Каменщики древних майя придумали умный способ сделать штукатурку прочнее

Древний город майя может показаться маловероятным местом для экспериментов с патентованными химическими веществами. Но ученые считают, что именно это и произошло в Копане, археологическом комплексе, расположенном в долине в горных тропических лесах современного западного Гондураса.

По подсчетам историков, золотой век Копана начался в 427 году н.э., когда в долину с северо-запада пришел царь по имени Якс Кʼукʼ Моʼ. Его династия построила одну из жемчужин мира майя, но покинула ее к X веку, оставив дворы и площади на милость джунглей. Спустя более 1000 лет здания Копана сохранились на удивление хорошо, несмотря на то, что так долго пеклись под тропическим солнцем и влажностью.

Возможно, секрет кроется в штукатурке, которой майя покрывали стены и потолки Копана. Новые исследования показывают, что сок коры местных деревьев, который мастера майя подмешивали в штукатурку, способствовал укреплению ее структуры. Случайно или намеренно, но строители майя создали материал, не похожий на перламутр - природный элемент раковин моллюсков.

"Мы наконец-то раскрыли секрет древних каменщиков майя", - говорит Карлос Родригес Наварро, минералог из Университета Гранады в Испании и первый автор статьи. Родригес Наварро и его коллеги опубликовали свою работу сегодня в журнале Science Advances.

Производители гипса следовали довольно простому рецепту. Начните с карбонатной породы, такой как известняк, обожгите ее при температуре более 1000 градусов по Фаренгейту, смешайте с водой полученную негашеную известь, а затем поставьте смесь в реакцию с углекислым газом из воздуха. Конечный продукт - это то, что строители называют известковой штукатуркой или известковым раствором.

Цивилизации по всему миру открыли этот процесс, часто независимо друг от друга. Например, мезоамериканцы в Мексике и Центральной Америке научились делать это примерно к 1100 году до нашей эры. Хотя древние люди нашли его полезным для покрытия поверхностей или скрепления кирпичей, эта базовая известковая штукатурка не отличается особой прочностью по современным стандартам.

Но, как блюдо может отличаться в разных городах, так и рецепты известковой штукатурки варьировались от места к месту. "Некоторые из них работают лучше, чем другие", - говорит Адмир Масич, материаловед из Массачусетского технологического института, который не принимал участия в исследовании. Майская известковая штукатурка, по мнению экспертов, является одной из лучших".

Родригес Наварро и его коллеги хотели узнать, почему. Они нашли первую подсказку, когда исследовали куски штукатурки размером с кирпич со стен и пола Копана с помощью рентгеновского и электронного микроскопов. Внутри некоторых кусков они обнаружили следы органических материалов, таких как углеводы.

По словам Родригеса Наварро, это вызвало у них любопытство, поскольку, казалось, подтверждало археологические и письменные данные, свидетельствующие о том, что древние каменщики майя добавляли в штукатурку растительные вещества. Другие стандартные ингредиенты (известь и вода) не могли объяснить сложные углеродные цепочки.

Чтобы проследить этот путь, авторы решили сами изготовить историческую штукатурку. Они обратились к живым каменщикам и потомкам майя в окрестностях Копана. Местные жители указали им на деревья чукум и джиоте, растущие в окрестных лесах, а именно на сок, который выделялся из коры этих деревьев.

Авторы проверили реакцию сока при смешивании с гипсом. Он не только упрочнял материал, но и делал штукатурку нерастворимой в воде, что отчасти объясняет, как Копан так хорошо сохранился в местном климате.

Микроскопическая структура усиленного растениями гипса похожа на перламутр: радужное вещество, которым некоторые моллюски покрывают свои раковины. Мы не до конца понимаем, как моллюски создают перламутр, но знаем, что он состоит из кристаллических пластин, в которые вплетены эластичные белки. Эта комбинация делает внешнюю поверхность раковин морских животных более жесткой и укрепляет их от выветривания под воздействием волн.

Внимательное изучение древних образцов гипса и современного аналога показало, что в них также присутствуют слои каменистых пластин кальцита и органического сапфирового материала, что придает материалам ту же упругость, что и перламутр. "Они смогли воспроизвести то, что делают живые организмы", - говорит Родригес Наварро.

"Это действительно интересно", - говорит Масич. "Похоже, что он улучшает свойства [обычного гипса]".

Теперь Родригес Наварро и его коллеги пытаются ответить на другой вопрос: Могли ли другие цивилизации, которые зависели от каменной кладки - от Иберии до Персии и Китая - открыть тот же секрет? Мы знаем, например, что китайские мастера, изготавливающие известковую штукатурку, добавляли в суп клейкий рис для дополнительной прочности.

Штукатурка - не единственный вековой материал, который ученые реконструировали. Масич и его коллеги обнаружили, что древнеримский бетон обладает способностью к "самовосстановлению". Более двух тысячелетий назад строители империи, возможно, добавляли негашеную известь в каменный заполнитель, создавая микроскопические структуры в материале, которые помогают заполнить поры и трещины при попадании в них морской воды.

Если это свойство звучит полезно, то современные инженеры тоже так думают. Существует цветущая область, посвященная изучению и воссозданию материалов прошлого. Стоящие конструкции из археологических раскопок уже доказали, что они могут выдержать испытание временем. В качестве бонуса можно отметить, что древние люди, как правило, работали более экологичными методами и использовали меньше топлива, чем их промышленные коллеги.

"Работа Майя... является еще одним прекрасным примером такого [научного] подхода", - говорит Масич.

Не то чтобы штукатурка майя заменила бетон, который повсеместно используется в современном мире, но ученые говорят, что она может найти применение в сохранении и обновлении каменной кладки доиндустриальных зданий. Прикосновение сока растения может увеличить срок службы строения на несколько столетий.