ภาษาไทยนวัตกรรมและวิทย์น่ารู้ ตอนที่ 12 : Ancient Roman Concrete
เมื่อสองพันปีก่อน ชาวโรมันได้สร้างกำแพงคอนกรีตกั้นนำ้ทะเลและท่าเรือขึ้นหลายแห่ง คอนกรีตของชาวโรมันที่สร้างตั้งแต่ตอนนั้นสามารถทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลและคงอยู่จนถึงทุกวันนี้ นอกจากนั้นยังพบว่าน้ำทะเลมีส่วนทำให้คอนกรีตของชาวโรมันแข็งแกร่งขึ้นด้วย ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามที่จะค้นหาวิธีและส่วนประกอบของคอนกรีตที่ชาวโรมันใช้ ถึงแม้ว่าอาณาจักรโรมันจะล่มสลายไปนานแล้วก็ตาม
ภาพนักวิทยาศาสตร์กำลังเก็บตัวอย่างจากท่าเรือของชาวโรมัน Portus Cosanus ในเมือง Orbetello ประเทศ Italy; ตัวอย่างที่เก็บได้ถูกนำไปวิเคราะห์ด้วยเครื่อง X-rays ที่ Berkeley Laboratory (เครดิตภาพ: J.P. Oleson)
โดยปกติ น้ำทะเลสามารถกัดกร่อนสิ่งก่อสร้างตามชายฝั่งได้ภายในไม่กี่สิบปี แต่คอนกรีตของชาวโรมันสามารถทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้กว่าสองพันปี ไม่แค่นั้นกลับแข็งแรงขึ้นมากด้วย นักวิทยาศาสตร์พบว่า คอนกรีตของชาวโรมันเป็นส่วนผสมของ เถ้าภูเขาไฟ และ ปูนขาว (quicklime)
Philip Brune นักวิทยาศาสตร์ของ DuPont Pioneer กล่าวว่า “วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างของชาวโรมัน ทนทานที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ”
Marie Jackson ผู้เชี่ยวชาญด้านคอนกรีตของชาวโรมันของมหาวิทยาลัย Utah ได้ศึกษาโครงสร้างของมันอย่างละเอียด ในโครงการที่มีชื่อว่า Roman Maritime Concrete Study และได้สรุปว่า “ลักษณะของคอนกรีตของชาวโรมันมีส่วนคล้ายกับหินลาวาที่อยู่ใต้น้ำทะเลมาก” ผลการศึกษาวิจัยของ Marie Jackson ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร American Mineralogist (http://ammin.geoscienceworld.org/content/102/7/1435) เมื่อไม่นานนี้
ผลการวิจัยพบว่า คอนกรีตของชาวโรมันเต็มไปด้วย growing crystals ขนาดเล็กที่น่าจะช่วยป้องกันคอนกรีตจากการแตกหัก และยังพบว่ามีปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นได้ยาก คือ เกิดผลึกของ aluminous tobermorite งอกออกจากแร่ที่เรียกว่า phillipsite ผู้วิจัยสรุปว่า ส่วนผสมสำคัญที่ทำให้เกิดปฏิกิริยานี้คือ นำ้ทะเล
เมื่อน้ำทะเลแทรกเข้าไปในเนื้อคอนกรีต จะทำให้เกิดปฏิกิริยากับแร่ phillipsite (ซึ่งพบในธรรมชาติในหินภูเขาไฟ) ทำให้เกิดผลึก tobermorite ซึ่งโดยปกติแล้ว ผลึก Aluminous tobermorite จะสังเคราะห์ได้ยากมาก และต้องการอุณหภูมิสูงมากๆในการสังเคราะห์
ภาพผลึก Aluminous tobermorite เกิดขึ้นจำนวนมากในคอนกรีตของชาวโรมัน (เครดิตภาพ Marie Jackson)
ชาวโรมันใช้เถ้าภูเขาไฟที่เฉพาะเจาะจงมาจากเหมืองแห่งหนึ่งในประเทศ Italy ซึ่งขณะนี้ Jackson กำลังพยายามที่จะสร้างคอนกรีตแบบเดียวกับชาวโรมัน โดยใช้น้ำทะเลจาก San Francisco และ หินภูเขาไฟ เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเช่นเดียวกันกับที่เกิดในคอนกรีตของชาวโรมัน ถ้า Jackson ทำสำเร็จ คอนกรีตของเธอจะเป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งของมนุษยชาติ สำหรับช่วยป้องกันแนวชายฝั่งทะเลจากการกัดเซาะ
จากผลการศึกษาในปี 2014 ของทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรป คาดการณ์ว่า อีก 90 ปีข้างหน้า ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง เพื่อป้องกันระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น น่าจะสูงถึง 71 พันล้านดอลล่าร์ต่อปี และถ้าไม่มีการสร้างสิ่งก่อสร้างมาป้องกัน ความเสียหายอาจจะสูงถึง 1 ล้านล้านดอลล่าร์ต่อปี
สิ่งก่อสร้างคอนกรีตสมัยใหม่ต้องการใช้เหล็กเพื่อเสริมความแข็งแกร่ง แต่คอนกรีตของชาวโรมันไม่ต้องการเหล็ก ใช้แค่เพียงคอนกรีตก็แข็งแรงพอที่จะต้านทานน้ำทะเลได้เป็นพันๆปี
วิธีการทำคอนกรีตของชาวโรมัน เป็นกุญแจสำคัญที่จะช่วยป้องกันระดับน้ำทะเลที่กำลังเพิ่มสูงขึ้นตามเมืองสำคัญต่างๆทั่วโลก และจะช่วยแก้ปัญหาการกัดเซาะชายฝั่งที่กำลังเกิดขึ้นทั่วโลก รวมถึงประเทศไทยที่กำลังประสบปัญหาการกัดเซาะชายฝั่งอย่างรุนแรงในหลาย ๆ พื้นที่ ส่งผลให้เกิดความสูญเสียทรัพย์สิน ทำให้เสียทัศนียภาพ ซึ่งส่งผลกระทบต่อธุรกิจการท่องเที่ยว และยังทำให้เกิดความเสียหายด้านทรัพยากรชายฝั่งด้วย โดยอัตราการกัดเซาะชายฝั่งทะเลของประเทศไทยเฉลี่ยมากกว่า 5 เมตรต่อปี (จัดอยู่ในระดับรุนแรง) ดังนั้นการศึกษาวิธีการทำคอนกรีตของชาวโรมันเมื่อสองพันปีก่อน จึงมีประโยชน์อย่างมากต่อประเทศไทย
ณัฐชนน อมรธำมรงค์
CIMAS/AOML, NOAA, Miami, FL
VDO Youtube link: https://www.youtube.com/watch?v=ikH6Vmb0pog
