافية غير المتوقعة أساسية لبعض الخصائص المثيرة للإعجاب، مثل القدرة على أن تصبح أقوى بمرور الوقت و”شفاء” الشقوق عندما تتشكل.
إن اكتشاف كيفية نسخ هذه الميزات يمكن أن يكون له تأثيرات حقيقية اليوم: في حين أن الخرسانة الحديثة لدينا لديها القوة اللازمة لتحمل ناطحات السحاب الضخمة والبنية التحتية الثقيلة، إلا أنها لا تستطيع منافسة قدرة تحمل هذه المواد القديمة.
ومع تزايد التهديدات الناجمة عن تغير المناخ، هناك دعوة متزايدة لجعل البناء أكثر استدامة. تشير تقديرات تقرير حديث للأمم المتحدة إلى أن البيئة المبنية مسؤولة عن أكثر من ثلث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية ــ ويشكل إنتاج الأسمنت وحده أكثر من 7% من تلك الانبعاثات.
يتم عرض الأسمنت المحاط بالطوب في البانثيون بروما يوم الاثنين 24 يوليو 2023.– AP
قال كارلوس رودريجيز نافارو، أحد التراث الثقافي: “إذا قمت بتحسين خصائص المواد باستخدام… وصفات تقليدية من شعب المايا أو الصينيين القدماء، فيمكنك إنتاج مواد يمكن استخدامها في البناء الحديث بطريقة أكثر استدامة بكثير”. باحث بجامعة غرناطة بإسبانيا.
لجأ العديد من الباحثين إلى الرومان للإلهام. بدءًا من عام 200 قبل الميلاد تقريبًا، كان مهندسو الإمبراطورية الرومانية يقومون ببناء هياكل خرسانية مثيرة للإعجاب صمدت أمام اختبار الزمن، بدءًا من القبة المرتفعة لمعبد البانثيون وحتى القنوات القوية التي لا تزال تحمل المياه حتى اليوم.
وقال جون أوليسون، عالم الآثار في جامعة فيكتوريا في كندا، إنه حتى في الموانئ، حيث كانت مياه البحر تضرب الهياكل على مر العصور، ستجد الخرسانة “بشكل أساسي كما كانت عندما تم صبها قبل 2000 عام”.
تبدأ معظم الخرسانة الحديثة بالأسمنت البورتلاندي، وهو مسحوق يُصنع عن طريق تسخين الحجر الجيري والطين إلى درجات حرارة عالية جدًا ثم طحنهما. يتم خلط هذا الأسمنت مع الماء لتكوين معجون تفاعلي كيميائيًا. بعد ذلك، تتم إضافة قطع من المواد مثل الصخور والحصى، ويقوم المعجون الأسمنتي بربطها في كتلة خرسانية.
وفقا لسجلات المهندسين المعماريين القدماء مثل فيتروفيوس، كانت العملية الرومانية مماثلة. قام البناؤون القدماء بخلط المواد مثل الحجر الجيري المحروق والرمال البركانية مع الماء والحصى، مما أدى إلى تفاعلات كيميائية لربط كل شيء معًا.
الآن، يعتقد العلماء أنهم وجدوا السبب الرئيسي وراء صمود بعض الخرسانة الرومانية في الهياكل لآلاف السنين: تتمتع المادة القديمة بقدرة غير عادية على إصلاح نفسها. ليس من الواضح بعد كيف بالضبط، لكن العلماء بدأوا في العثور على أدلة.
وفي دراسة نشرت في وقت سابق من هذا العام، اقترح أدمير ماسيك، وهو مهندس مدني وبيئي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أن هذه الطاقة تأتي من قطع الجير المرصعة في جميع أنحاء المادة الرومانية بدلا من خلطها بالتساوي. اعتاد الباحثون على الاعتقاد بأن هذه القطع كانت علامة على أن الرومان لم يخلطوا موادهم جيدًا بما فيه الكفاية.
بدلًا من ذلك، وبعد تحليل عينات خرسانية من مدينة بريفيرنوم – وهي مدينة قديمة خارج روما – وجد العلماء أن القطع يمكن أن تغذي قدرات المادة على “الشفاء الذاتي”. وأوضح ماسيك أنه عندما تتشكل الشقوق، يكون الماء قادراً على التسرب إلى الخرسانة. ينشط هذا الماء الجيوب المتبقية من الجير، مما يؤدي إلى تفاعلات كيميائية جديدة يمكن أن تملأ الأجزاء التالفة.
أما ماري جاكسون، عالمة الجيولوجيا في جامعة يوتا، فلها وجهة نظر مختلفة. وقد وجدت أبحاثها أن المفتاح يمكن أن يكون في المواد البركانية المحددة التي استخدمها الرومان.
كان البناؤون يجمعون الصخور البركانية التي خلفتها الانفجارات البركانية لخلطها مع الخرسانة. وقال جاكسون إن هذه المادة المتفاعلة بشكل طبيعي تتغير بمرور الوقت حيث تتفاعل مع العناصر، مما يسمح لها بإغلاق الشقوق التي تتطور.
وقال جاكسون إن القدرة على الاستمرار في التكيف مع مرور الوقت “هي حقًا عبقرية المادة”. “لقد تم تصميم الخرسانة بشكل جيد بحيث تحافظ على نفسها.”
في كوبان، أحد مواقع المايا في هندوراس، تظل المنحوتات والمعابد الكلسية المعقدة سليمة حتى بعد تعرضها لبيئة حارة ورطبة لأكثر من 1000 عام. ووفقا لدراسة نشرت في وقت سابق من هذا العام، فإن سر طول عمر هذه الهياكل قد يكمن في الأشجار التي تنبت بينها.
وأوضح رودريغيز نافارو، الذي عمل في الدراسة، أن الباحثين هنا كان لديهم رابط حي مع منشئي الهياكل: فقد التقوا بالبنائين المحليين في هندوراس الذين تتبعوا نسبهم وصولاً إلى بناة المايا.
اقترح البناءون استخدام مقتطفات من أشجار التشوكوم والجيوت المحلية في مزيج الليمون. عندما اختبر الباحثون الوصفة – جمع اللحاء، ووضع القطع في الماء وإضافة “عصير” الشجرة الناتج إلى المادة – وجدوا أن الجص الناتج كان متينًا بشكل خاص ضد الأضرار الفيزيائية والكيميائية.
عندما قام العلماء بتكبير الصورة، رأوا أن أجزاء من المواد العضوية من عصير الشجرة قد تم دمجها في البنية الجزيئية للجص. وبهذه الطريقة، تمكن جص المايا من محاكاة الهياكل الطبيعية القوية مثل الأصداف البحرية وأشواك قنفذ البحر، واستعارة بعض من صلابتها، كما قال رودريجيز نافارو.
لقد وجدت الدراسات جميع أنواع المواد الطبيعية الممزوجة في الهياكل منذ فترة طويلة: مستخلصات الفاكهة، والحليب، وخثارة الجبن، والبيرة، وحتى الروث والبول. إن الملاط الذي يجمع بعض أشهر المباني في الصين – بما في ذلك سور الصين العظيم والمدينة المحرمة – يحتوي على آثار من النشا من الأرز اللزج.
وقالت سيسيليا بيسي، عالمة المواد في جامعة شيفيلد في إنجلترا، إن بعض هؤلاء البناة القدماء ربما حالفهم الحظ. كانوا يضيفون أي شيء تقريبًا إلى خلطاتهم، طالما كان رخيصًا ومتوفرًا – أما تلك التي لم تنجح فقد انهارت منذ فترة طويلة.
وقال بيسكي: “سوف يضعون كل أنواع الأشياء في البناء”. “والآن، لدينا فقط المباني التي نجت. إنها مثل عملية الانتقاء الطبيعي.”
لكن يبدو أن بعض المواد تظهر المزيد من النية – كما هو الحال في الهند، حيث قام عمال البناء بتصنيع مزيج من المواد المحلية لإنتاج خصائص مختلفة، كما يقول ثيروماليني سيلفاراج، وهو مهندس مدني وأستاذ في معهد فيلور للتكنولوجيا في الهند.
وفقًا لبحث سيلفراج، في المناطق الرطبة في الهند، استخدم عمال البناء الأعشاب المحلية التي تساعد الهياكل على التعامل مع الرطوبة. وعلى طول الساحل، أضافوا الجاجري، وهو سكر غير مكرر، والذي يمكن أن يساعد في الحماية من أضرار الملح. وفي المناطق التي ترتفع فيها مخاطر الزلازل، استخدموا “الطوب العائم” الخفيف للغاية المصنوع من قشور الأرز.
وقال سيلفراج: “إنهم يعرفون المنطقة، ويعرفون حالة التربة، ويعرفون المناخ”. “لذلك قاموا بتصميم مادة وفقًا لهذا.”
لا يستطيع بناة اليوم تقليد الوصفات القديمة فحسب. وعلى الرغم من أن الخرسانة الرومانية استمرت لفترة طويلة، إلا أنها لم تكن قادرة على تحمل الأحمال الثقيلة. وقال أوليسون: “لا يمكنك بناء ناطحة سحاب حديثة بالخرسانة الرومانية”. “سوف ينهار عندما تصل إلى الطابق الثالث.”
وبدلا من ذلك، يحاول الباحثون أخذ بعض تخصصات المادة القديمة وإضافتها إلى الخلطات الحديثة. تعد Masic جزءًا من شركة ناشئة تحاول بناء مشاريع جديدة باستخدام الخرسانة “ذاتية الشفاء” المستوحاة من الطراز الروماني. ويعمل جاكسون مع فيلق المهندسين بالجيش لتصميم هياكل خرسانية يمكنها الصمود جيدًا في مياه البحر – مثل تلك الموجودة في الموانئ الرومانية – للمساعدة في حماية السواحل من ارتفاع مستوى سطح البحر.
وقال ماسيتش: “لسنا بحاجة إلى جعل الأمور تدوم طويلاً كما فعل الرومان حتى يكون لهم تأثير”. وإذا أضفنا 50 أو 100 عام إلى عمر الخرسانة، “فسوف نحتاج إلى قدر أقل من عمليات الهدم، وصيانة أقل، ومواد أقل على المدى الطويل”.
