Вулканические породы, напоминающие римский бетон, объясняют рекордный подъём грунта в итальянской кальдере

Открытие армированного волокнами, похожего на бетон камня, сформировавшегося в недрах спящего супервулкана, может объяснить необычный подъём грунта, который привёл к эвакуации итальянского портового города, и вдохновить на создание долговечных строительных материалов. К такому выводу пришли учёные из Стэнфордского университета.

«Натуральный бетон» вулкана Кампи Флегрей похож на легендарный римский бетон, использовавшийся для строительства Пантеона, Колизея и античных портов по всему Средиземноморью. Начавшееся в 1982 году поднятие грунта под городом Поццуоли достигло за два года беспрецедентных 1,8 метра, сопровождалось роем микроземлетрясений и вынудило эвакуировать около 40 000 жителей.

Исследование кернов, пробуренных в 1980-х годах на глубину около 3 км, показало, что покровная порода (кэпрок) кальдеры богата пуццолановым пеплом и содержит цементирующие минералы тоберморит и эттрингит, которые делают её более пластичной. Это объясняет, почему грунт выдерживал значительную деформацию до растрескивания. Ключом к разгадке стал минерал актинолит в карбонатных породах глубокого основания кальдеры. Учёные установили, что под воздействием тепла и циркулирующих флюидов происходит реакция декарбонизации, в результате которой образуется, в том числе, природная гидроксид кальция (гашёная известь). Эта известь поднимается флюидами и вступает в реакцию с пуццолановым пеплом, формируя прочный бетоноподобный слой.

Этот естественный процесс химически идентичен тому, который древние римляне эмпирически использовали для создания своего бетона, вероятно, вдохновившись свойствами пепла Поццуоли. Однако та же реакция может вызывать и подъём грунта: избыточная декарбонизация генерирует CO₂ и другие газы, которые давят на слой «природного бетона», деформируя его, что в итоге приводит к землетрясениям. Учёные полагают, что аналогичные процессы могут происходить в других кальдерах мира. Понимание этих механизмов открывает путь к созданию более прочных, устойчивых к нагрузкам и способных к «самозалечиванию» экологичных бетонов.