גילוי בפומפיי: כך הרומאים יצרו בטון שמחזיק אלפי שנים

חפירות ארכיאולוגיות באתר פומפיי חשפו גילוי נדיר במיוחד: אתר בנייה רומי שננטש באמצע העבודה במהלך התפרצות הר הגעש וזוב בשנת 79 לספירה. החוקרים מצאו ערימות של חומרי גלם מוכנים לשימוש, כלי עבודה וחומרים ממוחזרים - הכל קפא במקומו ברגע ההתפרצות. הממצאים, שפורסמו בכתב העת המדעי Nature Communications, חושפים לראשונה את השיטה המדויקת שבה הרומאים ייצרו את הבטון העמיד שלהם.

המחקר, שנערך בשיתוף חוקרים ממכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) והפארק הארכיאולוגי של פומפיי, התמקד בבית מגורים שהיה באמצע שיפוצים. בחדרים השונים נמצאו ערימות של חומרים שכבר עורבבו יבשים מראש: גרגרים גדולים של סיד חי (שנוצר מחימום אבן גיר בטמפרטורות גבוהות) יחד עם אפר געשי מהאזור, ערימות של גושי אבן, וכלי עבודה שכללו משקולות עופרת ומכשירי פלס.

עד כה, הבנת החוקרים את שיטות הבנייה הרומיות התבססה בעיקר על כתבים עתיקים של האדריכל ויטרוביוס ושל ההיסטוריון פליניוס האב, ועל בדיקות של בטון מבנים קיימים. אך הפעם, לראשונה, יש עדות פיזית ישירה לחומרי הגלם עצמם לפני הערבוב - תמונת מצב של אתר הבנייה כפי שהיה ברגע אמת.

הבטון שמרפא את עצמו

הניתוח המיקרוסקופי של החומרים חשף את המפתח לעמידות יוצאת הדופן של הבטון הרומי. החוקרים מצאו חלקיקים זעירים של סיד חי שלא התמוסס לגמרי בתוך הבטון המוגמר. זו עדות לשיטת עבודה שהחוקרים מכנים "ערבוב חם": הרומאים ערבבו את הסיד החי ישירות עם מים ואפר געשי, מבלי להמתין לתהליך איטי של השרייה מוקדמת.

כאשר הסיד החי בא במגע עם מים, מתרחשת תגובה כימית שמשחררת חום רב - לפעמים למעלה מ-200 מעלות צלזיוס באזורים מסוימים. בגלל החום והתנאים היבשים יחסית, חלק מגרגרי הסיד לא מתמוססים לחלוטין, ונותרים בתוך הבטון כ"גושי סיד" קטנים ונקבוביים.

לפי המחקר, גושי הסיד הללו הם בעצם מנגנון תיקון מובנה. כאשר נוצרים סדקים בבטון עם הזמן, מי גשם חודרים פנימה ומגיעים למגע עם גושי הסיד. הסיד מתמוסס, משחרר יוני סידן שמתפזרים לתוך הסדקים, ושם הם מתגבשים מחדש ויוצרים מינרלים חדשים שממלאים את הסדקים. התהליך לא רק סוגר סדקים אלא גם מפחית את הנקבוביות הכללית ומונע חדירת מים.

החוקרים מצאו שכבות עשירות בסידן סביב האבן הגעשית הספוגית, ומינרלים חדשים שנוצרו בתוך החללים של האבן - עדות ישירה לפעילות כימית מתמשכת גם מאות שנים לאחר יצירת הבטון.

המחקר מגלה כי הרומאים השתמשו בשתי שיטות שונות: שיטת הערבוב החם - שבה מערבבים את הסיד החי ישירות עם מים - לבניית קירות ומבנים עיקריים; ושיטה איטית יותר לייצור טיח ותיקונים קוסמטיים. בשיטה השנייה, הסיד עבר תהליך הדרגתי יותר עם מים, מה שיצר חומר רך שהתאים לעבודות עדינות. עדות לשתי השיטות נמצאה באתר: החוקרים זיהו שברי כלי חרס שהכילו את הסיד מהתהליך האיטי, לצד הערימות הגדולות של חומרים שהוכנו לערבוב החם.

הממצאים מעוררים שאלות על הקשר בין הפרקטיקה בפועל לבין הכתבים הקלאסיים. האדריכל הרומי ויטרוביוס תיאר בספרו שיטה אחרת, אך פליניוס האב כן כתב על התגובה העזה בין סיד ומים. ייתכן שהשיטה השתנתה עם הזמן, או שויטרוביוס תיאר רק חלק מהשיטות שהיו בשימוש.

החוקרים משערים שהשימוש בשיטת הערבוב החם בבית זה בפומפיי אולי היה תגובה לפעילות הסיסמית באזור: רעידת האדמה הגדולה של שנת 62 לספירה גרמה נזק רב, והבנאים רצו בטון שיוכל להתמודד עם סדקים עתידיים.

גושי סיד דומים זוהו כבר בעבר באתרים רומיים אחרים, כולל בפריברנום (כ-43 קילומטר צפונית לפומפיי) ובקבר קסיליה מטלה מחוץ לרומא, שם נצפתה תופעה של ריפוי עצמי של סדקים. כעת, עם ההבנה החדשה מהממצאים בפומפיי, יוכלו חוקרים לזהות את השיטה במבנים רומיים נוספים ולהבין טוב יותר את התפוצה שלה ברחבי האימפריה.