CHAMPAIGN, Ill. – น้ำที่อุดมด้วยแร่ธาตุที่เกิดจากเทือกเขา Apennine ของอิตาลีไหลผ่านท่อระบายน้ำ Anio Novus ของกรุงโรมโบราณและทิ้งบันทึกหินที่มีรายละเอียดเกี่ยวกับสภาพไฮดรอลิกในอดีต การศึกษาสองชิ้นเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของหินปูนชั้นที่เรียกว่า travertine – เงินฝากภายใน Anio Novus เป็นครั้งแรกที่จัดทำเอกสารเกี่ยวกับการเกิดขึ้นของระลอกคลื่นต้านแรงโน้มถ่วง และพิสูจน์ว่าคุณลักษณะเหล่านี้ให้เบาะแสเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของระบบลำเลียงและการจัดเก็บน้ำในสมัยโบราณ
การศึกษาแบบสหสาขาวิชาชีพเหล่านี้ นำโดย Bruce Fouke ศาสตราจารย์ด้าน ธรณีวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign และตีพิมพ์ในวารสาร Scientific Reports และ GSA Special Papers ใช้หลักการทางวิศวกรรมขั้นสูงและกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงเพื่อสร้างทฤษฎีใหม่ที่มีการโต้เถียงว่าหินทราเวอร์ทีนก่อตัวอย่างไร ฟูเกะกล่าว
เมื่อน้ำที่ไหลมาจากแม่น้ำอานิโอและทะเลสาบใต้ดินใกล้เมืองซูเบียโก ประเทศอิตาลี น้ำไหลนั้นทิ้งเป็นชั้นๆ ของแคลเซียมคาร์บอเนต travertine ที่สะสมอยู่ตามพื้น ผนัง และเพดานของท่อระบายน้ำอานิโอ โนวัส
ในภาคสนาม นักวิจัยได้รวบรวมตัวอย่าง travertine ที่เน้นต้นน้ำและปลายน้ำซึ่งมีลักษณะเด่น 2 ประการ ได้แก่ รูปแบบการเรียงชั้นของแสงและสีเข้มในระดับมิลลิเมตร และรูปทรงระลอกคลื่นขนาดเซนติเมตรยังคงมีอยู่ตลอดชั้นเหล่านั้น
การศึกษาก่อนหน้านี้ได้เสนอโดยไม่มีหลักฐานว่าชั้นใน travertine Anio Novus เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลหรือวิธีการทางวิศวกรรมที่ชาวโรมันวางไว้ อย่างไรก็ตาม ทราเวอร์ทีนที่มีรูปแบบชั้นคล้ายคลึงกันในระบบท่อส่งน้ำแบบโบราณนั้นเกิดขึ้นทั่วโลก โดยไม่คำนึงถึงสภาพอากาศหรือการทำงานในระดับภูมิภาค
ความเชี่ยวชาญพิเศษของ Fouke คือการตีความว่าจุลินทรีย์เจริญเติบโตในน้ำที่อุดมด้วยแร่ธาตุได้อย่างไร ส่งผลต่อสถาปัตยกรรมผลึกของหินทราเวอร์ทีนและแหล่งแร่อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันในธรรมชาติ กลุ่มของเขาทำงานอย่างหนักเพื่อเปิดเผยประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของการก่อตัวเป็นชั้นของแร่ โดยอนุมานถึง สิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารผ่านเยลโลว์สโตน ไปจนถึง แนวปะการังในออสเตรเลีย และแม้กระทั่งภายใน ร่างกายมนุษย์
“น่านน้ำ Subiaco มีความคล้ายคลึงกับน้ำในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน ซึ่งจุลินทรีย์ในน้ำก่อตัวเป็นเสื่อและแผ่นชีวะที่มีบทบาทสำคัญในรูปร่างและโครงสร้างของร่องหินร่องลึกที่มีชื่อเสียงของน้ำพุร้อนแมมมอธ” นายฟูกกล่าว “เรายังระบุจุลินทรีย์ฟอสซิลและเศษซากพืชในชั้นที่มืดของแหล่งหินทราเวอร์ทีนอานิโอ โนวัส เมื่อเราตระหนักถึงความคล้ายคลึงกันระหว่างน่านน้ำ Subiaco และ Yellowstone เราก็รู้ว่าเรามีฐานความรู้และประสบการณ์ที่จำเป็นในการเริ่มไขประวัติศาสตร์และความลึกลับของกระแสน้ำสุดท้ายของ Anio Novus ซึ่งเป็นท่อส่งน้ำโรมันโบราณที่ยาวที่สุดและสำคัญที่สุด”
Fouke และ Marcelo Garcia – ศาสตราจารย์ ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม ที่ U. of I. และผู้เขียนร่วมด้านการศึกษา – ทำงานร่วมกับทีมของพวกเขาเพื่อวัดเรขาคณิตของชั้นระลอกคลื่นของ Anio Novus travertines อย่างพิถีพิถันเพื่อให้มีการตีความที่ผิดปกติ
“นักธรณีวิทยาจะบอกคุณว่าวิธีเดียวที่จะสร้างระลอกคลื่นคือผ่านแรงเฉือนของของไหลและการลำเลียงตะกอนที่ขึ้นกับแรงโน้มถ่วง” นายโฟเกะกล่าว “ทฤษฎีคือน้ำหรือลมสามารถเคลื่อนตะกอนที่หลวมให้กลายเป็นรูปร่างคล้ายคลื่นที่เคลื่อนตัวไปอย่างช้าๆ และได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงเพื่อสร้างรูปทรงระลอกคลื่นที่ไม่สมมาตรที่เราเห็นตามริมฝั่งแม่น้ำ เนินทราย และในหินตะกอนโบราณที่สะสมอยู่ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้”
อย่างไรก็ตาม ทีมงานของ Fouke วางตัวว่าผลึก Travertine ของ Anio Novus ตกตะกอน เติบโตและสะสมในน้ำที่ไหลผ่านของท่อระบายน้ำ โดยไม่ขึ้นกับแรงโน้มถ่วง และได้รับความช่วยเหลือจากรูปร่างและองค์ประกอบทางชีวเคมีของอาณานิคมของจุลินทรีย์ เพื่อสร้างสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า “ผลึก travertine ระลอกการเติบโต”
ในขณะที่กระบวนการที่ซับซ้อนในการควบคุมระลอกคลื่นการเติบโตของผลึก travertine นั้นแตกต่างอย่างชัดเจนจากกระบวนการควบคุมระลอกการลำเลียงตะกอน นักวิจัยกล่าวว่าพวกมันมีความคล้ายคลึงกันทางสายตา รูปทรงเรขาคณิตของระลอกคลื่นตามผนังแนวตั้งของท่อระบายน้ำนั้นเหมือนกันทุกประการกับระลอกคลื่นตามพื้น – หลักฐานที่แสดงว่ากลไกที่ก่อตัวเป็นระลอกคลื่นการเติบโตของผลึกไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วง
การ์เซียและทีมของเขาเชื่อว่าโครงสร้างเป็นรอยคลื่นที่สะท้อนกระแสน้ำ การ์เซียและทีมของเขาจึงวัดรูปทรงของคลื่นเพื่อสร้างปริมาตรและความเร็วของน้ำที่ไหลผ่านท่อระบายน้ำในสมัยโรมันโบราณ
“เนื่องจากนักวิจัยไม่กี่คนเคยรู้จักโครงสร้างเหล่านี้เป็นระลอกคลื่นมาก่อน จึงไม่มีใครเคยใช้พลังของรูปทรงระลอกคลื่น ร่วมกับหลักการกลศาสตร์ของไหล เพื่อสร้างโครงสร้างใหม่ประเภทนี้” การ์เซียกล่าว
นักวิจัยสรุปว่าเมื่อเปิดท่อระบายน้ำครั้งแรก น้ำจะไหลผ่านในอัตราประมาณ 1 เมตรต่อวินาที ซึ่งเร็วพอที่จะท่วมสนามฟุตบอลภายในหนึ่งชั่วโมง เร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้
นักวิจัยกล่าวว่าข้อเท็จจริงที่คลื่นระลอกคลื่นมีอยู่ตามเพดานของช่องทางส่งน้ำบ่งชี้ว่าพวกเขาทำงานอย่างเต็มกำลัง การสังเกตนี้ชี้ให้เห็นว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ไม่ถูกต้องโดยระบุว่าชั้นเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของการไหลตามฤดูกาลหรือเมื่อชาวโรมันใช้วิธีทางวิศวกรรมเพื่อควบคุมอัตราการไหล
“ท่อระบายน้ำเหล่านี้แข็งแกร่งกว่าที่เคย” Fouke กล่าว “การไหลมีมากกว่าที่จินตนาการไว้ และอัตราการไหลนั้นยังคงรักษาไว้อย่างต่อเนื่อง”
ขณะนี้นักวิจัยกำลังสกัดจุลินทรีย์ฟอสซิลโบราณและชีวโมเลกุลของพวกมันที่ติดอยู่ใน travertine เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับจุลินทรีย์ชนิดใด และเชื้อโรคที่เป็นไปได้ที่ชาวโรมันกำลังดื่มอยู่
“นักประวัติศาสตร์และนักโบราณคดีต่างให้ความสนใจในสิ่งที่นำไปสู่การล่มสลายของจักรวรรดิโรมัน” โฟเกะกล่าว “เนื่องจากท่อระบายน้ำมีบทบาทสำคัญในความสำเร็จของชาวโรมัน ข้อมูลใด ๆ ที่รวบรวมจากการล่มสลายของท่อระบายน้ำอาจมีประโยชน์ในความพยายามนี้”
มูลนิธิ Andrew W. Mellon, รัฐบาลอิตาลี, British Academy และ British School ที่กรุงโรม, MT Geoffrey Yeh Endowed Chair in Civil Engineering, the Ed and Barbara Weil fund for Universal Biomineralization at the U. of I. และ NASA สนับสนุน การศึกษานี้
