Giải mã bí mật giúp những công trình đá vôi của người Maya hàng nghìn năm không đổ
Văn hóa cổ đại của người Maya luôn khiến mọi người bị hấp dẫn, một trong số đó chính là kiến trúc. Điều gì đã giúp những công trình khổng lồ bằng đá vôi vào thời Maya có thể trụ vững hàng nghìn năm trong môi trường ẩm ướt? Gần đây, các khoa học gia cuối cùng đã khám phá ra bí mật này.
Một nhóm nghiên cứu của Đại học Granada (UGR), Tây Ban Nha, một đại học với lịch sử gần 500 năm tuổi, do Giáo sư Carlos Rodríguez-Navarro thuộc Khoa Khoáng vật học và Thạch học dẫn đầu, đã tiến hành hợp tác với Đại học Harvard và Phòng thí nghiệm Bảo tồn Điêu khắc Maya ở Copán (Honduras). Họ phát hiện ra rằng, người Maya đã thêm các chất chiết xuất đặc biệt từ thực vật vào thạch cao để cường hóa tính năng của thạch cao. Kết quả của nhóm nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science vào ngày 19/04/2023.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã đến Copán ở phía tây Honduras, Trung Mỹ. Họ thu thập nhiều mẫu kiến trúc kinh điển từ thời kỳ giữa đến cuối nền văn minh Maya (540~850 sau Công nguyên), bao gồm cả đền thờ Rosalila nổi tiếng trên điểm cao nhất của Cung điện Hoàng gia. Các bức tường bên ngoài của ngôi đền được trát bằng chất liệu vôi thạch cao màu hồng rất mịn, là kiến trúc rất tiêu biểu trong nền văn minh Maya.
Theo các khoa học gia, việc sử dụng vôi thạch cao (vôi trộn với thạch cao) có từ khoảng 10,000 đến 12,000 năm trước Công nguyên. Thông thường là đem nung đá vôi tự nhiên (calci cacbonat, CaCO3) hoặc vỏ sò v.v. Đá cacbonat thu được sau khi loại bỏ carbon dioxide được sử dụng để làm vôi sống (calci oxide, CaO). Vôi sống được tôi với nước để thành vôi ngậm nước (Ca(OH)2), cuối cùng nó sẽ kết hợp với carbon dioxide trong không khí để ngưng kết thành xi măng calci cacbonat với độ tinh khiết cao.
Vào khoảng năm 1100 trước Công nguyên, người Maya đã sử dụng công thức vôi thạch cao để tạo ra một loại vật liệu vôi bền dùng cho các công trình kiến trúc, cho phép chúng đứng vững trong môi trường nhiệt đới nóng ẩm trong hơn 1,200 năm. Điều này đã chứng tỏ vữa và thạch cao trong loại vật liệu này có thể chống lại sự phân rã, nứt hoặc co giãn của kết cấu.
Trước đây, rất nhiều khoa học gia đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về vật liệu trong kiến trúc cổ đại của người Maya, bao gồm một lượng lớn bằng chứng dân tộc học, khảo cổ học và phân tích, cho thấy những người thợ hồ thời đó đã sử dụng chiết xuất từ thực vật, nhưng vẫn chưa thực sự xác nhận được nguyên nhân. Mãi cho đến bây giờ, bí mật của loại vật liệu hiệu suất cao này mới chính thức được tiết lộ.
Trong quá trình nghiên cứu, các thành viên trong nhóm của Giáo sư Carlos Rodríguez-Navarro đã tìm thấy cảm hứng từ cuốn biên niên sử “Bán đảo Yucatan” (Península de Yucatán) do giám mục Diego de Landa biên soạn vào thế kỷ 16. Cuốn sách có đề cập cụ thể rằng, mái của những tòa kiến trúc của người Maya phần lớn đều được trát bằng vật liệu vôi đặc biệt, khiến cho chúng rất chắc chắn. Và vật liệu này sử dụng một số loại nhựa cây nào đó.
Các khoa học gia đã nghiên cứu các mẫu vật thu thập được từ vùng Copán thông qua các kỹ thuật phân tích như kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X và kính hiển vi ánh sáng phân cực v.v.
Trong quá trình kiểm tra, họ phát hiện ra rằng những mẫu này đều chứa các hợp chất hữu cơ và các chất kết dính có tinh thể calcit sinh học (calci cacbonat, CaCO3), giống như xi măng phiên bản hiện đại có chứa các đặc điểm cấu trúc nano của khoáng chất calcit sinh học (ví như vỏ của động vật thân mềm hai mảnh vỏ). Những chất hữu cơ này làm cho vôi thạch cao có độ dẻo, độ dai, khả năng chống chịu thời tiết và chống hư hại tốt.
Để hiểu nguồn gốc của những tinh thể đặc biệt này và để chứng minh rằng các hợp chất hữu cơ carbohydrate trong vữa vôi (hỗn hợp của vôi, cốt liệu, cát và nước) giống với các khoáng chất calcit sinh học (về mặt cơ học mạnh hơn nhiều so với calcit vô cơ nguyên chất), nhóm nghiên cứu đã tìm sự trợ giúp của những người thợ hồ Maya địa phương.
Những người thợ hồ này có công thức làm thạch cao riêng được truyền từ đời này sang đời khác. Họ chiết xuất nhựa từ vỏ của các loại cây địa phương có tên là Chukum và Jiote. Sau đó chiết xuất nhựa cây này được thêm vào vôi thạch cao.
Phương pháp này là để quan sát xem các tinh thể được chế thành có giống với của các tinh thể từ công trình kiến trúc cổ Maya hay không. Kết quả cho thấy, vật liệu được tạo ra bằng phương pháp này có cấu trúc tinh thể và đặc điểm tương tự như các hợp chất hữu cơ (Polysaccarit) có trong thạch cao của người Maya cổ đại.
Nhóm nghiên cứu kết luận rằng người Maya cổ đại và các nền văn minh cổ đại khác đã khéo léo sử dụng kỹ thuật mô phỏng sinh học (tức là mô phỏng theo tự nhiên) khi phát triển kỹ thuật làm vôi của riêng họ, bổ sung các chất phụ gia hữu cơ tự nhiên để cường hóa khả năng kết dính giữa vữa vôi và bùn vôi.
Trên thực tế, rất nhiều nền văn minh cổ đại trên thế giới đều đã sử dụng thạch cao vôi và vôi vữa để làm vật liệu xây dựng, đồng thời họ cũng cho thêm các thành phần hữu cơ tự nhiên, chẳng hạn như chiết xuất từ thực vật, gạo nếp, nước ép, dầu, mỡ động vật, thậm chí thêm chất hữu cơ như máu và bia v.v. để cường hóa vật liệu, làm cho các công trình kiến trúc thêm vững chắc.
Hầu hết các công trình kiến trúc lớn được xây dựng trước triều đại Bắc Ngụy ở Trung Quốc (386~535) đều lấy đất nện làm chủ (hỗn hợp gồm bùn đỏ, cát thô, vôi và một lượng nhỏ máu động vật). Sau này, khi nhu cầu xây dựng tăng lên, rất nhiều công trình kiến trúc lớn sau thời Đường và thời Tống đều đã sử dụng vữa chế từ gạo nếp và đất nện để kết dính các khối đá xây. Sức chống đỡ của nó mạnh hơn nhiều so với vữa vôi đơn thuần, khả năng chống nước cũng tốt hơn.
