В Италии обнаружен римский карьер по производству пуццоланы

Фото из открытых источников

Группа исследователей из Падуанского университета впервые идентифицировала разработку трахитовых вулканических брекчий в Монтегротто-Терме, древнем Фонс-Апони, и задокументировала торговлю ими на расстоянии более 150 километров от этого места, в Аквилее.

На протяжении веков римские архитектурные трактаты — особенно написанные Витрувием и Плинием Старшим — закрепили в археологическом воображении два основных типа вулканических пуццоланов, использовавшихся в строительстве Империи: harenae fossiciae из Альбанских холмов, к югу от Рима, и знаменитый pulvis puteolanus из залива Поццуоли, на Флегрейских полях.

Эти вулканические пепел и туфы, смешанные с известью, придавали римским растворам и бетонам гидравлические свойства и исключительную механическую прочность, что во многом объясняет долговечность таких сооружений, как Пантеон или имперские гавани. Но технологическая монополия, приписываемая этим каноническим источникам, только что пошатнулась.

В исследовании, опубликованном в журнале PLoS One и подготовленном учеными из Падуанского университета и Техасского университета в Остине, с помощью исчерпывающего археометрического протокола задокументировано существование совершенно иного римского карьера по добыче вулканических пуццоланов, расположенного в восточной части Магматического района Эвганейских холмов в Венето.

В работе точно определено место добычи — карьер виллы Драги в Монтегротто-Терме, — и показано, что эти материалы перевозились по северо-восточной Италии и использовались при строительстве крупных общественных зданий, таких как Большие термы Аквилеи, расположенные примерно в 150 километрах оттуда.

Это открытие заставляет пересмотреть карты поставок строительных материалов в римской Италии и выявляет эмпирические знания древних строителей о территории, гораздо более сложные, чем предполагалось ранее. Римские мастера не ограничивались эксплуатацией крупных вулканических центров, описанных в технической литературе того времени: они разведывали, отбирали и избирательно добывали небольшие залежи вулканических брекчий с оптимальными пуццолановыми свойствами там, где это позволяла местная геология.

Исследования начались в археологическом районе Виа Скави, в Монтегротто-Терме, муниципалитете у подножия Эвганских холмов, известном в римские времена как Фонс Апони. Там сохранились остатки термального комплекса и небольшого театра-одеона, построенного в первой половине I века н.э., в период Ранней империи, и перестроенного в последующие столетия.

Научная группа взяла девять образцов строительных растворов из стен и несущих конструкций из римского бетона (opus caementicium) обоих зданий. На первый взгляд, свежие фрагменты этих растворов демонстрировали поразительную особенность: они содержали большое количество угловатых вулканических агрегатов многомиллионного размера, а также более мелкую фракцию округлых кремнистых и карбонатных песков, типичных для местных аллювиальных отложений.

Петрографический анализ с использованием оптической микроскопии в проходящем поляризованном свете выявил первую решающую зацепку. Многие вулканические обломки демонстрировали хорошо развитые реакционные ореолы с известковым связующим, с низким двулучепреломлением, что указывает на интенсивную пуццолановую активность. В более мелких фрагментах, размером менее 400 микрон, реакция почти полностью разрушила исходную матрицу, оставив лишь некоторые неизмененные микрокристаллы и фенокристаллы. Лишь у немногих вулканических зерен отсутствовали эти реакционные края, и они не действовали как пуццоланы.

Минералогическая характеристика, полученная методом порошковой рентгеновской дифракции с количественным фазовым анализом, подтвердила гидравлические свойства этих растворов.

Установление пуццоланового происхождения вулканических агрегатов было лишь первым шагом. Настоящая сложность заключалась в определении их точного геологического происхождения. Исследователи из Падуанского университета более десяти лет занимались созданием высокоточной эталонной базы данных вулканических пород из Эвганского района — магматического комплекса, активность которого охватывала период от позднего эоцена до олигоцена и который сегодня выходит на поверхность в холмах к юго-западу от Падуи.

Эта база данных, интегрированная в географическую информационную систему, включает около 280 геологических образцов как из действующих карьеров, так и из заброшенных исторических скальных пород, многие из которых были недавно идентифицированы с помощью лидарных съемок, выполненных с использованием дронов, и подтверждены в полевых условиях. Каждый образец был охарактеризован с помощью петрографии, рентгеновской дифракции и рентгеновской флуоресценции, что позволило получить геохимический и минералогический профиль каждого литотипа и участка вулканического района.

Для уточнения происхождения исследователи вручную извлекли отдельные обломки из строительного раствора и проанализировали их с помощью рентгеновской флуоресценции. Эти обломки совпали исключительно с образцами из двух очень специфических карьеров: Вилла Драги и Виа Скальяра ди Монте Кастеллоне.

Однако виллы Драги и Виа Скальяра оказались петрографически и минералогически неразличимы при использовании традиционных методов. Для решения этой проблемы исследователи обратились к высокоточному химико-минералогическому анализу отдельных минеральных фаз, которые, благодаря своей кристаллохимической природе, не вступают в реакцию с известковым связующим и сохраняют свой первоначальный геохимический профиль.

Магнетит стал определяющим фактором. В обломках строительного раствора, а также в геологических образцах из Виллы Драги кристаллы магнетита демонстрировали характерную микроструктуру: первичный магнетит частично замещался богатым кремнием магнетитом с коллоформной полосчатой текстурой. Это позволило однозначно отнести пуццоланы к карьеру Виллы Драги, исключив Виа Скальяра.

Карьер Вилла Драги, расположенный на восточной окраине Эуганских холмов, напротив трахитового обнажения Монте-Кастелло, сохранил явные следы доиндустриальной ручной добычи: следы от долот под углом 45 градусов и свидетельства штольневой разработки. Аэрофотосъемка с использованием лидара и полевые исследования позволили реконструировать карьер длиной около 700 метров, минимальный объем добытого материала оценивается в 27 000 кубических метров.

Наиболее показательно то, что этот карьер не упоминается в картографических документах XX века, описывающих историческую разработку Эвганейских холмов. О его существовании было забыто. Археометрические исследования не только воскресили память о нем, но и раскрыли логику его эксплуатации: в то время как плотные трахиты и риолиты предназначались для тесаных камней, архитектурных элементов, мощения и таких предметов, как жернова или погребальные стелы, трахитовые брекчии Виллы Драги использовались почти исключительно в качестве заполнителей для строительных растворов. Их низкая твердость облегчала добычу и дробление, а их макроскопическое сходство с вулканическими туфами обеспечивало превосходные механические и гидравлические характеристики.

Исследование идет дальше и выходит далеко за рамки местного контекста. Авторы переработали ранее опубликованные данные о фундаментных растворах Больших бань Аквилеи, одного из важнейших римских городов Верхней Адриатики, расположенного примерно в 150 километрах к северо-востоку от Эвганейских холмов. В этих растворах, датируемых концом III — началом IV века н.э., были обнаружены вулканические обломки с пуццолановыми реакциями, но их происхождение не было установлено.

При сопоставлении этих данных с обновленной геохимической базой данных Падуанского университета обломки из Аквилеи точно совпали с композиционными полями Виллы Драги и Виа Скальяра. Сканирующая электронная микроскопия магнетитов в этих обломках выявила те же богатые кремнеземом коллоформно-полосатые текстуры, которые характерны для Виллы Драги. Вывод однозначен: эвганейские пуццоланы попали в Аквилею и были преднамеренно использованы в фундаменте крупного общественного здания, находившегося под имперским покровительством.

Это открытие заставляет пересмотреть масштабы обмена строительными материалами в Северной Италии. Эвганейский трахит уже был известен как широко распространенный каменный ресурс, используемый для мощения, акведуков и погребальных памятников. Но теперь документально подтверждено, что вулканические брекчии, отобранные за их пуццолановые свойства, также входили в эту сеть поставок. Торговля вулканическими материалами не ограничивалась крупными центрами центрально-южной части полуострова: существовала разветвленная сеть, учитывающая местные и региональные геологические ресурсы, которые римские строители умели точно определять и использовать.

Исследователи подчеркивают методологический урок, который извлекается из этой работы. Сочетание относительно быстрых аналитических методов — петрографии, рентгеновской дифракции, рентгеновской флуоресценции — применяемых поэтапно и подкрепленных исчерпывающей справочной базой данных, позволяет определять происхождение материала с точностью до уровня отдельных карьеров. Идентификация карьера Вилла Драги, места добычи, вероятно, заброшенного после римских времен, показывает, что древние строители обнаруживали и использовали источники пуццолана с пространственным разрешением порядка десятков квадратных метров.

В заключении статьи это четко указано: «Эти результаты свидетельствуют о невероятно высоком уровне владения местной геологией, существовавшей два тысячелетия назад: способность ремесленников распознавать и избирательно использовать небольшие обнажения горных пород для конкретных целей, таких как пуццолановые заполнители для строительных растворов, демонстрирует впечатляющий уровень технической и территориальной экспертизы. Парадоксально, но это заставляет нас пересмотреть наши современные методы: несмотря на наши передовые технологии и теоретический опыт, современная практика в значительной степени утратила глубокие, непосредственные эмпирические знания о материалах, которыми обладали древние люди».

Пуццолана из виллы Драги не упоминается у Витрувия. Это не пульвис путаоланус и не гарена фоссиция. Это местный ресурс, скромный на вид, но отобранный с умом и неустанно эксплуатируемый по меньшей мере три столетия. Его повторное открытие напоминает нам, что археология римского строительства еще далека от того, чтобы исчерпать свои сюрпризы, и что под фундаментами его зданий все еще лежат следы гуманизированной геологии, которую только междисциплинарный подход может спасти от забвения.