Chống nước biển dâng nhờ thành tựu của người La Mã cổ đại

Biến đổi khí hậu khiến nước biển dâng sẽ làm cho con người buộc phải chi hàng tỉ USD xây dựng các đê biển ngăn nước mặn xâm thực. Vấn đề của việc xây dựng những con đê biển này chính là chi phí xây dựng cao và độ bền quá ngắn ngủi do các loại vật liệu bê tông mà chúng ta tạo ra hiện nay chỉ đủ sức chống chịu với nước biển trong vài năm mà thôi.

Theo một nghiên cứu của một nhóm các nhà khí hậu châu Âu hồi năm 2014 cho thấy nếu nước biển tiếp tục dâng lên theo tốc độ như 30 năm trước thì 90 năm tiếp theo con người sẽ phải mất mỗi năm tới 71 tỉ USD để xây dựng các đê biển chống nước dâng.

Những trận triều cường, nước biển dâng có thể làm tiêu tốn hàng tỉ USD của thế giới mỗi năm do sạt lở đê biển.

Thế nhưng, 2.000 năm trước các nhà xây dựng La Mã đã xây những bức tường ven biển khổng lồ và chúng tồn tại cho đến ngày nay, tức sau khi đế chế này lụi tàn hàng ngàn năm. Những cấu trúc chìm nằm ngoài khơi bờ biển nước Ý đang được các nhà khoa học nghiên cứu vì chúng là hiện thân của kỹ thuật chế tạo loại bê tông tốt nhất thế giới do người La Mã cổ đại tạo ra.

Bị chìm dưới biển 2.000 năm, những cấu trúc bến cảng làm bằng hỗn hợp bê tông là vôi sống trộn với tro núi lửa trường tồn với thời gian. Thậm chí, đáng ngạc nhiên là độ cứng của loại vật liệu này không những không suy giảm mà còn được tăng lên.

"Đây là loại vật liệu xây dựng bền nhất trong lịch sử nhân loại và các kỹ sư thì không bao giờ biết cường điệu", Philip Brune một nhà nghiên cứu tại DuPont Pioneer chuyên nghiên cứu về các đặc tính kỹ thuật của những di tích La Mã cổ đại cho biết: "Vật liệu này vô cùng thú vị về mặt khoa học".

Rõ ràng các loại bê tông tốt nhất của chúng ta hiện nay chỉ có thể chịu được nước biển trong vài năm đến vài chục năm là có dấu hiệu bị lão hóa và cần phải thay thế vì lý do an toàn cho công trình.

"Các nhà khảo cổ học nói rằng họ đã có công thức", Marie Jackson, một chuyên gia về bê tông cổ đại của người La mã tại Đại học Utah cho biết.

Tuy nhiên, có công thức không có nghĩa là chúng ta có thể tái tạo loại bê tông cổ của người La Mã, nó cũng tương tự như việc chúng ta có công thức làm bánh nhưng không chắc có thể sao chép được chiếc bánh ấy.

Bà Jackson và các đồng nghiệp của bà đã phân tích vi mô các mẫu bê tông cổ và rút ra được một đặc tính giải thích vì sao loại bê tông này lại ngày càng cứng hơn khi bị ngâm trong nước biển.

"Bề mặt loại bê tông này đang hoạt động theo nhiều cách giống như cách mà trầm tích núi lửa phát triển trong môi trường nước biển", bà Jackson cho biết.

Bê tông hiện đại được thiết kế để "lờ" đi môi trường xung quanh trong khi bê tông của người La Mã được tạo ra để trở thành một phần của môi trường thiên nhiên.

Các nhà nghiên cứu đã đăng tải kết quả nghiên cứu của mình trên tạp chí khoa học American Mineralogist cho thấy rằng bê tông của người La Mã đang được lấp đầy bằng những tinh thể rất nhỏ. Những tinh thể này kết hợp với nhau tạo thành một "tấm giáp" giúp cho kết cấu của bê tông không bị vỡ.

Phân tích các mẫu bê tông dưới các kính hiển vi hiện đại cho thấy mẫu bê tông La Mã tạo ra các tinh thể tobermorite từ một khoáng chất có tên là phillipsite trong thành phần của nó. Khi nước biển ngấm vào những vết nứt nhỏ trong bê tông La Mã, nó sẽ phản ứng với phillipsite tự nhiên có trong tro núi lửa và tạo thành tinh thể tobermorite.

Tobermorite là silicat canxi hydrat hóa, silicat là vật liệu chủ yếu được chiết xuất từ thủy tinh. Nó xuất hiện trong bê tông La Mã như các chồng giấy khi đông đặc thành các mảnh nhỏ. Những mảnh này thường có những lỗ hổng giúp giải phóng áp lực bằng cách cho phép các lớp trượt qua nhau. Nói cách khác, các lớp có thể trượt qua nhau một chút trước khi chúng được cố định tại đúng vị trí.

"Aluminous tobermorite rất khó sản xuất và phải gia nhiệt rất mạnh mới tạo ra một ít , bà Jackson cho biết. Nghiên cứu bê tông La Mã là cách để tạo ra nhiều tobermorite, vốn được đánh giá rất cao do đặc tính làm cứng chắc và gia tăng độ bền vật liệu của mình.

Hiện bà Jackson và các công sự đang nghiên cứu tái tạo lại bê tông của người La Mã và tìm cách sản xuất loại vật liệu cổ đại này ở quy mô công nghiệp.

Nếu thành công, chúng ta sẽ có thể tạo ra các đê biển cứng chắc hơn và không phải dùng thép gia cường giống như cách người La Mã đã làm hàng ngàn năm trước.

Thiên Hà (theo Washington Post)