Mineraalrijke wateren afkomstig uit de Apennijnen van Italië stroomden door het oude Rome's Anio Novus-aquaduct en lieten een gedetailleerd rotsrecord achter van vroegere hydraulische omstandigheden, aldus onderzoekers. Twee studies die gelaagde kalksteenafzettingen, travertijn genaamd, in de Anio Novus karakteriseren, zijn de eerste die het optreden van anti-zwaartekrachtgroei-rimpelingen documenteren en vaststellen dat deze kenmerken aanwijzingen geven voor de geschiedenis van oude watertransport- en opslagsystemen.

Deze multidisciplinaire studies, geleid door de geologieprofessor Bruce Fouke van de Universiteit van Illinois, Urbana-Champaign en gepubliceerd in de tijdschriften Scientific Reports en GSA Special Papers , pas geavanceerde technische principes en microscopie met hoge resolutie toe om een ​​controversiële nieuwe theorie vast te stellen over hoe de gegolfde travertijn werd gevormd, zei Fouke.

Terwijl het water - afkomstig van de Anio-rivier en een ondergronds meer bij Subiaco, Italië - stroomde, liet het gegolfde lagen calciumcarbonaattravertijn achter die zich ophoopten langs de binnenvloeren, muren en plafonds van het Anio Novus-aquaduct.

In het veld verzamelden de onderzoekers stroomopwaarts-stroomafwaarts georiënteerde travertijnmonsters die twee opvallende kenmerken vertonen:lichte en donkere gelaagdheidspatronen op millimeterschaal en golvende rimpelvormen op centimeterschaal blijven in die lagen bestaan.

Eerdere studies hebben zonder bewijs voorgesteld dat de lagen in de Anio Novus-travertijn het resultaat zijn van veranderingen in de stroomsnelheid die zijn geïnitieerd door seizoensveranderingen of technische methoden die door de Romeinen zijn ingevoerd, aldus de onderzoekers. Travertijn met vergelijkbare gelaagde vormen in oude aquaductsystemen komt echter wereldwijd voor, ongeacht het regionale klimaat of de werking.

Fouke's specialiteit is het interpreteren van hoe microben die gedijen in mineraalrijk water, de kristallijne architectuur van travertijn en andere soortgelijke minerale afzettingen in de natuur beïnvloeden. Zijn groep heeft uitgebreid gewerkt aan het onthullen van de geologische geschiedenis van gelaagde minerale formaties - en heeft conclusies opgeleverd over het leven op Mars via Yellowstone naar koraalriffen in Australië - en zelfs in het menselijk lichaam.

"De wateren van Subiaco zijn chemisch vergelijkbaar met de wateren van Yellowstone National Park, waar watergedragen microben matten en biofilms vormen die een cruciale rol spelen in de vorm en structuur van de beroemde getrapte travertijnkenmerken van Mammoth Hot Springs," zei Fouke. "We hebben ook fossiele microben en plantenresten geïdentificeerd in de donkere lagen van de Anio Novus-travertijnafzettingen. Toen we eenmaal de gelijkenis tussen Subiaco en Yellowstone-wateren realiseerden, wisten we dat we de kennis en ervaring hadden die nodig was om de geschiedenis en het mysterie te ontrafelen van de laatste stroom van de Anio Novus, de langste en belangrijkste van de oude Romeinse aquaducten."

Fouke en Marcelo Garcia - een professor civiele en milieutechniek aan de U. of I. en co-auteur van de studie - werkten samen met hun teams om de geometrie van de gegolfde lagen van de Anio Novus-travertijnen nauwgezet te meten om een ​​ongebruikelijke interpretatie te geven.

"Een geoloog zal je vertellen dat de enige manier om rimpelingen te vormen is door middel van fluïdumschuifkracht en zwaartekrachtafhankelijk sedimenttransport," zei Fouke. "De theorie is dat water of wind los sediment kan verplaatsen in golfachtige vormen die langzaam vooruitgaan en worden beïnvloed door de zwaartekracht om de bekende asymmetrische rimpelvormen te vormen die we zien langs rivieroevers, duinen en in de oude sedimentaire gesteenten die in deze omgevingen zijn afgezet." P>

Het team van Fouke stelt echter dat de Anio Novus-travertijnkristallen zijn neergeslagen, gegroeid en opgehoopt in het stromende water van het aquaduct - onafhankelijk van de zwaartekracht en geholpen door de vorm en biochemische samenstelling van microbiële kolonies - om te vormen wat zij "travertijnkristal" noemen. groei rimpelt."

Hoewel de complexe processen die de groeirimpels van travertijnkristallen beheersen duidelijk verschillen van die welke de rimpelingen van sedimenttransport beheersen, zeiden de onderzoekers dat ze visueel vergelijkbaar zijn. De geometrieën van rimpelingen langs de verticale wanden van het aquaduct zijn identiek aan die langs de vloeren - een bewijs dat de mechanismen die kristalgroeirimpels vormen niet afhankelijk zijn van de zwaartekracht.

Ervan overtuigd dat de structuren rimpelingen zijn die de stroming weerspiegelen, hebben Garcia en zijn team de geometrie van de rimpeling gemeten om het volume en de snelheid van het water dat door het aquaduct stroomde tijdens de oude Romeinse tijd te reconstrueren.

"Omdat maar weinig onderzoekers deze structuren ooit eerder als rimpelingen hadden herkend, had niemand de kracht van de vorm van een rimpeling, samen met vloeistofmechanica-principes, gebruikt om dit soort reconstructie te produceren," zei Garcia.

Met behulp van de travertijn die in direct contact met de originele aquaductmortel was afgezet, concluderen onderzoekers dat toen de aquaducten voor het eerst werden ingeschakeld, het water erdoor stroomde met een snelheid van ongeveer een meter per seconde - snel genoeg om binnen een uur een voetbalveld te laten overstromen - veel sneller dan eerder werd aangenomen.

Het feit dat gegolfd travertijn langs de plafonds van de aquaductkanalen bestaat, geeft aan dat ze op volle capaciteit werkten, aldus de onderzoekers. Deze observatie suggereert dat eerdere studies onjuist waren door te stellen dat de lagen gevormd werden door seizoensveranderingen in de stroming of wanneer Romeinen technische middelen gebruikten om de stroomsnelheid te regelen.

"Deze aquaducten waren veel robuuster dan ooit werd gerealiseerd," zei Fouke. "De stroom was groter dan voorzien, en die stroomsnelheid werd constant gehandhaafd."

De onderzoekers extraheren nu de oude gefossiliseerde microben en hun biomoleculen die gevangen zitten in het travertijn om meer te weten te komen over wat voor soort microben - en mogelijke pathogenen - de Romeinen dronken.

"Historici en archeologen zijn zeer geïnteresseerd in wat leidde tot de val van het Romeinse rijk," zei Fouke. "Aangezien de aquaducten een belangrijke rol speelden in het succes van de Romeinen, kan alle informatie die is verkregen uit de ondergang van de aquaducten nuttig zijn bij dit streven." + Verder verkennen

'Fettuccine' is misschien wel het meest voor de hand liggende teken van leven op Mars, melden onderzoekers