Los romanos se inspiraron en rocas volcánicas para producir hormigón

Los antiguos romanos se inspiraron en una roca volcánica para la fabricación de duraderos materiales de construcción, según explican científicos de la Universidad de Stanford, Estados Unidos.

El "hormigón natural" descubierto en el área volcánica Campos Flégreos (Campi Flegrei, en italiano), cerca de Nápoles, en Italia, es similar al hormigón romano, un compuesto legendario inventado por los romanos y que se utilizó para construir el Panteón, el Coliseo y los antiguos puertos a lo largo de todo el Mediterráneo.

"Esto implica la existencia de un proceso natural en el subsuelo de Campi Flegrei similar al que se usa para producir hormigón", afirma Tiziana Vanorio, geofísica experimental de la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford.

Campi Flegrei se encuentra en el centro de una gran depresión o caldera volcánica que está picada por cráteres formados durante erupciones pasadas, el último de los cuales sucedió hace casi 500 años. Ubicado dentro de esta caldera está el colorido puerto de la ciudad de Pozzuoli, que fue fundada en el año 600 aC por los griegos y llamada "Pozzuoli" por los romanos.

A partir de 1982, la tierra debajo de Pozzuoli comenzó a aumentar a un ritmo alarmante y en un lapso de dos años, la elevación superó seis pies (1,83 metros), una cantidad sin precedentes en cualquier parte del mundo. "El creciente fondo del mar dejó la bahía de Pozzuoli demasiado superficial para grandes embarcaciones", explica Vanorio.

Para empeorar las cosas, la hinchazón del suelo fue acompañada por un enjambre de micro-terremotos. Muchos de los temblores eran demasiado pequeños para sentirse, pero cuando un terremoto de magnitud 4 sacudió Pozzuoli, los gobernantes evacuaron el centro histórico de la ciudad, de forma que Pozzuoli se convirtió en un pueblo fantasma durante la noche.

Vanorio, que entonces era un adolescente, fue uno de los aproximadamente 40.000 residentes obligados a huir de Pozzuoli y establecerse en pueblos dispersos entre Nápoles y Roma.

El evento le causó una gran impresión e inspiró a sus intereses en las ciencias de la tierra. Ahora, como profesor asistente en Stanford, decidió aplicar sus conocimientos sobre cómo las rocas en las profundidades de la Tierra responden a los cambios mecánicos y químicos para investigar cómo la tierra debajo de Pozzuoli era capaz de soportar tanta deformación antes de agrietarse y generar micro-terremotos.

"La inflamación de la tierra se produce en otras calderas como Yellowstone o Long Valley en Estados Unidos, pero nunca a este grado y, por lo general, requiere mucha menos elevación para desencadenar terremotos en otros lugares --detalla Vanorio--. En Campi Flegrei, los micro-terremotos se retrasaron durante meses a pesar de las muy grandes deformaciones del terreno".

Para entender por qué la superficie de la caldera es capaz de soportar tan increíble tensión sin agrietarse, Vanorio y un asociado postdoctoral, Waruntorn Kanitpanyacharoen, estudiaron núcleos de roca de la región.

A principios de la década de 1980, un programa de perforación profunda sondeó el sistema geotérmico activo de Campi Flegrei a una profundidad de cerca de 2 millas (3,22 kilómetros). Cuando estos expertos analizaron las muestras de roca, descubrieron que una dura capa de roca sello situada cerca de la superficie de la caldera de Campi Flegrei es rica en puzolana o cenizas volcánicas de la región.

Los científicos también notaron que la roca sello contenía minerales tobermorita y etringita que también se encuentran en hormigón hecho por el hombre. Estos minerales habrían hecho la roca sello de Campi Flegrei más dúctil y su presencia explica por qué el suelo debajo de Pozzuoli fue capaz de resistir esa flexión significativa antes de romperse.

Las muestras de roca sello mostraron que el profundo suelo de la caldera, el "muro" que forma la depresión similar a un tazón, consistía en rocas con carbonato similare, a la piedra caliza, y que intercalado dentro de las rocas carbonatadas había un mineral en forma de aguja llamado actinolita.

"La actinolita era la clave para entender todas las otras reacciones químicas que tenían que producirse para formar el cemento natural en Campi Flegrei", afirma Kanitpanyacharoen, que ahora está en la Universidad de Chulalongkorn, en Tailandia. A partir de la actinolita y el grafito, los científicos dedujeron que una reacción química llamada descarbonatación se estaba produciendo por debajo de Campi Flegrei.

Estos expertos creen que la combinación de calor y aguas descarbonatadas ricas en minerales que circulan por el suelo a gran profundidad es lo que provocó la formación de actinolita así como el gas dióxido de carbono. A medida que el CO2 se mezcla con el carbonato de calcio y el hidrógeno en las rocas del basamento, se desencadena una cascada química que produce varios compuestos, uno de los cuales es hidróxido de calcio.

El hidróxido de calcio, también conocido como portlandita o cal hidratada, es uno de los dos ingredientes clave en el hormigón fabricado por el hombre, incluyendo el hormigón romano. Los fluidos geotérmicos circulantes transportan esta cal de origen natural hasta menores profundidades, donde se combina con la ceniza puzolana en la roca sello para formar una roca impenetrable de tipo hormigón capaz de resistir fuerzas muy fuertes.

"Ésta es la misma reacción química que los antiguos romanos, sin saberlo, explotaron para crear su famoso hormigón, pero en Campi Flegrei ocurre de manera natural", afirma Vanorio, quein sospecha que la inspiración para el hormigón romano vino de la observación de las interacciones entre la ceniza volcánica en Pozzuoli y el agua de mar en la región. El filósofo romano Séneca, por ejemplo, señaló que el "polvo en PuzzUoli se convierte en piedra si toca el agua".

"Los romanos eran agudos observadores del mundo natural y finos empiristas --señala Vanorio--. Seneca, y antes de él Vitruvio, entendió que había algo especial acerca de la ceniza en Pozzuoli, y los romanos usaron la puzolana para crear su propio hormigón, aunque con una fuente diferente de cal".

Pozzuoli fue el principal puerto comercial y militar para el Imperio Romano y era común emplear puzolana como tanque de lastre de los buques mientras negociaban con granos del Mediterráneo oriental. Como resultado de esta práctica, la ceniza volcánica de Campi Flegrei y la utilización del hormigón romano se extendió por todo el mundo antiguo. Los arqueólogos han descubierto recientemente que los muelles en Alejandría, Cesarea y Chipre están todos hechos de hormigón romano y tienen puzolana como ingrediente principal.

Curiosamente, la misma reacción química que es responsable de las propiedades únicas de roca sello de Campi Flegrei también puede desencadenar su caída. Si se produce demasiado descarbonatación, como podría suceder si una gran cantidad de agua salada, o salmuera, se inyecta en el sistema, se provocará un exceso de dióxido de carbono, metano y vapor. Como estos gases se elevan hacia la superficie, chocarían contra la capa de cemento natural, deformando la roca sello. Esto es lo que levantó Pozzuoli, en la década de 1980.