По словам исследователей, богатые минералами воды, берущие начало в Апеннинских горах Италии, текли по акведуку Анио Новус в Древнем Риме и оставили после себя подробные каменные записи прошлых гидравлических условий. Два исследования, характеризующие слоистые отложения известняка, называемые травертином, в пределах Анио Новус, являются первыми, которые документируют возникновение антигравитационных волн роста и устанавливают, что эти особенности дают ключ к истории древних систем транспортировки и хранения воды.

По словам Фуке, в этих междисциплинарных исследованиях, проведенных профессором геологии Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн Брюсом Фоуком и опубликованных в журналах Scientific Reports и GSA Special Papers, применяются передовые инженерные принципы и микроскопия с высоким разрешением, чтобы установить спорную новую теорию о том, как образовался волнистый травертин.

Когда вода, полученная из реки Анио и подземного озера близ Субьяко, Италия, текла, она оставляла после себя волнистые слои травертина из карбоната кальция, которые скапливались вдоль внутренних полов, стен и потолков акведука Анио Новус.

В полевых условиях исследователи собрали ориентированные вверх и вниз по течению образцы травертина, которые демонстрируют две выдающиеся особенности: светлые и темные наслоения в миллиметровом масштабе, а волнистые формы ряби в сантиметровом масштабе сохраняются во всех этих слоях.

По словам исследователей, предыдущие исследования без каких-либо доказательств предполагали, что слои в травертине Anio Novus являются результатом изменений скорости потока, вызванных сезонными изменениями или инженерными методами, применяемыми римлянами. Однако травертин с аналогичными слоистыми формами в древних системах акведуков встречается во всем мире, независимо от регионального климата или эксплуатации.

Специализацией Фуке является интерпретация того, как микробы, процветающие в богатых минералами водах, влияют на кристаллическую архитектуру травертина и других подобных месторождений полезных ископаемых в природе. Его группа много работала, чтобы раскрыть геологическую историю слоистых минеральных образований, что позволило сделать выводы о жизни на Марсе от Йеллоустоуна до коралловых рифов в Австралии и даже внутри человеческого тела.

"Воды Субьяко химически схожи с водами Йеллоустоунского национального парка, где переносимые водой микробы образуют маты и биопленки, которые играют решающую роль в форме и структуре знаменитых ступенчатых травертиновых элементов Мамонтовых горячих источников", - сказал Фуке. "Мы также обнаружили ископаемые микробы и остатки растений в темных слоях отложений травертина Анио Новус. Как только мы осознали сходство между Субьяко и йеллоустоунскими водами, мы поняли, что у нас есть база знаний и опыт, необходимые для того, чтобы начать разгадывать историю и тайну последнего потока Анио Новус, самого длинного и самого значительного из древнеримских акведуков".

Фуке и Марсело Гарсия — профессор гражданского строительства и экологической инженерии в Университете Калифорнии и соавтор исследования - работали со своими командами, чтобы тщательно измерить геометрию волнистых слоев травертина Anio Novus, чтобы получить необычную интерпретацию.

"Геолог скажет вам, что единственный способ образования ряби - это сдвиг жидкости и зависящий от силы тяжести перенос отложений", - сказал Фуке. "Теория заключается в том, что вода или ветер могут перемещать рыхлые отложения в волнообразные формы, которые медленно продвигаются и под действием силы тяжести образуют знакомые асимметричные формы ряби, которые мы видим вдоль берегов рек, дюн и в древних осадочных породах, отложившихся в этих средах".

Однако команда Фуке утверждает, что кристаллы травертина Anio Novus выпадали в осадок, росли и накапливались в проточной воде акведука — независимо от сил тяжести и благодаря форме и биохимическому составу колоний микроорганизмов — образуя то, что они называют "рябью роста кристаллов травертина".

В то время как сложные процессы, контролирующие рябь роста кристаллов травертина, заметно отличаются от процессов, контролирующих рябь переноса осадка, исследователи сказали, что они визуально похожи. Геометрия ряби вдоль вертикальных стен акведука идентична геометрии ряби вдоль этажей — свидетельство того, что механизмы, формирующие рябь роста кристаллов, не зависят от силы тяжести.

Убедившись, что структуры представляют собой следы ряби, отражающие поток, Гарсия и его команда измерили геометрию ряби, чтобы восстановить объем и скорость воды, текущей по акведуку во времена древнего Рима.

"Поскольку немногие исследователи когда-либо раньше распознавали эти структуры как рябь, никто не использовал силу формы ряби вместе с принципами механики жидкости для создания такого рода реконструкции", - сказал Гарсия.

Используя травертин, нанесенный в непосредственном контакте с первоначальным раствором для акведуков, исследователи пришли к выводу, что, когда акведуки были впервые включены, вода текла со скоростью около одного метра в секунду — достаточно быстро, чтобы затопить футбольное поле в течение часа — намного быстрее, чем предполагалось ранее.

По словам исследователей, тот факт, что вдоль потолков каналов акведука имеется волнистый травертин, указывает на то, что они работали на полную мощность. Это наблюдение предполагает, что предыдущие исследования были неверны, утверждая, что слои образовались из-за сезонного изменения стока или когда римляне использовали инженерные средства для контроля скорости потока.

"Эти акведуки были гораздо более надежными, чем когда-либо предполагалось", - сказал Фуке. "Поток был больше, чем предполагалось, и эта скорость потока постоянно поддерживалась".

В настоящее время исследователи извлекают древние окаменелые микробы и их биомолекулы, попавшие в травертин, чтобы узнать больше о том, какие микробы — и возможные патогены — употребляли римляне.

"Историки и археологи живо интересуются тем, что привело к падению Римской империи", - сказал Фуке. "Учитывая, что акведуки сыграли важную роль в успехе римлян, любая информация, почерпнутая из гибели акведуков, может быть полезна в этом начинании".