Το Σαλαμινίων Βήμα είναι μια έντιμη προσπάθεια, ανιδιοτελής, που αξίζει την στήριξή σας.

Το σύστημα υδραγωγείων του 4ου και 5ου αιώνα της Κωνσταντινούπολης είναι, στα 426 χλμ., Η μεγαλύτερη γραμμή ύδρευσης του αρχαίου κόσμου. Οι εναποθέσεις ανθρακικού άλατος στο σύστημα υδραγωγείων παρέχουν ένα αρχείο τόσο των αρχαιολογικών εξελίξεων όσο και των παλαιο-περιβαλλοντικών συνθηκών κατά τη διάρκεια της περιόδου κατάθεσης. Η γραμμή υδραγωγείου μήκους 246 χιλιομέτρων fourth από τον τέταρτο αιώνα χρησιμοποιούσε πηγές από έναν μικρό υδροφορέα, ενώ μια επέκταση μήκους 180 ‐ χιλιομέτρων fifth πέμπτου to αιώνα στα δυτικά χτύπησε έναν μεγαλύτερο υδροφορέα. Αν και τα ιστορικά αρχεία μαρτυρούν τουλάχιστον 700 χρόνια δραστηριότητας υδραγωγείου, οι εναποθέσεις ανθρακικού στο υδραγωγείο εμφανίζουν λιγότερα από 27 χρόνια λειτουργίας. Αυτό σημαίνει ότι ολόκληρο το σύστημα πρέπει να έχει καθαριστεί από ανθρακικό άλας, πιθανώς κατά τη διάρκεια τακτικών εκστρατειών. Ένα τμήμα διπλού υδραγωγείου μήκους 50 χλμ. Στο κεντρικό τμήμα του συστήματος μπορεί να ήταν μια δαπανηρή αλλά πρακτική λύση για να επιτραπεί η επισκευή και ο καθαρισμός των υδραγωγείων ανθρακικού να διασφαλίσουν μια συνεχή παροχή νερού στην πόλη. Το κανάλι του 5ου αιώνα ήταν συνήθως μολυσμένο με πηλό, που προκλήθηκε από τη φύση του συστήματος υδραγωγείων και από πιθανές τοπικές ζημιές στο κανάλι. Αυτό το πλούσιο σε πηλό νερό θα μπορούσε να ήταν ένας από τους λόγους για την κατασκευή μεγάλων δεξαμενών στην Κωνσταντινούπολη.

εικόνα

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τα ρωμαϊκά υδραγωγεία είναι από τα μεγαλύτερα τεχνολογικά και πολιτιστικά επιτεύγματα της κλασικής αρχαιότητας και αντιπροσωπεύουν μια σημαντική εξέλιξη για την κοινωνία (Hodge,  2011 ; Oleson,  1984 ). Όπου αυτά τα υδραγωγεία τροφοδοτήθηκαν από καρστικές πηγές νερού, το ανθρακικό ασβέστιο συνήθως σχηματίστηκε στα κανάλια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανακατασκευή μοτίβων απόρριψης νερού, θερμοκρασίας και χημικής σύνθεσης στην αρχαιότητα (Passchier, Sürmelihindi, & Spöt,  2016a ; Sürmelihindi, & Spöt, Mertz Ra Kraus et al.,  2016β ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013). Οι εναποθέσεις ανθρακικών στα αρχαία υδάτινα συστήματα, επομένως, αποτελούν σημαντικό αρχείο περιβαλλοντικών, κλιματικών και λειτουργικών συνθηκών. Ωστόσο, εάν ο ρυθμός εναπόθεσης ήταν υψηλός, η συσσώρευση ανθρακικών αλάτων θα μπορούσε επίσης να εμποδίσει ένα κανάλι υδραγωγείου σε σύντομο χρονικό διάστημα, και ως εκ τούτου ο Frontinus 1 (30–103 AD) είχε ήδη συμβουλεύσει την τακτική αφαίρεση τέτοιων καταθέσεων. Ορισμένα υδραγωγεία δείχνουν πράγματι στοιχεία περιοδικού καθαρισμού και συντήρησης (Kienast,  1995 ; Passchier et al.,  2015 ). Μελετήσαμε τις εναποθέσεις ανθρακικού άλατος από τα κύρια υδραγωγεία της βυζαντινής πρωτεύουσας της Κωνσταντινούπολης, το μακρύτερο υδραγωγείο του αρχαίου κόσμου (Çeçen,  1996), για τον προσδιορισμό του τρόπου κατασκευής, χρήσης και συντήρησης αυτού του συστήματος. Στόχος μας ήταν να κατανοήσουμε πώς το περιβαλλοντικό περιβάλλον έπαιξε ρόλο στη διαχείριση των υδάτινων πόρων της πόλης, και αν υπήρχε κάποια ρύθμιση για την απομάκρυνση ανθρακικών αλάτων από τα κανάλια ή για εργασίες συντήρησης σε απάντηση σε φυσικούς κινδύνους όπως σεισμοί ή πλημμύρα.

1.1 Υδραγωγεία της Κωνσταντινούπολης

Όταν η Κωνσταντινούπολη ιδρύθηκε το 330 μ.Χ. ως η νέα πρωτεύουσα της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας, κληρονόμησε ένα σύστημα ύδρευσης του Αδριανού που είχε αρχικά σχεδιαστεί για την προκάτοχη πόλη του Βυζαντίου στην ίδια τοποθεσία (Σχήμα  1 , Μάνγκο,  1995 ). Αυτό το σύστημα υδραγωγείων, με μήκος 47 ‐ χλμ, ξεκίνησε στο Δάσος του Belgrad σε λόφους στα βόρεια της πόλης και παρείχε στα κάτω μέρη της πόλης νερό, αλλά δεν μπόρεσε να τροφοδοτήσει τις νέες, ανώτερες περιοχές του (Crow,  2019 , p. 214; Snyder,  2012 , σελ. 199). Η νέα πόλη της Κωνσταντινούπολης, επομένως, απαιτούσε ένα εκτεταμένο νέο σύστημα νερού, το οποίο χτίστηκε σε μεγάλη κλίμακα σε δύο φάσεις (Σχήματα  1 και  2). Η πρώτη φάση κτίστηκε στα μέσα της δεκαετίας του τέταρτου αιώνα 2 κατά τη διάρκεια της βασιλείας των αυτοκρατόρων Κωνσταντίου Β, Julian και Valens χρησιμοποιώντας τρία ελατήρια σε Danamandıra και αρκετές πηγές στους Pınarca, σε δύο κλάδους που ενώνονται κοντά Kalfaköy (Σχήματα  1 και   ? Crow et al.,  2008 , σελ. 52; Crow,  2019 ; Ruggeri,  2018 , σελ. 51–53). Αυτά τα ελατήρια τροφοδοτήθηκαν από έναν μικρό υδροφορέα σε ασβεστόλιθο Eocene του σχηματισμού Soğucak (Lom et al.,  2016 ; Varol et al.,  2009). Η δεύτερη φάση χτίστηκε στις αρχές του πέμπτου αιώνα, επεκτείνοντας το σύστημα υδραγωγείων στις πηγές υψηλής απορροής του Pazarlı, 120 χλμ. Από την πόλη σε ευθεία γραμμή, με πρόσθετες πηγές στην κοιλάδα Ergene κοντά στο Ayvacık και στο Binkılıç (Σχήματα  1 και   ). Αυτά τα ελατήρια τροφοδοτούνται από έναν μεγαλύτερο υδροφορέα στον ίδιο σχηματισμό Eocene. Τα τελευταία 50 χιλιόμετρα της επέκτασης υδραγωγείου του 5ου αιώνα έτρεξαν παράλληλα με τον κλάδο Kaynarca του συστήματος του τέταρτου αιώνα, από τη γέφυρα Ballıgerme (K18, Σχήματα   και   ) 3 τουλάχιστον έως το Kalfaköy (Εικόνα  2, διπλό τμήμα). Είναι ακόμα άγνωστο εάν η επέκταση του 5ου αιώνα έφτασε μέχρι την πόλη, παράλληλα με το υδραγωγείο του 4ου αιώνα, ή εντάχθηκε στη γραμμή του τέταρτου αιώνα κοντά στο Kalfaköy: το τελευταίο φαίνεται πιθανότερο, αλλά το ζήτημα παραμένει άλυτο (Εικόνα  2 ). Ολόκληρο το σύστημα νερού 4 σχεδιάστηκε χρησιμοποιώντας κανάλια τοιχοποιίας με αψιδωτό θησαυροφυλάκιο, εσωτερικά επιχρισμένο με στάνταρ αδιάβροχο τσιμέντο opus signinum (Εικόνα  3e ‐ g ). Τα κανάλια υποστηρίχθηκαν από πάνω από 90 γέφυρες και από πολλές σήραγγες μήκους έως 5 χλμ. (Σχήμα  3a ‐ c ; Crow,  στον τύπο ; Crow,  2019 ; Crow et al.,  2008). Τα υδραγωγεία τροφοδότησαν πολλές μεγάλες δεξαμενές στην πόλη και τρεις τεράστιες ανοιχτές δεξαμενές 5 , με συνδυασμένη χωρητικότητα αποθήκευσης 900.000 m 3 (Ruggeri,  2018 , σελ. 35, 244; Ward et al.,  2017 ). Τον τέταρτο και πέμπτο αιώνα, οι Ρωμαίοι μηχανικοί είχαν ήδη μισή χιλιετία εμπειρία στην κατασκευή συστημάτων ύδρευσης, αλλά το σύστημα της Κωνσταντινούπολης ήταν ακόμη μια πρόκληση λόγω της κλίμακας και της έλλειψης κοντινών ελατηρίων επαρκούς εκκένωσης (Bono et al. ,  2001 ). Λόγω του λοφώδους εδάφους, το πραγματικό μήκος των συνδυασμένων καναλιών ήταν τουλάχιστον 426 χλμ. Και ίσως έως και 565 χλμ. Αν ένα διπλό κανάλι έτρεχε μέχρι την πόλη (Çeçen,  1996 ; Crow,  2012; Crow et al.,  2008 ; Ruggeri,  2018 , σελ. 98). Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα συνδυασμένων υδραγωγείων είναι το μακρύτερο και πιο περίπλοκο σύστημα παροχής νερού για μια πόλη στον αρχαίο κόσμο, τόσο στη ρωμαϊκή όσο και στη βυζαντινή εποχή (çeçen,  1996 ). Το σύστημα είναι συγκρίσιμο μόνο σε κλίμακα με τα 11 υδραγωγεία της Ρώμης και με το μεγάλο σύστημα υδραγωγείων εξόρυξης Las Medulas στην Ισπανία (Matias Rodrigues,  2017 ), αλλά είναι μοναδικό σε σχέση με το μήκος των δύο επιμέρους καναλιών του.

εικόνα
Ανάπτυξη του συστήματος ύδρευσης της Κωνσταντινούπολης κατά τα ύστερα ρωμαϊκά και βυζαντινά χρόνια. Κάθε διάγραμμα δείχνει μόνο την ενεργή παροχή νερού σε μια συγκεκριμένη περίοδο [Η εικόνα χρώματος μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]
εικόνα
(α) Ίχνος των υδραγωγείων του Αδριανού, τέταρτου και πέμπτου αιώνα της Κωνσταντινούπολης. Τα ένθετα δείχνουν διευρυμένους χάρτες τριών τοποθεσιών που συζητούνται στο κείμενο και τις θέσεις όπου συλλέχθηκαν δείγματα. Ασβεστολιθικά τμήματα του σχηματισμού Eocene Soğucak, μετά τον Türkecan και τον Yurtsever ( 2002 ). Διακεκριμένες γέφυρες σημειώνονται ως K18 έως K31. (β) προφίλ υψομέτρου του υδραγωγείου, μετά το Ruggeri ( 2018 ). Οι μαύρες ράβδοι στο διπλό τμήμα υποδεικνύουν γέφυρες που επισημαίνονται στο (α) με την ίδια σειρά. (γ) Σχηματική κατανομή των 426 km του υδραγωγείου Valens, διαχωρίζοντας τις ενότητες καναλιού. Μήκος καναλιού, μετά τους Crow et al. ( 2008 ) και Ruggeri ( 2018 ). Υποδεικνύεται η θέση του διπλού τμήματος μήκους 50 ‐ km [[Η εικόνα χρώματος μπορεί να προβληθεί στοwileyonlinelibrary.com ]
εικόνα
Ερείπια των υδραγωγείων της Κωνσταντινούπολης. (α) Γέφυρα Ballıgerme πριν από την καταστροφή της το 2020 σε τυπικό πυκνό δάσος στη Θράκη, με νότιο προσανατολισμό · (β) Γέφυρα Kurşunlugerme με δυτική θέα. Οι δύο πρώτες σειρές καμάρες έφεραν τα δύο κανάλια νερού. γ) η γέφυρα υδραγωγείου Valens (Bozdoğankemer) στην Κωνσταντινούπολη, κοντά στο τέλος του υδραγωγείου · (δ) μια από τις πηγές στην Pınarca, στεγνώσει κατά τη λήψη της φωτογραφίας · ε) το ευρύ κανάλι του υδραγωγείου του 5ου αιώνα στο Ballıgerme · στ) το στενό κανάλι του υδραγωγείου του 4ου αιώνα κοντά στη γέφυρα Kurşunlugerme · (ζ) το κανάλι του υδραγωγείου Pınarca του 4ου αιώνα κοντά στις πηγές. Φωτογραφίες (α και β): J. Crow. (c – g): C. Passchier [Η έγχρωμη εικόνα μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

Το σύστημα υδραγωγείων μεγάλων αποστάσεων κόπηκε προφανώς για πρώτη φορά το 487 μ.Χ. από τον Θεόδωρο Στράβωνα σε εμφύλιο πόλεμο, αλλά επισκευάστηκε και στη συνέχεια λειτούργησε μέχρι το 626 μ.Χ. όταν κόπηκε από τους Άβαρες κατά τη διάρκεια πολιορκίας της πόλης (Crow,  2019 ). Ένα μέρος του συστήματος ήταν μόνο αποκαταστάθηκε και πάλι από τον Κωνσταντίνο V στην AD 765  6 (Crow,  2019 ? Crow et αϊ,.  2008 , σελ 236?. Mango & Scott,  1997 ) και στη συνέχεια λειτούργησε μέχρι τα μέσα έως τέλη του 12ου αιώνα, όταν εγκαταλείφθηκε τελικά λόγω σημαντικών ζημιών στη δομή, ιδίως των γεφυρών (Crow et al.,  2008 ; Ruggeri,  2018). Μετά από αυτό το διάστημα, ο πληθυσμός της πόλης μειώθηκε και το αρχικό σύστημα του Αδριανού θα αρκούσε για άλλη μια φορά για τα χαμηλότερα μέρη της πόλης, ενώ τα υψηλότερα μέρη τροφοδοτούνταν από ένα νέο, πιο μέτριο σύστημα υδραγωγείων από τις πηγές του Χαλκάλι (Σχήματα  1 και  2a ; Crow,  2019 ; Crow et al.,  2008 ; Mango,  1995 ). Αυτές οι πηγές δεν έχουν υψηλή εκφόρτιση και επομένως δεν θα ήταν αρκετές για να τροφοδοτήσουν την πρώιμη βυζαντινή πόλη κατά την περίοδο της επέκτασής της, όταν η Κωνσταντινούπολη ήταν μια από τις μεγαλύτερες πόλεις του κόσμου που ξεπέρασαν τη Ρώμη (Crow,  2019 , σελ. 212; Crow et al.,  2008 , σελ. 22; Mango,  1995 , σελ. 10).

Η κλίση των δύο καναλιών υδραγωγείου κυμαίνεται κυρίως μεταξύ 0,7 και 0,9 m / km και πιο ήπια προς τα κάτω από το Kalfaköy (0,4-0,3 m / km; Σχήμα   ; Ruggeri,  2018 , σελ. 99). Το κανάλι του 5ου αιώνα ξεκινά σε υψηλότερο επίπεδο από τα ελατήρια του καναλιού του 4ου αιώνα, αλλά κατεβαίνει γρήγορα, και βρίσκεται 10 μέτρα κάτω από τη γραμμή του τέταρτου αιώνα στο Ballıgerme, στην αρχή του διπλού τμήματος (Σχήματα   και   ) . Στη συνέχεια, τα δύο κανάλια συγκλίνουν τοπογραφικά και εκτελούνται παράλληλα σε διαφορετικά επίπεδα στο λεγόμενο «διπλό τμήμα» για να φθάσουν σε παρόμοιο επίπεδο από τον Kalfaköy, όπου πιθανότατα εντάχθηκαν. Στην διπλή ενότητα (Σχήμα  2β, γ), οι γραμμές του τέταρτου και του 5ου αιώνα διέσχισαν ρέματα είτε με ξεχωριστές γέφυρες είτε με τεράστιες διώροφες δομές όπως οι γέφυρες Kurşunlugerme και Kumarlıdere (Σχήμα   ; Crow,  στον τύπο ; Ruggeri,  2018 ). Τα τμήματα καναλιού είχαν μεταβλητές διαστάσεις (Εικόνα  3e ‐ g , Ruggeri,  2018 ). Η δομή εισαγωγής που βρέθηκε στο Pazarlı ήταν πιθανώς ένα φράγμα στο ρεύμα Değirmendere, τροφοδοτούμενο από καρστ ελατήρια (Çeçen,  1996 ; Crow et al.,  2008 ; Ruggeri,  2018). Σε αντίθεση με τις καλυμμένες πηγές λεκάνης απορροής, ένα τέτοιο φράγμα αυξάνει τον κίνδυνο μόλυνσης από πηλό σε περιόδους καταιγίδας. Η πρόσληψη στο Pınarca προήλθε από τρεις διασυνδεδεμένες καρστικές πηγές που προέκυψαν από μικρές σπηλιές, μερικές εξοπλισμένες με εγκαταστάσεις λεκάνης απορροής, όπως λεκάνες και πλωτήρες για την αύξηση της στάθμης του νερού (Εικόνα   , Ruggeri,  2018 , σελ. 58–59). Επί του παρόντος δεν υπάρχουν διαθέσιμες διαρθρωτικές πληροφορίες στις άλλες λεκάνες της άνοιξης. Η συνολική χωρητικότητα των υδραγωγείων που παραδίδουν νερό στην Κωνσταντινούπολη εκτιμάται στα 0,7 m 3 / s εάν το τελικό τέντωμα του καναλιού είναι μονόκλωνο και 2,07 m 3 / s εάν τα κανάλια του τέταρτου και του πέμπτου αιώνα διαχωρίστηκαν μέχρι το η πόλη (Ruggeri,  2018, Π. 225). Λόγω της ήπιας κλίσης τους, η ταχύτητα ροής ήταν σχετικά χαμηλή στα κανάλια στο εύρος 0,5-1,0 m / s και επικράτησαν συνθήκες υποκριτικής ροής (αριθμοί Froude 0,2-0,4; Ruggeri,  2018 , σελ. 210-217) .

1.2 Καταθέσεις ανθρακικών

Οι εναποθέσεις ανθρακικού ασβεστίου στα αρχαία υδραγωγεία είναι σημαντικά αρχεία περιβαλλοντικού και αρχαιολογικού περιβάλλοντος (Benjelloun et al.,  2019 ; Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Passchier, Sürmelihindi, Spötl, Mertz ‐ Kraus et al.,  2016b ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Τέτοιες εναποθέσεις σχηματίζονται όταν το νερό πηγής υπερκορεσμένο σε ανθρακικό ασβέστιο και με υψηλό επίπεδο διαλυμένου CO 2 χρησιμοποιείται για την παροχή υδραγωγείου. Περίσσεια CO 2Απαεριώσεις από νερό στο κανάλι του υδραγωγείου και διαλυμένο ανθρακικό άλας αναγκάζονται στη συνέχεια να εγκατασταθούν στα τοιχώματα και στο κάτω μέρος του καναλιού. Οι προκύπτουσες εναποθέσεις ανθρακικών στρωμάτων είναι συνήθως σε στρώσεις λόγω εποχιακών αλλαγών στις συνθήκες εναπόθεσης, παρόμοιες με άλλες ανθρακικές ενώσεις γλυκού νερού, όπως η τούφα, η τραβερτίνη ή τα σπηλαιοειδή (Pedley & Rogerson,  2010 ; Pentecost,  2005 ). Οι αλλαγές στη θερμοκρασία και τη σύνθεση του νερού μπορούν να περιοριστούν από την ανάλυση των σταθερών ισοτόπων (δ 18 O και δ 13 C) και ιχνοστοιχείων στο ανθρακικό (Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al. ,  2013 ). δ 18Η κυκλικότητα μπορεί να σας βοηθήσει να επιβεβαιώσετε την ετήσια προέλευση της στρώσης και να καθορίσετε τις περιόδους χρήσης (Benjelloun et al.,  2019 ; Sürmelihindi et al.,  2019 ). Αν και το δ 13 C είναι πιο δύσκολο να γίνει κατανοητό, οι αλλαγές στη βιολογική δραστηριότητα στο έδαφος και τα κανάλια, εκτός από τις διακυμάνσεις της βροχόπτωσης και της κάλυψης της βλάστησης του υδροφορέα, μπορούν να προκύψουν από την κυκλικότητα δ 13 C (Passchier, Sürmelihindi, Spötl, Mertz ‐ Kraus et. κ.λπ. ,  2016β ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Η εκφόρτιση ενός υδραγωγείου μπορεί να συναχθεί από το πάχος του στρώματος ή από τη συνδυασμένη κλίση, πλάτος και στάθμη νερού του υδραγωγείου (Hodge,  20117 .

2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ

Η αναλυτική εργασία έγινε όπως περιγράφεται στις προηγούμενες μελέτες μας σχετικά με τις εναποθέσεις ανθρακικού άλατος σε αρχαίες δομές νερού (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Passchier, Sürmelihindi, Spötl, Mertz ‐ Kraus et al.,  2016b ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al. ,  2013 , Sürmelihindi et al.,  2019 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Τα δείγματα κόπηκαν στα μισά χρησιμοποιώντας λεπτό πριόνι διαμαντιών Η μία πλάκα χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή στιλβωμένων λεπτών τμημάτων και η άλλη χρησιμοποιήθηκε για αναλύσεις. Η μικροδομή και ο προτιμώμενος προσανατολισμός των κρυστάλλων ασβεστίτη διερευνήθηκαν με μικροσκοπία transm φωτός που μεταδόθηκε από πετρογραφικά σε λεπτά τμήματα. Λεπτές τομές σαρώθηκαν επίσης χρησιμοποιώντας ένα Fabric Analyzer G60 (Peternell et al.,  2009).

Στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις σταθερού οξυγόνου και ισοτόπου άνθρακα. Οι στιλβωμένες πλάκες όλων των δειγμάτων μικροτριβήθηκαν σε διαστήματα 0,2 mm σε ίχνη πλάτους 5 mm και παράλληλα με την ελασματοποίηση. Οι σκόνες δείγματος αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας ημι-αυτοματοποιημένη συσκευή (Gasbench II) συνδεδεμένη με φασματόμετρο μάζας λόγου ισοτόπων ThermoFisher Delta V Plus. Οι τιμές ισοτόπων αναφέρονται στην κλίμακα VPDB και η μακροπρόθεσμη ακρίβεια είναι καλύτερη από 0,1 ‰ τόσο για δ 13 C όσο και για δ 18 O (Spötl & Vennemann,  2003 ).

Οι χάρτες διανομής στοιχείων παρήχθησαν χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροαντίγραφο JEOL JXA 8900 RL (JEOL) (EPMA) στο Πανεπιστήμιο του Μάιντς σε λεπτές τομές με επίστρωση άνθρακα. Το όργανο λειτούργησε με τάση επιτάχυνσης 15 kV και ρεύμα ανιχνευτή 26 nA. Το μέγεθος κηλίδας ήταν 5 μm και ο χρόνος παραμονής ήταν 250 ms, με μέγεθος βήματος 30 ή 3 μm για χαρτογράφηση της κατανομής συγκέντρωσης Ca, Fe, Mg, Al, Si, Na και K. Σε αυτό το έγγραφο, μόνο δεδομένα από παρουσιάζονται στοιχεία που παρουσιάζουν διακριτικά αποτελέσματα.

Οι μετρήσεις της κατανομής ιχνοστοιχείων πραγματοποιήθηκαν με αφαίρεση λέιζερ επαγωγικά συζευγμένη φασματομετρία μάζας πλάσματος (LA ‐ ICP ‐ MS) χρησιμοποιώντας ένα σύστημα λέιζερ ArF Excimer (ESI NWR193) με μήκος κύματος εξόδου 193 nm σε συνδυασμό με ένα Agilent 7500ce ICP ‐ MS. Λεπτομέρειες σχετικά με τα όργανα και τις αναλυτικές παραμέτρους περιγράφονται αλλού (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Υποστηρικτικές πληροφορίες).

Δείγματα νερού ελήφθησαν τον Ιούνιο του 2017 στις πηγές Pınarca και Pazarlı, 8 και αποθηκεύτηκαν σε φιάλες Teflon για ανάλυση ανιόντων και κατιόντων, και σε γυάλινες φιάλες χωρίς αέρα περιβάλλοντος για σταθερές αναλύσεις ισοτόπων. Τα δείγματα αναλύθηκαν στο εργαστήριο νερού του Τμήματος Επιστημών της Γης, Μάιντς.

3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

3.1 Μακροσκοπικές πτυχές των δειγμάτων

Τα δείγματα ανθρακικού άλατος συλλέχθηκαν ως μέρος ενός χωριστού προγράμματος επιτόπιων εργασιών το 1999 σε διάφορες τοποθεσίες κατά μήκος του υδραγωγείου. 9 Τα δείγματα αποτελούνται από δύο κύριες ομάδες: (1) ανθρακικά άλατα του νερού Pazarlı του 5ου αιώνα: βιογραφικό, C1P, C6, C4, C4A και C5. και (2) ένα μόνο δείγμα C1 από την ύδρευση Pınarca του 4ου αιώνα Οι γραμμές παροχής νερού σε μεγάλες αποστάσεις ήταν ενεργές μέχρι τον 12ο αιώνα (Crow et al.,  2008 ; Ruggeri,  2018 ) και προτείνουμε ότι το ανθρακικό άλας που βρίσκεται επί τόπου μέσα στα κανάλια χρονολογείται από αυτήν την τελευταία περίοδο (Crow,  2019 ).

Όλα τα δείγματα είναι πλαστικοποιημένα στο χέρι δείγμα και η στρώση είναι ιδιαίτερα κανονική στα δείγματα C4 και C5 (Σχήμα  4 ). Το δείγμα βιογραφικού περιέχει opus signinum από την εσωτερική όψη του καναλιού, αλλά όλα τα άλλα δείγματα δεν διαθέτουν το επίχρισμα. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα περισσότερα δείγματα έχουν επίπεδες χαμηλότερες επιφάνειες, θεωρείται ότι είναι (σχεδόν) πλήρεις, με πιθανώς ένα έως δύο στρώματα να λείπουν στο κάτω μέρος. Το δείγμα C4A ελήφθη σε δύο μισά χωρίς στρωματογραφική διακοπή, με την ένδειξη Β (κάτω) και Τ (κορυφή). Το C6 είναι σχετικά κοντό, εξαιρετικά πορώδες και μπορεί να λείπει η κορυφή του.

εικόνα
Κόψτε δείγματα ανθρακικού άλατος από τις γραμμές υδραγωγείου. Τα ίχνη μικρομυλωνών για σταθερή ανάλυση ισότοπων είναι ορατά σε όλα τα δείγματα ως εγκάρσιες κάθετες στο κρεβάτι. Φωτογραφίες: C. Passchier [Η έγχρωμη εικόνα μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

Αρκετά δείγματα (CV, C1P, C6 και C4A) έχουν ενισχυμένο πορώδες στα ανώτερα στρώματα, συνήθως μετά από αιχμηρή επαφή (Σχήμα  4 ). Ένα τόσο υψηλό πορώδες μπορεί να σχετίζεται με μια αλλαγή στη σύνθεση του νερού, τη βιολογική δραστηριότητα ή, λιγότερο συχνά, τη διαγένεση (Frisia,  2015 ; Pentecost,  2005). Στα C1P και C4A ‐ T, το πορώδες άνω τμήμα εμπλουτίζεται με πηλό. Μετά από μερικά χρόνια καταβύθισης ανθρακικού άλατος, οι συνθήκες εναπόθεσης προφανώς άλλαξαν, οδηγώντας στο σχηματισμό πορώδους ανθρακικού άλατος στην κορυφή των δειγμάτων. Το πάχος της ανθρακικής στρωματογραφίας σε δείγματα από διαφορετικές θέσεις δειγματοληψίας είναι συγκρίσιμο. Τα δείγματα CV, C1P και C5 δείχνουν παρόμοια στρατογραφία στο κάτω μέρος του δείγματος, με πολλά πορώδη στρώματα, ακολουθούμενο από πυκνότερο τμήμα και σκοτεινή ταινία (Σχήμα  4 ).

3.2 Μικροΐνα

Όλα τα δείγματα αποτελούνται κατά κύριο λόγο από μικρολίτη ασβεστίτη (<4 μm; Boggs,  2011 ; Σχήματα  4 και  5 ). Η μικροΐνα είναι στρωματοποιημένη αλλά μάλλον ομοιόμορφη, με υψηλό πορώδες. Τα δείγματα παρουσιάζουν παρόμοια χαρακτηριστικά με τα αποθέματα τούφα ποταμού με πορώδη καφέ πορώδη δομή, μερικά με μικροβιακά νήματα (Εικόνα  S1 ; Fairchild & Baker,  2012 , Pedley & Rogerson,  2010 ) Ο μικρολίτης εναλλάσσεται με λεπτά στρώματα μικροσπαρίτη, το οποίο έχει μεγαλύτερο μέγεθος κρυστάλλου (4–63 μm; Boggs,  2011 ; Σχήμα  5 ). Τα στρώματα μικροσπαρίτη και sparite υπάρχουν κυρίως σε δύο δείγματα, C1P και C1 (Σχήμα  5). Με βάση μακροσκοπικές και μικροσκοπικές παρατηρήσεις, μετρήθηκε ο ακόλουθος αριθμός στρωμάτων: C6: 10–12; C4: 17–20; C4A: 24–27; C5: 20–25; Γ1: 14–20. Το C1, το μοναδικό δείγμα της πηγής Pınarca, έχει την πιο τακτική στρατηγική. Το δείγμα δείχνει σπάνιες δομές που μοιάζουν με κυματισμούς, παρόμοιες με εκείνες που υπάρχουν στα αποθέματα του υδραγωγείου Anio Novus της Ρώμης (Motta et al.,  2017 ) και σε «crenulations» 10 που παρατηρούνται συνήθως σε αποθέσεις σπηλαίου, ειδικά σε πέτρες ροής (Vesipa et al.,  2015 ). Η ασυμμετρία αυτών των δομών που μοιάζουν με κυματισμούς διαμορφώνεται από την κατεύθυνση της ροής του νερού, με απότομες όψεις στην καθοδική κατεύθυνση. Οι δομές που μοιάζουν με κυματισμούς χωρίζονται εν μέρει από πολύ πορώδες υλικό, που πιθανώς αντιπροσωπεύει συντρίμμια και βιοφίλμ συγκεντρωμένα στις κοιλότητες (Εικόνα 5 ). Μια λεπτομερής περιγραφή της μικροδομής δίνεται στις Υποστηρικτικές Πληροφορίες.

εικόνα
Μικροΐνα δύο αντιπροσωπευτικών δειγμάτων, C1P και C1, που λαμβάνονται από τον Fabric Analyzer G60 σε απλό πολωμένο φως (PPL) και διαπολωμένο φως (CPL). Η στρώση είναι μια εναλλαγή μικρολίτη (γκρι σε CPL) και μικροσπαρίτη και σπαρτίτη (φωτεινά χρώματα σε CPL). Οι κυματοειδείς δομές στο C1 (βέλη) υποδεικνύουν κατεύθυνση ροής από δεξιά προς αριστερά. Φωτογραφίες: M. Peternell [Η έγχρωμη εικόνα μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

3.3 Σταθερά ισότοπα

Σταθερά ισότοπα οξυγόνου (δ 18 O) και άνθρακας (δ 13C ) μετρήθηκαν σε όλα τα κύρια δείγματα κατά μήκος συνεχών διαδρομών φυσιολογικών έως το στρώμα (Σχήμα  6 ). Το σήμα δ 18 O είναι σχετικά επίπεδο στα CV και C1P, κοντά στα ελατήρια του καναλιού του 5ου αιώνα, αλλά δείχνει μια σαφή κυκλικότητα στα κατάντη δείγματα C6, C4, C4A και C5, που συμπίπτει με την ορατή στρώση (Σχήμα  6 ) . Το σήμα δ 13 C είναι λιγότερο έντονο, εκτός από τα δείγματα C4A και C5, και στερείται της κανονικής κυκλικότητας που φαίνεται στο δ 18 O. Στο βιογραφικό σημείωμα και το C1P, το προφίλ του δ 13Το C ξεκινά με αυξημένες τιμές και μειώνεται σταδιακά στο ελάχιστο, και στο βιογραφικό σημείωμα, επιστρέφει στις αρχικές τιμές προς το τέλος της στρατογραφίας. Υπάρχει μια αντιθετική συσχέτιση μεταξύ δ 13 C και δ 18 O για δείγματα CV, C4, C4A ‐ B και C5, αλλά ασυνήθιστη διακύμανση σε μέρη των C4A ‐ T και C6. 11 Η κορυφή του δείγματος C4A-T, που είναι εμπλουτισμένη με πηλό, δείχνει μια ξεχωριστή μετατόπιση στα μοτίβα των δ 13 C και δ 18 O (Σχήμα  6 , με ένα βέλος). Αυτό το πλούσιο σε πηλό ανώτερο στρώμα είναι εύθραυστο και μπορεί να έχει χαθεί στα άλλα δείγματα, επειδή το C4A έχει τον μεγαλύτερο αριθμό τεκμηριωμένων στρωμάτων όλων των δειγμάτων. Η μέση τιμή του δ 18Το O μειώνεται με την απόσταση από το ελατήριο από −6,8 ‰ σε CV σε − 7,5 ‰ σε C5, ενώ η μέση τιμή του δ 13 C αυξάνεται από − 9,3 ‰ σε CV σε −8,8 ‰ σε C5 (Σχήμα  7 ).

εικόνα
Σταθερά προφίλ ισότοπου με τις πλάκες δείγματος με μικρομιλημένο. Οι κάθετες ράβδοι στα διαγράμματα δείχνουν μέγιστα δ 18 O. Οι πράσινες ράβδοι σε πλάκες δείγματος υποδεικνύουν ίχνη LA ‐ ICP ‐ MS του σχήματος  8 . Η περιοχή με πορτοκαλί χρώμα δείχνει την πλούσια σε άργιλο κορυφή C4A ‐ T. Η βάση αυτής της πλούσιας σε πηλό περιοχή διαχωρίζεται από ένα γκρίζο στρώμα από την υπόλοιπη στρώση. Το πορτοκαλί βέλος δείχνει μια μετατόπιση στο σταθερό μοτίβο ισότοπων στην πλούσια σε πηλό κορυφή. Φωτογραφίες: C. Passchier [Η έγχρωμη εικόνα μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]
εικόνα
Πλαίσια κιβωτίων με σταθερές τιμές ισοτόπων για όλα τα δείγματα. Τόσο οι τιμές ισότοπου οξυγόνου όσο και του άνθρακα δείχνουν μια σταδιακή αλλαγή στην καθοδική κατεύθυνση στο κανάλι του 5ου αιώνα [Η εικόνα χρώματος μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

Το C1, το μοναδικό δείγμα της γραμμής του 4ου αιώνα, διαφέρει από τα δείγματα γραμμής του 5ου αιώνα από τις μέσες τιμές και την έντονη κυκλικότητα και των δ 13 C και δ 18 O (Σχήματα  6 και  7 ). Και τα δύο σταθερά ισότοπα δείχνουν δύο τάσεις: (1) μια τάση μεγάλης εμβέλειας των μειωμένων τιμών, ακολουθούμενη από μια αύξηση. (2) μια έντονη, κανονική βραχυπρόθεσμη κυκλικότητα, όπου οι κύκλοι δ 18 O συμπίπτουν με ορατή στρώση (Σχήμα  6 ). Το πλάτος του δ 13 C υπερβαίνει εν μέρει εκείνο του δ 18 O. Το C1 εμφανίζει μια ορατή διακύμανση μεταξύ δ 18 O και δ 13 C.

3.4 Ιχνοστοιχεία

Οι αναλύσεις μικρών και ιχνοστοιχείων εφαρμόζονται συνήθως σε παλαιότερες ‐ περιβαλλοντικές ανακατασκευές εναποθέσεων ανθρακικών (Fairchild & Baker,  2012 ; Pentecost,  2005 ). Μετρήσαμε μικρές αλλά διακριτές και αντιπροσωπευτικές ενότητες για να εξετάσουμε τις πιθανές τάσεις (Σχήμα  6 , πράσινες γραμμές). Τα δεδομένα που παρουσιάζονται εδώ (Σχήμα  8 ) έχουν τη μορφή διορθωμένων μετρήσεων υποβάθρου για τα διάφορα παρακολουθούμενα ισότοπα, επειδή η άφθονη παρουσία πηλού στα δείγματα καθιστά αδύνατη την εφαρμογή σωστού περιεχομένου Ca για κάθε σημείο, κάτι που θα ήταν απαραίτητο για υπολογίστε τις συγκεντρώσεις στοιχείων (Υποστηρικτικές πληροφορίες). Ωστόσο, οι βασικοί ρυθμοί μέτρησης εξακολουθούν να επιτρέπουν τη σύγκριση της σχετικής αφθονίας στοιχείων σε συγκεκριμένα τμήματα της στρατηγικής (Εικόνα 8 ).

εικόνα
Προφίλ ιχνοστοιχείων πέντε δειγμάτων κατά μήκος των κομματιών που φαίνονται στο Σχήμα  6 . Τα προφίλ δείχνουν τα αρχικά ποσοστά μέτρησης (μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο [cps]) και δεν έχουν διορθωθεί στις πραγματικές συγκεντρώσεις. Οι τρύπες σε πορώδη μέρη των δειγμάτων υποδεικνύονται με γκρίζες ράβδους και υψηλές συγκεντρώσεις αργίλου ως ροζ ράβδους στο πάνω μέρος του διαγράμματος. Τα προφίλ σταθερών ισοτόπων εμφανίζονται για συσχέτιση [Η εικόνα χρώματος μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

Στα περισσότερα δείγματα, οι κορυφές στα 232 Th, 56 Fe, 27 Al, 139 La, 140 Ce, 141 Pr και 146 Nb συμπίπτουν και σχετίζονται σε κάποιο βαθμό με αυξήσεις σε 24 Mg, 137 Ba, 86 Sr και 31 P (Εικόνα  8 ) . Το C4A-T δείχνει μια ισχυρή αύξηση αρκετών στοιχείων στο άνω, πορώδες και πλούσιο σε πηλό τμήμα του δείγματος (Εικόνα  8 ), πιθανώς να αντικατοπτρίζει την υψηλή περιεκτικότητα σε πηλό. Για το βιογραφικό σημείωμα, διερευνήθηκε μόνο το κάτω μέρος του δείγματος συμπεριλαμβανομένων δύο σκοτεινών στρωμάτων και δείχνει αυξημένα επίπεδα 86 Sr και 31P. Το δείγμα C1 από το κανάλι του 4ου αιώνα έχει επίμονα υψηλές μετρήσεις 43 Ca, υποδηλώνοντας μάλλον καθαρό και πυκνό ανθρακικό άλας, με λίγα μόνο λεπτά φύλλα που πιθανώς εμπλουτίζονται σε πηλό. Υπάρχει 86 Sr εμπλουτισμός στα πιο συμπαγή επίπεδα που συσχετίζεται καλά με την υψηλή περιεκτικότητα 43 Ca αυτών των επιπέδων.

3.5 Παρατηρήσεις μικρο-μπουρνούζι – Παρουσία πηλού

Οι έρευνες με μικρο-μπουρνούζι για το πορώδες άνω μέρος του C4A ‐ T (Σχήματα  4 και  6 ) δείχνουν υψηλές συγκεντρώσεις Fe, Al, Si και K, επιβεβαιώνοντας την παρουσία 20-30% vol% ορυκτών αργίλου (Σχήμα  9 ). Ένα υψηλό πορώδες είναι ορατό σε λεπτή τομή (Σχήμα  9α, β ), αλλά οι πόροι μπορεί να περιέχουν άργιλο που αφαιρέθηκε μερικώς κατά την προετοιμασία λεπτού τμήματος. Ο υπόλοιπος πηλός είναι πολύ λεπτός, και η ελασματοποίηση είναι παράλληλη προς το εξωτερικό των σωματιδίων ανθρακικού άτακτου σχήματος, που μανδαλώνουν τους κρυστάλλους (Σχήμα  ). Το Clay θα μπορούσε να σχηματιστεί ως μεταγενέστερο γέμισμα αφού το κανάλι σταμάτησε να λειτουργεί, αλλά στην περίπτωση αυτή, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς σχηματίστηκε η λεπτή και κανονική πλαστικοποίηση. Επομένως, είναι πιο πιθανό ότι ο πηλός εναποτέθηκε ενώ το υδραγωγείο λειτουργούσε.

εικόνα
Λεπτές τομές και εικόνες μικροεμφανείου των C4A ‐ B και ‐T. (α) Λεπτή εικόνα πορώδους ανθρακικού άλατος σε C4A ‐ B. Πλάτος προβολής: 4 mm; (β) μια εικόνα λεπτού τμήματος της κορυφής του C4A-T με ανθρακικό άργιλο. Το κόκκινο τετράγωνο δείχνει την περιοχή που φαίνεται στο c. Πλάτος προβολής: 2,5 mm; (γ) αναλύσεις μικροανθεκτικών ανθρακικών κόκκων, που έχουν υποστεί επεξεργασία από πλαστικοποιημένο πηλό. Φωτογραφίες (α και β): C. Passchier [Η έγχρωμη εικόνα μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

3.6 Ανάλυση νερού

Δείγματα νερού των πηγών Pazarlı και Pınarca (Πίνακας  1 ) απέδωσαν παρόμοιες συνθέσεις ανόργανων και σταθερών ισοτόπων, εκτός από τις υψηλότερες συγκεντρώσεις K, Sr και νιτρικών και χαμηλότερων Ca στο Pazarlı. 12 Οι υψηλές τιμές νιτρικών αλάτων οφείλονται πιθανώς στη γεωργική δραστηριότητα. Το σύγχρονο νερό και των δύο πηγών είναι υπερκορεσμένο σε σχέση με τον ασβεστίτη. Οι σταθερές τιμές ισότοπων στο Pınarca είναι ελαφρώς χαμηλότερες από αυτές του Pazarlı.

Πίνακας 1. Σύνθεση δύο πηγών των υδραγωγείων, στις 17 Ιουνίου 2017 στις 41 ° 16.374 ′ Β, 028 ° 19.126 ′ E (Pınarca) και 41 ° 36.495 ′ Β, 027 ° 41.837 ′ E (Pazarlı)
Ανοιξη Τ (° C) Cond. (μS / cm) pH ° ηΗ Na + (mg / L) Κ + (mg / L) Ca 2+ (mg / L) Mg 2+ (mg / L) Sr 2+ (mg / L) Ba + (mg / L) Cl  (mg / L) ΟΧΙ  (mg / L) SO 2− (mg / L) δD ‰ δ 18 Ο ‰ δ 13 Γ ‰
Πιναρκα 12.4 667 6.9 20 9.4 0,9 144.5 2.14 0,09 0,02 15.3 1.6 9.9 −52,9 ± 0,2 −8,6 ± 0,04 −15,9 ± 0,06
Παζάρλι 15.4 563 7.3 14.4 10.4 1.9 111.6 3.35 0.16 0,02 17.3 13.6 8.8 −49,8 ± 0,4 − 7,7 ± 0,08 −12,5 ± 0,07
  • Συντομογραφίες: Cond., Αγωγιμότητα; ° dH, βαθμοί γερμανικής σκληρότητας.

4. ΣΥΖΗΤΗΣΗ

4.1 Μικροΐνα

Όλα τα δείγματα δείχνουν την κυριαρχία των σκοτεινών μικροκρυστάλλων και του υψηλού πορώδους, με λίγα μόνο στρώματα μικροσπαρίτη και σπαρίτη (Σχήματα  4 και  5 ). Το λεπτό κρυσταλλικό και υψηλό πορώδες ύφασμα μπορεί να αποδοθεί σε σχετικά ήπια κλίση και κατά συνέπεια αργή ροή νερού στο υδραγωγείο (Passchier & Sürmelihindi,  2019 ). 13 Η αργή ροή του νερού προάγει την ανάπτυξη βιοφίλμ, τα οποία παγιδεύουν σωματίδια αργίλου στην επιφάνεια της βλέννας τους και προωθούν την πυρήνωση των κρυστάλλων μικρολίτη, αποτρέποντας παράλληλα την ανάπτυξη μεγαλύτερων κρυστάλλων ασβεστίου ασβεστίου (Σχήματα  5 και  S1 ; Frisia,  2015 ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et. κ.λπ.,  2013; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ; Wróblewski et al.,  2017 ). Εκτός από το βιολογικό περιεχόμενο, ο αυξημένος υπερκορεσμός λόγω απαέρωσης μπορεί επίσης να βοήθησε στο σχηματισμό μικρολίτη. Το υψηλό πορώδες μπορεί να οφείλεται στην αποσύνθεση των βιοφίλμ. Μερικά από τα μικροσπορίδια μπορεί να έχουν σχηματιστεί από την ανάπτυξη κρυστάλλων από τον αρχικό μικρολίτη (Frisia,  2015 )

4.2 Σταθερή σύνθεση ισοτόπων

Η ετήσια κυκλικότητα σε δ 18 O στο ανθρακικό υδραγωγείο μπορεί να προκληθεί από εποχιακές διακυμάνσεις στη σύνθεση και / ή τη θερμοκρασία των πηγών (Stichler et al.,  1997 ) ή από εξάτμιση ή μεταβολές θερμοκρασίας στο ίδιο το κανάλι υδραγωγείων (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Passchier , Sürmelihindi, Spötl, Mertz ‐ Kraus et al., 2016b ,  Passchier et al.,  2020 ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Σε προηγούμενες μελέτες για αρχαίες τοποθεσίες υδραγωγείων από τη Μεσόγειο, κυκλικές αλλαγές στο δ 18Το O στο ανθρακικό υδραγωγείο έχει αποδοθεί κυρίαρχα σε εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία κλασμάτωση ισοτόπων σε απόκριση στις εποχιακές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του νερού του υδραγωγείου (Benjelloun et al.,  2019 ; Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Passchier, Sürmelihindi, Spötl, Mertz ‐ Kraus) et al.,  2016b ; Passchier et al.,  2020 ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Οι υψηλές τιμές δ 18 O θεωρούνται ότι δείχνουν κρύες και υγρές συνθήκες, ενώ οι χαμηλές τιμές καταγράφουν την εναπόθεση ασβεστίου κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού όταν οι θερμοκρασίες ήταν υψηλότερες και η εκφόρτιση ήταν χαμηλότερη (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a, Passchier et al.,  2020 ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). 14 δ 18 O κυκλικότητα, επομένως, αποκαλύπτει τον αριθμό ετών που ένα υδραγωγείο ήταν ενεργό, με βάση αυτήν την εποχικότητα, παρόλο που οι παλαιότερες εναποθέσεις ανθρακικού μπορεί να είχαν αφαιρεθεί.

Το δ 13 C επηρεάζεται συνήθως από αλλαγές στην κάλυψη της βλάστησης, στην αναπνοή του εδάφους, στη βιολογική δραστηριότητα και στον ρυθμό απαερίωσης του CO 2 στο κανάλι υδραγωγείων (Baker et al.,  1997 ; Baldini et al.,  2005 ; Linge et al.,  2001 ). Οι δύο τελευταίοι παράγοντες σχετίζονται άμεσα με την απόρριψη στο υδραγωγείο (Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Σε εναποθέσεις ανθρακικού άλατος από υδραγωγεία στην ανατολική Μεσόγειο, το δ 13 C συνήθως δείχνει μια αντιθετική κυκλικότητα με δ 18Ο. Αυτό ερμηνεύτηκε για να αντικατοπτρίζει τις εποχιακές αλλαγές στην απόρριψη και τη θερμοκρασία του νερού (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ), εμφανίζοντας το κλίμα της ανατολικής Μεσογείου με βροχοπτώσεις και υψηλή εκκένωση την άνοιξη κατά τη διάρκεια του χειμώνα ( Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Στα ανθρακικά από τα υδραγωγεία της δυτικής Μεσογείου, τα μοτίβα δ 13 C είναι λιγότερο διτροπικά και λιγότερο έντονα λόγω της πιο ομοιογενούς κατανομής υετού κατά τη διάρκεια του έτους και της λιγότερο κυκλικής επαναφόρτισης των υδροφορέων (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ).

Αν και η προηγούμενη κυκλικότητα της θερμοκρασίας του νερού και της σύνθεσης των ελατηρίων υδραγωγείων είναι άγνωστη, είναι δυνατόν να τα ανακατασκευάσουμε σε κάποιο βαθμό με σύγκριση δειγμάτων ανθρακικών ανάντη και κατάντη στα κανάλια υδραγωγείων: δείγματα ανοδικών δείχνουν κυρίαρχα την επίδραση των ελατηρίων, ενώ τα κατάντη δείχνουν το συνδυασμένο αποτέλεσμα των ελατηρίων και των δευτερευόντων επιδράσεων που αναπτύχθηκαν στο κανάλι του υδραγωγείου, όπως η εξάτμιση, οι μεταβολές της θερμοκρασίας του νερού σε απόκριση στις αλλαγές της θερμοκρασίας του αέρα και η βιολογική δραστηριότητα. Τα δεδομένα δ 18 O και δ 13 C σε διαφορετικά δείγματα κατά μήκος της γραμμής του υδραγωγείου επιτρέπουν να εξεταστεί πώς αλλάζει το πλάτος του προφίλ σταθερού ισότοπου σε απόκριση στην αυξανόμενη απόσταση από την πηγή (Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013). Καταφέραμε να εφαρμόσουμε αυτήν την τεχνική στο υδραγωγείο του 5ου αιώνα (Σχήμα  7 ).

4.3 Γραμμή Pazarlı – Το υδραγωγείο του 5ου αιώνα

Τα σύγχρονα δεδομένα σχετικά με τα ελατήρια Pazarlı είναι περιορισμένα (Crow et al.,  2008 , σελ. 52; Ruggeri,  2018 , σελ. 156) και δεν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα παρακολούθησης. Ωστόσο, το πλάτος της κυκλικότητας δ 18 O σε δείγματα ανθρακικών αλάτων του καναλιού υδραγωγείων του πέμπτου αιώνα είναι πολύ μικρό στα ανάντη δείγματα CV και C1P. Αυτό υποδηλώνει ότι το νερό δ 18 O και η θερμοκρασία αυτών των πηγών δεν διέφεραν πολύ κατά τη διάρκεια του έτους (Σχήμα  6 ). Αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί για τους υδροφορείς ανθρακικών καταγμάτων (Fairchild & Baker,  2012 ; Ford & Williams,  2007 ; Mook & Gat,  2001 ; Pentecost,  2005 ; Wang et al.,  2020) και μπορεί να ισχύει για τον υδροφορέα Pazarlı. Το πλάτος της κυκλικότητας δ 18 O αυξάνεται με την απόσταση από τα ελατήρια στα δείγματα C6, C4, C4A και C5 (Σχήμα  6 ). Οι επιπτώσεις της πηγής Ergene σε αυτά τα μοτίβα είναι πιθανώς μικρές, επειδή συνέβαλε μόνο στο 10% –20% του όγκου του νερού του καναλιού του πέμπτου αιώνα (Ruggeri,  2018 , σελ. 157) και και οι δύο πηγές βάζουν τον ίδιο υδροφορέα (Εικόνα   · Bono et al.,  2001 ). Η κυκλικότητα στο δ 18Το Ο μπορεί επομένως να αποδοθεί σε εξάτμιση και / ή αλλαγές θερμοκρασίας νερού στο κανάλι σε απόκριση σε εποχιακές αλλαγές στη θερμοκρασία του αέρα. Η εξάτμιση δεν θεωρείται ότι είχε κυρίαρχο αποτέλεσμα, επειδή τα κανάλια έκλεισαν και σφραγίστηκαν από ένα θησαυροφυλάκιο, ενώ ο χρόνος ταξιδιού του νερού μέσω του υδραγωγείου ήταν σχετικά σύντομος (<24 ώρες από την πηγή μέχρι τις περιοχές δειγματοληψίας). Οι διαφορές που οφείλονται στη θερμοκρασία στην κλασμάτωση σχεδόν ισορροπίας των ισοτόπων οξυγόνου θα μπορούσαν, επομένως, να ήταν ο κύριος παράγοντας κίνησης για την παρατηρούμενη κυκλικότητα του δ 18 O στα κατάντη δείγματα.

Η κυκλική διακύμανση σε δ 13 C σε ανθρακικό άλας από άλλα υδραγωγεία έχει αποδοθεί σε κινητική επίδραση μεταβλητών ποσοστών απαέρωσης σε απόκριση σε εποχιακές διακυμάνσεις στην απόρριψη και τη βιολογική δραστηριότητα στο κανάλι (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Passchier, Sürmelihindi, Spötl , Mertz ‐ Kraus et al.,  2016b ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ; Sürmelihindi, Passchier, Spötl et al.,  2013 ). Επιπλέον, αυτή η κυκλική διακύμανση θα μπορούσε να είναι ένα αποτέλεσμα του νερού πηγής αντανακλώντας τις εποχιακές διακυμάνσεις της συμβολής του εδάφους που προέρχεται CO 2 στο διαλυμένο πισίνα ανόργανος άνθρακας (Fairchild & Baker,  2012 ? Ford & Williams,  2007). Αυτή η συνεισφορά καθορίζεται από τους μεταβλητούς χρόνους απόρριψης και παραμονής του νερού στο έδαφος και τον υδροφορέα που ελέγχεται άμεσα από τα πρότυπα βροχόπτωσης (Frisia et al.,  2011 ; Passchier et al.,  2020 ).

Το μοτίβο δ 13 C στο κανάλι του 5ου αιώνα είναι σχετικά επίπεδο και ανώμαλο σε σύγκριση με αυτό των υδραγωγείων της Ανατολικής Μεσογείου, ειδικά σε ανοδικά δείγματα CV, C1P και C6, ενώ το εύρος των διακυμάνσεων στο δ 13 C αυξάνεται κατάντη (Εικόνα  6 ). Αυτό δεν μπορεί να αποδοθεί σε χαμηλή ανάλυση λόγω λεπτής στρώσης: στο C6, η καμπύλη δ 13 C είναι επίπεδη ενώ το δ 18 O δείχνει μια σαφή κυκλικότητα και μια ασθενής δ 13 C κυκλικότητα υπάρχει σε C4, C4A και C5 με παρόμοιο πάχος στρώσης . Κατά συνέπεια, η διακύμανση στο δ 13Το C των πηγών του Pazarlı πρέπει να ήταν ασήμαντο και θα μπορούσε να αντικατοπτρίζει μια σχετικά σταθερή επαναφόρτιση του υδροφορέα κατά τη διάρκεια του έτους. Η Θράκη, όπου βρίσκονται οι πηγές, είναι μια μεταβατική περιοχή μεταξύ του Εύξεινου Πόντου και του μεσογειακού κλίματος, με τις βροχοπτώσεις να εξαπλώνονται όλο και περισσότερο από ό, τι στην ανατολική Μεσόγειο. Η παρατηρούμενη μεταβλητότητα σε δ 13 C στα δείγματα C4, C4A και C5, επομένως, πιθανώς αντικατοπτρίζει τα κατάντη συσσωρευτικά αποτελέσματα των εποχιακών διακυμάνσεων στη θερμοκρασία του νερού και τις αλλαγές στην απόρριψη, προκαλώντας διακυμάνσεις στην απαέρωση και τη βιολογική δραστηριότητα. Οι μέσες τιμές δ 18 O σε δείγματα ανθρακικών αλάτων κοντά στα ελατήρια είναι υψηλότερες για το Pazarlı (CV και C1P) από ό, τι για το Pınarca (C1), σε συμφωνία με υψηλότερες τιμές δ 18 O στα νερά πηγής Pazarlı (Εικόνα 7 και Πίνακας  1 ). Η μέση τιμή του δ 18 O στο ανθρακικό άλας μειώνεται σταδιακά κατάντη, πιθανώς λόγω της σταδιακής αύξησης της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας νερού κατάντη. 15 Η μέση τιμή του δ 13 C στο ανθρακικό άλας αυξάνεται κατάντη, πιθανώς λόγω της προτιμησιακής πρόσληψης ισοτοπικά ελαφρού άνθρακα από βιολογική δραστηριότητα (Mertz,  1992 ) και μέσω απαερίωσης στο κανάλι (π.χ., Kele et al.,  2011 ; Yan et al. ,  2020 ).

4.4 Γραμμή Pnnarca – Το υδραγωγείο του 4ου αιώνα

Το δείγμα C1, το μοναδικό δείγμα από το κανάλι του 4ου αιώνα, εμφανίζει διαφορετικές σταθερές τιμές και μοτίβα ισοτόπων σε σύγκριση με δείγματα από τη γραμμή του 5ου αιώνα (Σχήματα  6 και  7 ). Παρά το γεγονός ότι το C1 συλλέχθηκε πολύ κοντά στο ελατήριο, δείχνει μια έντονη κυκλικότητα και στα δ 18 O και δ 13 C με σαφή συνδιακύμανση μεταξύ των δύο ισοτοπικών τιμών. Αυτή η συνδιακύμανση είναι σπάνια σε ανθρακικό υδραγωγείο αλλού, ενώ είναι συχνή σε πέτρες ροής από σπηλιές (Polag et al.,  2010 ; Wiedner et al.,  2008 ). Η ισχυρή κυκλικότητα του δ 18 O κοντά στο ελατήριο υποδηλώνει ότι αυτό το σχέδιο μπορεί να είναι διαγνωστικό του ελατηρίου. Σε ένα μεγάλο υδροφορέα όπως εκείνο του Pazarlı (Σχήμα  ), τα νερά διαφορετικής ισοτοπικής σύνθεσης μπορεί να αναμιχθούν πριν φτάσουν στην πηγή, ακυρώνοντας εποχιακές και βραχυπρόθεσμες παραλλαγές σε δ 18 O, αλλά σε ένα μικρό υδροφορέα όπως το Pınarca, μπορεί να διατηρηθεί το εποχιακό μοτίβο (Εικόνα  2 ; Mook & Gat,  2001 ; Pentecost,  2005 ; Stichler et al.,  1997 ).

Το μέσο δ 13 C είναι χαμηλότερο σε C1 από ό, τι σε δείγματα ανθρακικών αλάτων από τις εναποθέσεις καναλιών του 5ου αιώνα Προς το παρόν, δ 13 C στην πηγή Pınarca είναι επίσης χαμηλότερο από ό, τι στο νερό του Pazarlı (Πίνακας  1 ), πιθανώς λόγω της πυκνής κάλυψης του φυλλοβόλου δάσους πάνω από τον υδροφορέα Pınarca (Σχήμα   ; Baldini et al.,  2005 ; Fairchild & Baker ,  2012 ). Σχετικά χαμηλό δ 13 C στον C1 θα μπορούσε να αντικατοπτρίζει μια παρόμοια τοπική διαφορά στην κάλυψη της βλάστησης στον Μεσαίωνα. Το παρατηρούμενο δ 13Η κυκλικότητα C στο C1 είναι πιθανώς κινητική επίδραση της έντονης απαέρωσης λόγω σημαντικής εποχιακής διακύμανσης στην απόρριψη από έναν μικρό υδροφορέα, με ελάχιστη απόρριψη το καλοκαίρι. Τέτοια μεταβλητή απόρριψη αναφέρθηκε για τις πηγές της Danamandıra, οι οποίες τροφοδοτούνται από τον ίδιο υδροφορέα με την πηγή Pınarca (Bono et al.,  2001 ; Crow et al.,  2008 , σελ. 52).

4.5 Δεδομένα ιχνοστοιχείων

Σε δείγματα από το κανάλι του 5ου αιώνα, όπως το C4A, οι κυκλικές κορυφές στα 232 Th, 56 Fe, 27 Al, 139 La, 140 Ce και 146 Nd συμπίπτουν με χαμηλούς ρυθμούς μέτρησης 43 Ca (Σχήμα  8 ). Αυτή η συσχέτιση υποδηλώνει ότι αυτά τα ιχνοστοιχεία συνδέονται με σημαντική μόλυνση από πηλό (Σχήμα  8 ). Ο σύνδεσμος μεταξύ εμπλουτισμού στοιχείων και υψηλής περιεκτικότητας σε πηλό επιβεβαιώθηκε από αναλύσεις μικροεμφανιζόμενων (Εικόνα  9 ). Οι τακτικές κορυφές στα 232 Th, 139 La, 140 Ce και 146 Nd δείχνουν έναν σχεδόν εποχιακό χαρακτήρα (Εικόνα  8). Αυτές οι κορυφές μπορεί να σχετίζονται με κολλοειδή που προέρχονται από το έδαφος μετά από έντονες βροχοπτώσεις (Fairchild & Baker,  2012 ; Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ). Στην κορυφή του C4A ‐ T, οι υψηλές τιμές στα περισσότερα στοιχεία εκτός από τα 238 U και 86 Sr μπορούν να εξηγηθούν με υψηλή περιεκτικότητα σε πηλό (Σχήματα  8 και  9 ).

Το δείγμα C1 από το κανάλι του 4ου αιώνα δείχνει χαμηλά επίπεδα πηλού και χαμηλές τιμές των περισσότερων ιχνοστοιχείων, εκτός από τη βάση του δείγματος. Ωστόσο, το 86 Sr μιμείται 43 Ca, πιθανότατα αντικατοπτρίζει τη συμπαγή του δείγματος.

4.6 Πήλινο στο κανάλι

Οι παρατηρήσεις μας σχετικά με τα αποθέματα ανθρακικού άλατος δείχνουν ότι το νερό του υδραγωγείου κατά την αντιπροσωπευόμενη περίοδο φέρει συνήθως ένα σημαντικό φορτίο εναιωρήματος αργίλου που άφησε ίχνη σε διάφορα επίπεδα στα δείγματα (C4 και ιδιαίτερα C4A · Σχήματα  8 και  9 ). Αυτό μπορεί να οφείλεται εν μέρει στην ανοιχτή δομή εισαγωγής της λεκάνης απορροής του Pazarlı και εν μέρει στην μακρά κυματοειδή φύση του καναλιού τοιχοποιίας του πέμπτου αιώνα (Εικόνες   και  ). Ένα τόσο μακρύ, θαμμένο κανάλι αναπόφευκτα θα είχε αναπτύξει τοπικές ζημιές με καθίζηση ή ρίζες δέντρων, κάτι που θα ήταν αδύνατο να διατηρηθεί σε συνεχή επισκευή. Αυτό θα μπορούσε να έχει προκαλέσει μόλυνση, για παράδειγμα, από το νερό καταιγίδας που εισέρχεται σε ένα χαλασμένο κανάλι. Το προκύπτον φορτίο αναστολής του νερού μπορεί να είναι ένας επιπλέον λόγος για την παρουσία των μεγάλων ανοικτών δεξαμενών Aetius, Aspar και Mocius στο τέλος της γραμμής υδραγωγείου. Χρησίμευαν ως λεκάνες αποθήκευσης, αλλά επέτρεψαν επίσης να καθιζάνουν σωματίδια αργίλου προτού εισέλθει νερό στο δίκτυο ύδρευσης της πόλης. Το πάνω μέρος του δείγματος C4A ‐ T διαφέρει από άλλα τμήματα λόγω της εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητάς του σε πηλό, πάνω από μια αιχμηρή επαφή ορατή ως γκρίζο έλασμα στο δείγμα (Σχήματα  6 και  8). Αυτό συνεπάγεται μεγάλη αναστολή στο κανάλι κατά τα τελευταία χρόνια λειτουργίας του υδραγωγείου.

4.7 Πάχος και καθαρισμός ανθρακικών

Γενικά, τα αποθέματα ανθρακικών στα κανάλια υδραγωγείων απουσιάζουν ή είναι λεπτά κοντά στο ελατήριο, φτάνουν στο μέγιστο πάχος σε κάποια απόσταση από το ελατήριο, ανάλογα με τον ρυθμό υπερκορεσμού και απαερίωσης, και γίνονται πιο αραιά πιο κάτω (Fabre et al.,  2000 ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ). Αυτό το μοτίβο οφείλεται στην απαέρωση του CO 2 από το νερό, οδηγώντας σε υπερκορεσμό και την έναρξη της εναπόθεσης ασβεστίτη, ακολουθούμενη από μείωση του ρυθμού εναπόθεσης όταν η συγκέντρωση CO 2 στο νερό πλησιάζει την ισορροπία με το ατμοσφαιρικό CO 2. Το πάχος των εναποθέσεων ανθρακικού άλατος και η λεπτή ή χονδροειδής κρυσταλλική φύση του υφάσματος εξαρτάται από τον ρυθμό εναπόθεσης καθώς και από τη βιολογική δραστικότητα, με πυκνότερο και πιο χονδροειδές κρυσταλλικό ασβεστίτη να αποτίθεται σε ταχέως ρέοντα νερό απουσία βιοφίλμ (Passchier, Sürmelihindi, & Spötl,  2016a ; Passchier et al.,  2020 ; Sürmelihindi, Passchier, Baykan et al.,  2013 ).

Στη γραμμή του 5ου αιώνα, τα δείγματα CV και C1P κοντά στα ελατήρια είναι πλαστικοποιημένα, ενώ τα υπόλοιπα δείγματα παρουσιάζουν παχύτερη στρώση. Μόνο μια πολύ λεπτή (1-2 mm) εναπόθεση ανθρακικού άλατος με λεπτά ελάσματα παρατηρήθηκε στο Ballıgerme στη γραμμή του 5ου αιώνα, 180 χλμ. Από τις πηγές Pazarlı (Σχήμα  2 ; Crow et al.,  2008, σ. 51). Ο ρυθμός εναπόθεσης ανθρακικού άλατος ήταν προφανώς χαμηλός στο Ballıgerme, πιθανώς λόγω της σημαντικής απόστασης από την άνοιξη, όπου τα περισσότερα ανθρακικά είχαν ήδη καταβυθιστεί προς τα πάνω. Επίσης, μερικά χιλιοστά ανθρακικού άλατος παρατηρήθηκαν στο ανώτερο κανάλι του 4ου αιώνα στη γέφυρα Kurşunlugerme, που προήλθε από τις πηγές Danamandıra. Το C1 στη γραμμή του 4ου αιώνα έχει σχετικά παχύτερα στρώματα. Ωστόσο, βρίσκεται σε μικρή απόσταση από την πηγή της Pınarca (Σχήμα 6 ). Αυτό μπορεί να αποδοθεί σε υψηλή ανοργανοποίηση των πηγών Pınarca (Πίνακας  1 ) που οδηγεί σε υψηλό ρυθμό εναπόθεσης ανθρακικών.

Μικροσκοπικές και σταθερές παρατηρήσεις ισότοπων επιβεβαιώνουν ότι κανένα από τα δείγματα ανθρακικών αλάτων μας δεν αντιπροσωπεύει περισσότερα από 27 χρόνια εναπόθεσης, όπως παρατηρείται στο δείγμα C4A. Το ανθρακικό εναποτέθηκε απευθείας στο opus signinumεπένδυση των καναλιών και δεν έδειξε κανένα σημάδι διάβρωσης ή απομάκρυνσης ανθρακικών αλάτων στην κορυφή των αποθέσεων, υποδεικνύοντας ότι οι εναποθέσεις αντιπροσωπεύουν λιγότερο από τρεις δεκαετίες χρήσης υδραγωγείων. Σε σύγκριση με τα 700 χρόνια λειτουργίας του υδραγωγείου, αυτός ο αριθμός είναι πολύ χαμηλός. Αυτό συνεπάγεται ότι οι μελετημένες αποθέσεις είναι οι τελευταίες που σχηματίστηκαν στο κανάλι κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, και ότι οι παλαιότερες εναποθέσεις είχαν αφαιρεθεί από το υδραγωγείο. Αυτό εξηγεί επίσης την παρατήρηση ότι δεν μπορούν να συσχετιστούν όλα τα δείγματα. Ο αριθμός των ετών που αντιπροσωπεύονται από διαφορετικά δείγματα διαφέρει ακόμη και όταν αντισταθμίζονται πιθανώς λείπουν στρώματα. Το κανάλι του 5ου αιώνα στο C6 ‐ C4 ‐ C4A ‐ C5 μπορεί να έχει καθαριστεί 25-27 χρόνια πριν από την τελευταία χρήση του καναλιού. Το ανθρακικό άλας του καναλιού του 4ου αιώνα στο C1 δείχνει μεταξύ 14 και 20 ετών απόθεσης άγνωστης ηλικίας (Σχήμα 6 ). Και πάλι, αυτή πρέπει να είναι η τελευταία κατάθεση σε μια γραμμή υδραγωγείου που λειτούργησε για μεγάλο χρονικό διάστημα και η οποία είχε καθαριστεί τουλάχιστον 14 χρόνια πριν.

4.8 Πτυχές συντήρησης

Οι ιστορικές πηγές αναφέρουν ότι το συνδυασμένο υδραγωγείο του τέταρτου και του 5ου αιώνα χρησιμοποιείται μέχρι τα τέλη του 12ου αιώνα, περίοδο άνω των 700 ετών. Στα μέσα του 12ου αιώνα, ο Όντο του Ντουίλ περιέγραψε πώς το γλυκό νερό ρέει στην πόλη σε αφθονία (van der Vin,  1980 ) 16 . αλλά λιγότερο από 20 χρόνια αργότερα κατά τη διάρκεια της ξηρασίας, ο αυτοκράτορας Μανουήλ Α Κομνηνός (1143–1180 μ.Χ.) διέταξε τον καθαρισμό των καναλιών, αλλά ένιωθε ανίκανος να αποκαταστήσει τις παλιές στοές (γέφυρες υδραγωγείων) που είχαν αποσυντεθεί (Μάρκα,  1976 ) 17 . Από αυτό το σχόλιο, μπορούμε να υποθέσουμε ότι τουλάχιστον το κανάλι του 5ου αιώνα στη Θράκη που μετέφερε νερό σε μεγάλες γέφυρες όπως το Kurşunlugerme και το Ballıgerme έπαψε να λειτουργεί, παρέχοντας ένα «τερματικό ante quem «για την τελευταία σημαντική συντήρηση και τη συσσώρευση ανθρακικών και καθυστερημένων αργίλων σε αυτό το κανάλι. Οι αποθέσεις αργίλου στην κορυφή του δείγματος C4A ‐ T (Ενότητα  4.6 , Σχήμα  6 ) πιθανώς αντιπροσωπεύουν ζημιά στο κανάλι μερικά χρόνια πριν από την τελική εγκατάλειψη. Οι ζημιές θα μπορούσαν να προκληθούν από σεισμό ή από την κατάρρευση ενός τμήματος του θησαυρού υδραγωγείων λόγω έλλειψης συντήρησης. Αυτό το δραματικό γεγονός στην πορώδη, πλούσια σε άργιλο κορυφή του δείγματος C4A-T υποδεικνύεται επίσης από μια ακίδα στα δ 18 O και δ 13 C, μετά την οποία δ 13 C δείχνει μια ξαφνική πτώση (Εικόνα  6, βέλος). Η τελική εγκατάλειψη του καναλιού μπορεί να οφείλεται σε μη καταγεγραμμένο σεισμό ή σε κατάρρευση μιας από τις μεγάλες γέφυρες στα τέλη του 12ου αιώνα. 18 Μέρος του υδραγωγείου του 4ου αιώνα μπορεί επίσης να λειτουργούσε τον 12ο αιώνα.

Εάν τα υδραγωγεία είχαν καθαριστεί λίγο πριν σταματήσουν να λειτουργούν, όπως προτείνεται από τις εναποθέσεις ανθρακικού άλατος, τίθεται το ερώτημα εάν αυτή ήταν μια τακτική διαδικασία καθώς ο Frontinus προωθούσε περισσότερο από μια χιλιετία νωρίτερα. Οι πηγές δεδομένων για τη συντήρηση του συστήματος υδραγωγείων στη μέση βυζαντινή περίοδο (9ος-13ος αιώνας) ουσιαστικά απουσιάζουν, αλλά τα υδραγωγεία λειτουργούσαν σίγουρα περίπου το 1000 μ.Χ. όταν υπήρχαν στοιχεία για επισκευές στο Basil II στο Ballıgerme με περιορισμένες πηγές τον επόμενο αιώνα (Crow et al.,  2008 , σελ. 106). Αυτό σημαίνει ότι η πόλη διατήρησε τους εργαζομένους για να εξασφαλίσει τις απαραίτητες επισκευές του συστήματος όπως έκανε τον πέμπτο αιώνα (Crow,  2012 ).

4.9 Η επιλογή για τμήμα διπλού καναλιού

Μία από τις ενδιαφέρουσες πτυχές του συστήματος ύδρευσης του 4ου και 5ου αιώνα που υποστηρίζει την Κωνσταντινούπολη είναι η παρουσία ενός τμήματος διπλού καναλιού μήκους τουλάχιστον 50 ‐ km,, ξεκινώντας με διαφορά ύψους 10 m στο Ballıgerme και σύγκλιση σε υψόμετρο από τον Kalfaköy (Σχήματα   ,  10α και  10γ ). Αυτή η ενότητα περιλαμβάνει πολλές παράλληλες γέφυρες και μερικές μεγάλες μονές γέφυρες με δύο υπέρθετα κανάλια (Σχήματα   και  10γ ). Τουλάχιστον μερικές από αυτές τις γέφυρες διπλού καναλιού, όπως η γέφυρα Kurşunlugerme (Σχήμα  10ε ), αντικατέστησαν προηγούμενες γέφυρες ενός καναλιού του καναλιού του 4ου αιώνα, οι οποίες εγκαταλείφθηκαν (Σχήμα  10β). Επίσης, κατασκευάστηκαν πολλές νέες γέφυρες για να κόβουν βρόχους σε πλευρικές κοιλάδες για να μειώσουν το μήκος των καναλιών του 4ου αιώνα (Crow,  2019 ). Δεδομένου ότι αυτές οι νέες γέφυρες ήταν βαριές κατασκευές, κάποια με διαμέτρους προβλήτα ευρύτερο από τις καμάρες, αναμονή της σεισμικής βλάβης μπορεί να ήταν μια κινητήρια παράγοντας να ανανεώσει τις γέφυρες και build πιο μαζική προβλήτες (Σχήμα  3a-c ? Crow,  in press ). Το ερώτημα είναι, ωστόσο, γιατί χρειάστηκε ένα διπλό κανάλι σε αυτήν την περίπτωση.

εικόνα
(α) χάρτης της ενότητας διπλού καναλιού. Τα αντιπροσωπευτικά προφίλ καναλιών για κάθε ενότητα καναλιού εμφανίζονται σε κλίμακα. Γραμμή κλίμακας = 2 m (μετά το Ruggeri,  2018); (β) σχηματική παρουσίαση της αρχικής διάταξης καναλιού ενός τέταρτου αιώνα · (γ) προσθήκη του καναλιού του 5ου αιώνα (κόκκινο) και αναδιάρθρωση γεφυρών. Οι γέφυρες του 4ου αιώνα (μπλε) αντικαταστάθηκαν από μαζικές νέες γέφυρες (κόκκινο) για την πρόληψη σεισμικών ζημιών Μερικές γέφυρες μεταφέρουν δύο κανάλια. Είναι αβέβαιο εάν το κανάλι του 5ου αιώνα επεκτάθηκε στην πόλη. (δ) μια απλούστερη εναλλακτική ρύθμιση, η οποία δεν κατασκευάστηκε, όπου ένα νέο κανάλι μεταφέρει όλο το νερό. (b – d) να μην γίνεται κλίμακα. Τα K, Pş και Pp αναφέρονται στα ονόματα των ελατηρίων στο (a). (ε) γέφυρα Kurşunlugerme με τα δύο κανάλια νερού · (στ και ζ) υπέρθετα κανάλια των ρωμαϊκών υδραγωγείων στην Porta Maggiore της Ρώμης, για σύγκριση. Φωτογραφία (ε): J. Crow. (f και g): C. Passchier [Η έγχρωμη εικόνα μπορεί να προβληθεί στο wileyonlinelibrary.com ]

Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι το παλιό κανάλι αποκαταστάθηκε ως κανάλι έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση σεισμικής βλάβης. Ωστόσο, σεισμική ζημιά θα μπορούσε επίσης να συμβεί έξω από την έκταση 50 χλμ του διπλού καναλιού. Μια άλλη δυνατότητα θα μπορούσε να είναι να χρησιμοποιήσετε το παλιό κανάλι ως εφεδρικό, να έχετε αρκετή χωρητικότητα σε περιόδους υψηλής ζήτησης νερού. Ωστόσο, καθώς το κανάλι του 5ου αιώνα έφτασε στο Ballıgerme κάτω από το κανάλι του 4ου αιώνα και είχε μεγάλες διαστάσεις (Σχήμα   ), θα ήταν δυνατόν να εγκαταλείψουμε εντελώς το τμήμα του καναλιού του 4ου αιώνα μεταξύ του Ballıgerme και του Kalfaköy και να εκτρέψουν όλα νερό από το Danamandıra πηγαίνει στο νέο, μεγαλύτερο κανάλι (Σχήμα  10δ). Αντίθετα, το παλιό κανάλι του 4ου αιώνα αποκαταστάθηκε και εν μέρει επαναπροσανατολίστηκε σε νέες γέφυρες για να λειτουργήσει μαζί και παράλληλα με το νέο και ευρύτερο κανάλι του 5ου αιώνα (Σχήμα  10γ ). Αυτό θυμίζει την κατάσταση στη Ρώμη, όπου κοντά σε υδραγωγεία διαφορετικής ηλικίας στα ΝΑ της πόλης δεν συγχωνεύθηκαν σε ένα κανάλι, αλλά μετέφεραν νερό ξεχωριστά στην πόλη σε δύο γραμμές υδραγωγείων με δύο (Aqua Claudia και Anio Novus) και τρία (Aqua Marcia, Tepula και Julia) στοιβάζονται κανάλια, αντίστοιχα (Εικόνα  10f, g ; Aicher,  1995). Οι λόγοι για το διαχωρισμό των καναλιών στη Ρώμη ήταν η διαφορετική ποιότητα του νερού στα διάφορα κανάλια και η ευκολία συντήρησης για επισκευές και αφαίρεση ανθρακικών, με την επιλογή προσωρινής διακοπής ορισμένων καναλιών χωρίς διακοπή ολόκληρης της παροχής νερού (Aicher,  1995 ) . Παρόμοιοι λόγοι θα μπορούσαν να ισχύουν για τη ρύθμιση διπλού καναλιού για την Κωνσταντινούπολη. Η ανάλυση ιχνοστοιχείων υποδηλώνει ότι το νερό του καναλιού του 5ου αιώνα ήταν συνήθως μολυσμένο με πηλό, κάτι που θα μπορούσε να είναι ένας λόγος για να διατηρηθεί αυτό το νερό χωρισμένο από αυτό του καναλιού του 4ου αιώνα. Αυτό ισχύει, ωστόσο, εάν το νερό παραμένει διαχωρισμένο μέχρι την πόλη. Εάν υπήρχε μόνο ένα κανάλι κατάντη από το Kalfaköy, η δυνατότητα συντήρησης πρέπει να ήταν ο παράγοντας κίνησης για την κατασκευή ενός διπλού καναλιού.

Καθώς διατηρήθηκαν έως και 27 χρόνια εναποθέσεων ανθρακικού στα κανάλια, το υδραγωγείο είχε προηγουμένως καθαριστεί, πιθανώς ως μέρος ενός κανονικού κύκλου συντήρησης. Λόγω του μήκους του καναλιού, μια τέτοια λειτουργία καθαρισμού και συντήρησης μπορεί να είχε διαρκέσει αρκετούς μήνες, ακόμη και με μεγάλο πλήρωμα. Τα κανάλια πιθανότατα έπρεπε να κλείσουν για αυτήν την εργασία. Δεδομένου ότι η εναπόθεση ανθρακικού άλατος είναι πιο έντονη σε κάποια απόσταση από τις πηγές, τα δύο κλαδιά του υδραγωγείου του 4ου αιώνα και το άνω μέρος του καναλιού του πέμπτου αιώνα χρειάζονταν τακτικό καθαρισμό, εκτός από άλλες εργασίες συντήρησης. Αυτό θα μπορούσε να γίνει κλείνοντας το κανάλι του 5ου αιώνα εναλλάσσοντας με τα δύο ανώτερα κλαδιά του τέταρτου one αιώνα ένα (Σχήμα  10γ). Ένα τέτοιο σύστημα λειτουργίας θα μπορούσε να παρέχει μόνιμη παροχή νερού. Το δαπανηρό σύστημα διπλού καναλιού μήκους 50 χλμ. Μπορεί, συνεπώς, να έχει δημιουργηθεί με σκοπό τη συντήρηση και την απομάκρυνση ανθρακικών αλάτων και την παροχή συνεχούς παροχής νερού. 19

Οι παρατηρήσεις μας σχετικά με το σχηματισμό ανθρακικού άλατος στην παροχή νερού στην Κωνσταντινούπολη είναι επίσης σχετικές με το ερώτημα γιατί το σύστημα κατασκευάστηκε και επέκτεινε όπως ήταν. Η Κωνσταντινούπολη βρισκόταν σε μια μοναδική γεωγραφική θέση στο τέλος μιας μακράς και μάλλον χαμηλής χερσονήσου, περιορίζοντας πιθανές πηγές γλυκού νερού (Bono et al.,  2001 ). Το σύστημα υδραγωγείων επεκτάθηκε πιθανότατα με τον κλάδο Pazarlı τον πέμπτο αιώνα λόγω της αυξανόμενης ζήτησης λόγω της αύξησης του πληθυσμού και λόγω της αποτυχίας στην απόρριψη της πηγής Pınarca λόγω του μικρού υδροφορέα του. Οι πηγές Danamandıra και Pınarca ενδέχεται να έχουν στεγνώσει κατά τη διάρκεια μακροχρόνιων ξηρασιών, και αυτό μπορεί να ήταν ένα επιπλέον κίνητρο για την κατασκευή της μακρύτερης και αναμφίβολα δαπανηρής επέκτασης υποκαταστήματος του 5ου αιώνα από το Pazarlı.

5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

  • Οι εναποθέσεις ανθρακικού στο υδραγωγείο του 5ου αιώνα της Κωνσταντινούπολης αντιπροσωπεύουν κατ ‘ανώτατο όριο 27 χρόνια εναπόθεσης κατά τις τελευταίες δεκαετίες δραστηριότητας του συστήματος ύδρευσης στα τέλη του 12ου αιώνα. Δεδομένου ότι το υδραγωγείο χρησιμοποιείται για αρκετούς αιώνες, αυτό σημαίνει ότι το κανάλι καθαριζόταν, πιθανώς τακτικά. Ο κλάδος του 4ου αιώνα περιέχει τουλάχιστον 14 χρόνια ανθρακικού άλατος από την ίδια περίοδο.
  • Το δ 18 O δείχνει μια κανονική κυκλικότητα, πιθανώς ως απόκριση στις εποχιακές αλλαγές θερμοκρασίας στο κανάλι μεγάλου υδραγωγείου. Αυτή η κυκλικότητα επιτρέπει τον υπολογισμό των ετήσιων επιπέδων.
  • Τα προφίλ δ 13 C και δ 18 O στα ανθρακικά κανάλια του πέμπτου αιώνα δείχνουν μόνο μια αδύναμη και μεταβλητή συσχέτιση, πιθανώς ως απάντηση στις ομοιόμορφα κατανεμημένες βροχοπτώσεις κατά τη διάρκεια του έτους στην περιοχή της Θράκης.
  • Τα προφίλ δ 13 C και δ 18 O του ανθρακικού άλατος από το κανάλι του τέταρτου αιώνα δείχνουν συνδιακύμανση και επομένως διαφέρουν σημαντικά από τα σταθερά προφίλ ισότοπων του καναλιού του 5ου αιώνα. Αντικατοπτρίζουν πιθανώς εποχιακές διακυμάνσεις στην απόρριψη και δ 18 O των πηγών. Η διαφορά μπορεί να αποδοθεί στο μικρότερο μέγεθος του υδροφορέα του καναλιού του 4ου αιώνα σε σύγκριση με εκείνο του ενός του πέμπτου αιώνα.
  • Το νερό στο κανάλι του 5ου αιώνα ήταν συνήθως μολυσμένο με πηλό. Οι μεγάλες στρατηγικές δεξαμενές ανοιχτού νερού Aetius, Aspar και Mocius στην Κωνσταντινούπολη ενδέχεται να είχαν την πρόσθετη λειτουργία για να επιτρέψουν στα σωματίδια αργίλου να καθίσουν.
  • Το διπλό τμήμα των καναλιών του τέταρτου και του 5ου αιώνα μπορεί να έχει κατασκευαστεί για να επιτρέπει τον καθαρισμό και την επισκευή ενός υποκαταστήματος ενώ το άλλο παρέμεινε σε λειτουργία, εν αναμονή του χρόνου που απαιτείται για τις εργασίες καθαρισμού.

ΔΗΛΩΣΕΙΣ

Δείγματα για αυτήν τη μελέτη παρασχέθηκαν στους συγγραφείς από τον καθηγητή Paolo Bono του Πανεπιστημίου Sapienza της Ρώμης, στις 8 Ιανουαρίου 2010. Ο καθηγητής Bono έλαβε τα δείγματα ως μέρος της συνεργασίας του με τον καθηγητή Jim Crow, ο οποίος σκηνοθέτησε το έργο παροχής νερού στην Κωνσταντινούπολη 1998–2004) χρηματοδοτήθηκε από το Leverhulme Research Trust και το AHRC. Ο καθηγητής Bono πέθανε το 2012 προτού οι συγγραφείς μπορούσαν να αναλύσουν τα δείγματα και αυτό το έγγραφο είναι αφιερωμένο στη μνήμη του. Το τρέχον πρόγραμμα ανάλυσης πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του έργου «Μηχανική της Παροχής Νερού της Βυζαντινής Κωνσταντινούπολης», που χρηματοδοτήθηκε από το Leverhulme Research Trust RPG ‐ 2013 2014410 (2014-2017). Αυτό το πρόγραμμα υποστηρίχθηκε επίσης από τα έργα DFG PA578 / 17 και SU864 / 2‐1. Οι συγγραφείς ευχαριστούν τον Mark Peternell για τη φωτογράφηση δειγμάτων με τον Fabric Analyzer και τη Nora Groschopf για την ανάλυση μικροεμφανισμάτων.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Το σχόλιο σας θα δημοσιευθεί αφου εγκριθεί πρώτα απο τον διαχειριστή για την αποφυγή υβριστικού η προσβλητικού περιεχομένου.