Už Plinius starší si ve svém díle Naturalis Historia z roku 79 př.n.l. povšiml, že betonové stavby ve starověkých přístavech se staly „jednolitou kamennou masou, neprostupnou pro vlny a každým dnem silnější“, ačkoliv do nich denně narážely masy mořské vody.

Až nyní se zdá, že američtí vědci konečně našli odpověď, jak to, že byly tyto stavby tak pevné. Zjistili, že když se mořská voda smísí s vulkanickým popelem a vápnem, které užívali římští stavitelé, pak stavbou začnou prorůstat minerály, jež betonu dodávají prakticky neproniknutelnou soudržnost.

Organický systém

„Máme tu před sebou dokonale fungující systém, který se ovšem skládá z částí, které by se v konstrukcích s cementem vůbec vyskytovat neměly,“ poznamenala pro webové zpravodajství britského deníku Daily Telegraph Marie Jacksonová, profesorka geologie a geofyziky na Univerzitě v Utahu, která je vedoucí výzkumu. „Je to totiž systém, kterému nesmírně svědčí otevřené chemické reakce s mořskou vodou.“

Římští inženýři vyráběli beton tak, že smíchali sopečný popel s vápnem a mořskou vodou, čímž vznikla malta, a přidávali úlomky skal vulkanického původu. Kombinace popela, vody a vápna spustila takzvanou pucolánovou aktivitu – reakci s hydroxidem vápenatým – a následně vznik krystalů v mezerách a průduších v konstrukci.

Stejná reakce se v podstatě odehrává i v přírodě a kusy přírodního cementu zvané tufy se v sopečných oblastech dají snadno najít – což pravděpodobně Římany inspirovalo.

Stavby jako je Pantheon a Trajánova tržnice jsou důkazem síly, kterou mineralizace betonu dodává, ale doposud zůstávalo tajemstvím, jak je možné, že stavby v moři dokážou odolat neustálým útokům vln.

Vědci podrobili důkladnému zkoumání kusy betonu ze starého římského mola zvaného Portus Cosanus, které se nachází ve městě Ortebello v Itálii. Využili silných rentgenových paprsků a zjistili, že do prasklin způsobených vlnami vrostly minerály, čímž dokázali, že chemická reakce se slanou vodou pokračuje i dávno poté, co se beton usadil.

Jak dosáhnout stejných výsledků?

V protikladu k tomu klasický beton je kombinací cementu – vápence, pískovce, popela, křídy, železa, jílu a dalších přísad ohřátých na vysokou teplotu, aby vytvořily skelný materiál, který se pak rozemele – smíchaného s pískem nebo drcenými kameny. U této směsi se chemické reakce se slanou vodou nepředpokládají, takže tu k žádné mineralizaci nedochází.

Přesný recept na římský beton se během věků ztratil, ale tým vědců teď pracuje na jeho znovuobjevení. Při pokusech se používá mořská voda ze Sanfranciského zálivu a vulkanické horniny ze západu Spojených států. Pokud se podaří složení římských vodních staveb napodobit, bylo by možné opět stavět mořské hráze, které vydrží staletí, a také méně zatěžují životní prostředí. Výroba moderního cementu totiž vyžaduje provoz pecí schopných vyvinout velký žár, což přispívá k emisím CO2 a globálnímu oteplování.

„Římané měli velké štěstí na horninu, s níž pracovali,“ poznamenala Jacksonová. „Vypozorovali, že sopečný popel přispívá ke vzniku tufů, zvláštní pevné horniny. Ve většině států ale takové horniny k dispozici nemáme, proto bude ještě třeba vymyslet přijatelnou náhradu.“

Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise American Mineralogist.