Lagrede kalkstensaflejringer giver unik indsigt i romerske akvædukter

Mineralrigt vand, der stammer fra Italiens Apennin-bjerge, strømmede gennem det gamle Roms Anio Novus-akvædukt og efterlod en detaljeret klippeoptegnelse over tidligere hydrauliske forhold, har forskere sagt. To undersøgelser, der karakteriserer lagdelt kalksten - kaldet travertin - aflejringer i Anio Novus er de første til at dokumentere forekomsten af ​​anti-tyngdekraftsvækst krusninger og fastslå, at disse funktioner giver ledetråde til historien om gamle vandtransport- og opbevaringssystemer.

Disse tværfaglige undersøgelser, ledet af University of Illinois Urbana-Champaign geologiprofessor Bruce Fouke og offentliggjort i tidsskrifterne Scientific Reports og GSA Special Papers , anvende avancerede tekniske principper og højopløsningsmikroskopi for at etablere en kontroversiel ny teori om, hvordan den krusede travertin blev dannet, sagde Fouke.

Da vandet – hentet fra Anio-floden og en underjordisk sø nær Subiaco, Italien – flød, efterlod det krusede lag af calciumcarbonat-travertin, der akkumulerede langs de indvendige gulve, vægge og lofter i Anio Novus-akvædukten.

I felten indsamlede forskerne opstrøms-nedstrøms orienterede travertinprøver, der udviser to iøjnefaldende egenskaber:lyse og mørke lagmønstre i millimeterskala, og bølgeformede krusninger i centimeterskala fortsætter gennem disse lag.

Tidligere undersøgelser har foreslået, uden beviser, at lagene i Anio Novus travertin er resultatet af ændringer i strømningshastigheden initieret af sæsonbestemte ændringer eller tekniske metoder, der er indført af romerne, sagde forskerne. Travertin med lignende lagdelingsformer i gamle akvæduktsystemer forekommer dog over hele verden, uanset regionalt klima eller drift.

Foukes speciale er at fortolke, hvordan mikrober, der trives i mineralrige vand, påvirker den krystallinske arkitektur af travertin og andre lignende mineralforekomster i naturen. Hans gruppe har arbejdet meget for at afsløre den geologiske historie af lagdelte mineralformationer – hvilket giver slutninger om livet på Mars via Yellowstone til koralrev i Australien – og endda inde i menneskekroppen.

"Subiaco-vandene minder kemisk om vandet i Yellowstone National Park, hvor vandbårne mikrober danner måtter og biofilm, der spiller en afgørende rolle i formen og strukturen af ​​de berømte trinvise travertintræk i Mammoth Hot Springs," sagde Fouke. "Vi har også identificeret fossile mikrober og planterester i de mørke lag af Anio Novus travertinaflejringer. Da vi indså ligheden mellem Subiaco og Yellowstone farvande, vidste vi, at vi havde den videnbase og erfaring, der kræves for at begynde at optrevle historien og mysteriet af den sidste strøm af Anio Novus, den længste og mest betydningsfulde af de gamle romerske akvædukter."

Fouke og Marcelo Garcia – en civil- og miljøingeniør professor ved U. of I. og studiemedforfatter – arbejdede sammen med deres teams for omhyggeligt at måle geometrien af ​​de krusede lag af Anio Novus travertinerne for at lave en usædvanlig fortolkning.

"En geolog vil fortælle dig, at den eneste måde at danne krusninger på er gennem væskeforskydning og gravitationsafhængig sedimenttransport," sagde Fouke. "Teorien er, at vand eller vind kan flytte løse sedimenter til bølgelignende former, der langsomt bevæger sig frem og påvirkes af tyngdekraften til at danne de velkendte asymmetriske krusningsformer, vi ser langs flodbredder, klitter og i de gamle sedimentære klipper aflejret i disse miljøer."

Foukes team hævder imidlertid, at Anio Novus travertinkrystallerne udfældede, voksede og akkumulerede i det strømmende vand i akvædukten - uafhængigt af tyngdekraften og hjulpet af formen og den biokemiske sammensætning af mikrobielle kolonier - for at danne det, de kalder "travertinkrystal". vækst krusninger."

Mens de komplekse processer, der kontrollerer travertin krystalvækst krusninger, er tydeligt forskellige fra dem, der kontrollerer sedimenttransport krusninger, sagde forskerne, at de visuelt ligner hinanden. Geometrierne af krusninger langs akvæduktens lodrette vægge er identiske med dem langs gulvene - bevis på, at de mekanismer, der danner krystalvækst krusninger, ikke er afhængige af tyngdekraften.

Overbevist om, at strukturerne er krusningsmærker, der afspejler strømning, målte Garcia og hans team krusningsgeometrierne for at rekonstruere volumenet og hastigheden af ​​vand, der strømmer gennem akvædukten under den antikke romertid.

"Da få forskere nogensinde havde anerkendt disse strukturer som krusninger før, havde ingen brugt kraften i formen af ​​en krusning sammen med fluidmekaniske principper til at producere denne form for rekonstruktion," sagde Garcia.

Ved at bruge travertin aflejret i umiddelbar kontakt med den oprindelige akvæduktmørtel konkluderer forskerne, at da akvædukterne først blev tændt, strømmede vandet igennem med en hastighed på omkring en meter i sekundet - hurtigt nok til at oversvømme en fodboldbane inden for en time - meget hurtigere end tidligere antaget.

Det faktum, at der findes kruset travertin langs akvæduktkanalernes lofter, indikerer, at de fungerede med kapacitet, sagde forskerne. Denne observation tyder på, at tidligere undersøgelser var forkerte, når de anførte, at lagene blev dannet på grund af sæsonbestemte strømningsændringer, eller når romerne brugte tekniske midler til at kontrollere strømningshastigheden.

"Disse akvædukter var langt mere robuste end nogensinde indset," sagde Fouke. "Flowet var større end forudset, og den flowhastighed blev konstant opretholdt."

Forskerne udvinder nu de ældgamle fossiliserede mikrober og deres biomolekyler fanget i travertinen for at lære mere om, hvilken slags mikrober – og mulige patogener – romerne drak.

"Historikere og arkæologer er meget interesserede i, hvad der førte til Romerrigets fald," sagde Fouke. "I betragtning af at akvædukterne spillede en stor rolle i romernes succes, kan enhver information indsamlet fra akvædukternes død være nyttig i denne bestræbelse." + Udforsk yderligere

'Fettuccine' kan være det mest oplagte tegn på liv på Mars, rapporterer forskere