رومیان باستان چگونه آب را «سربالا» می‌بردند؟

فرادید| مهندسان رومی برای انتقال آب به مسیرهای دشوار از روش‌های مختلفی استفاده می‌کردند؛ از جمله سیفون‌های معکوس و دستگاه‌های مکانیکی بالابرنده آب. هر روش برای شرایط خاصی طراحی شده بود و این نشان می‌دهد که مهندسی آب در امپراتوری روم بسیار فراتر از ساخت کانال‌های ساده بود.

به گزارش فرادید؛ یکی از روش‌های جالب رومیان، استفاده از سامانه‌ای به نام «سیفون معکوس» بود. این سامانه به آب اجازه می‌داد از دره‌ای عمیق عبور کند و در سوی دیگر، دوباره به ارتفاع بالاتری برسد.

نمونه شناخته‌شده این فناوری در آبراهه آسپندوس واقع در جنوب ترکیه امروزی به کار گرفته شده بود. این سازه به قرن دوم میلادی تعلق دارد و پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای، نحوه عملکرد آن را بازسازی کرده‌اند.

برای عبور آب از دره، رومیان در یک سوی آن مخزنی برای ورود و تنظیم جریان آب می‌ساختند و در سوی دیگر، مخزنی برای دریافت آب قرار می‌دادند که اندکی پایین‌تر از مخزن نخست بود. در مسیر دره نیز دو برج ساخته می‌شد که بخشی از سامانه انتقال آب را تشکیل می‌دادند.

آب ابتدا از مخزن ورودی به سمت پایین سرازیر می‌شد. فشار ناشی از ستون آب در لوله، آب را به سمت بالا و درون برج نخست می‌راند. سپس آب از شیب دیگر پایین می‌رفت و با کمک همان فشار، در بخش بعدی مسیر دوباره بالا می‌آمد تا به مخزن دریافت برسد. از آنجا، جریان آب مسیر خود را به سوی شهر آسپندوس ادامه می‌داد.

نکته مهم این است که آب در این سامانه برخلاف تصور اولیه، با نیرویی مستقل از گرانش به سمت بالا کشیده نمی‌شد. اختلاف ارتفاع و فشار ناشی از ستون پیوسته آب، امکان عبور از مسیر پایین‌رو و سپس بالا‌رو را فراهم می‌کرد. البته این روش به طراحی دقیق، لوله‌های مقاوم و حفظ فشار مناسب نیاز داشت.

چرا وجود حباب‌های هوا مشکل‌ساز بود؟

یکی از چالش‌های مهم در سیفون‌های معکوس، جلوگیری از تشکیل حباب‌ها و حفره‌های هوا در لوله‌ها بود. وجود هوا می‌توانست پیوستگی ستون آب را مختل کند و عملکرد سامانه را کاهش دهد.

جووانی دِ فئو استاد مهندسی صنایع در دانشگاه سالرنو ایتالیا توضیح داده است که رومیان مخازن ورودی و خروجی را نسبتاً بزرگ می‌ساختند تا سرعت آب هنگام ورود به آن‌ها کاهش یابد. در چنین شرایطی، حباب‌های هوا فرصت پیدا می‌کردند به سطح آب برسند و از قسمت بالای باز مخزن خارج شوند. این طراحی احتمال تشکیل حفره‌های هوا در مسیر انتقال را کاهش می‌داد.

با وجود کارآمدی این روش، رومیان همیشه سیفون معکوس را انتخاب نمی‌کردند. چارلز اورتلوف، پژوهشگر وابسته به بخش انسان‌شناسی دانشگاه شیکاگو می‌گوید مهندسان رومی اغلب ترجیح می‌دادند به‌جای عبور دادن آب از دره با سیفون، پلی بسازند و کانال آب را از بالای آن عبور دهند.

آبراهه سگوویا در اسپانیا نمونه مشهور این روش است. پل بلند و باشکوه این مجموعه هنوز پابرجاست و نشان می‌دهد رومیان چگونه از سازه‌های سنگی برای حفظ شیب ملایم مسیر آب استفاده می‌کردند.

پیچ ارشمیدس؛ انتقال آب از ارتفاع پایین به زمین‌های بالاتر

رومیان علاوه بر سیفون‌های معکوس، دستگاه‌های مکانیکی مختلفی برای بالا بردن آب به کار می‌بردند. یکی از شناخته‌شده‌ترین آن‌ها «پیچ ارشمیدس» است که برای انتقال آب از رودخانه‌ها به زمین‌های کشاورزی یا رساندن آن به نقاط مرتفع‌تر استفاده می‌شد.

این دستگاه معمولاً به ارشمیدس، مخترع یونانی قرن سوم پیش از میلاد، نسبت داده می‌شود؛ بااین‌حال، برخی پژوهشگران احتمال می‌دهند که این فناوری پیش از او نیز وجود داشته است.

پیچ ارشمیدس از محوری تشکیل می‌شد که ساختاری مارپیچی در اطراف آن قرار داشت. در نمونه‌های سنتی، این ساختار می‌توانست با استفاده از شاخه‌های انعطاف‌پذیر بید یا مواد بافته‌شده ساخته شود و درون محفظه‌ای چوبی قرار گیرد.

دستگاه با زاویه‌ای نسبت به سطح آب نصب می‌شد. هنگامی که محور می‌چرخید، آب در فضای میان مارپیچ‌ها به سمت بالا حرکت می‌کرد و از بخش مرتفع‌تر خارج می‌شد. چرخاندن دستگاه با نیروی انسانی یا حیوانی امکان‌پذیر بود و به این ترتیب، آب از سطح پایین‌تر به زمین‌های بالاتر انتقال می‌یافت.

چرخ‌های آبی؛ روشی دیگر برای بالا بردن آب

چرخ‌های آبی نیز در برخی فعالیت‌های مرتبط با انتقال آب به کار می‌رفتند؛ از جمله در معادن رومی، جایی که بیرون کشیدن آب انباشته‌شده در عمق زمین ضرورت داشت.

این دستگاه‌ها معمولاً از چرخی بزرگ تشکیل می‌شدند که سطل‌هایی روی آن نصب شده بود. با چرخیدن سازه، سطل‌ها آب را از سطح پایین جمع می‌کردند و به ارتفاع بالاتری می‌رساندند. برخی نمونه‌ها به چرخ‌های ارابه شباهت داشتند، اما بزرگ‌تر بودند و برای برداشت و انتقال آب طراحی شده بودند.

چنین سامانه‌هایی به نیروی مکانیکی نیاز داشتند و بسته به طراحی و محل استفاده، می‌توانستند به کمک نیروی انسان یا سازوکارهای دیگر به حرکت درآیند.

پمپ کتسیبیوس؛ انتقال آب با فشار

یکی دیگر از ابزارهای شناخته‌شده در جهان باستان، پمپی بود که به نام کتسیبیوس، مهندس و مخترع یونانی، شناخته می‌شود. این دستگاه با حرکت دادن یک اهرم چوبی به کار می‌افتاد.

پمپ از دو سیلندر تشکیل شده بود که از طریق پیستون‌ها به محفظه‌ای مرکزی متصل می‌شدند. با حرکت پیستون‌ها، آب وارد محفظه می‌شد و سپس از طریق مجرایی به شکل نازل بیرون می‌آمد. این سازوکار امکان انتقال آب با فشار را فراهم می‌کرد و در موقعیت‌هایی که جریان طبیعی آب کافی نبود، کاربرد داشت.

مهندسی آب در روم باستان؛ ترکیبی از گرانش و فناوری

رومیان برای رساندن آب به شهرها، حمام‌های عمومی، زمین‌های کشاورزی و دیگر تأسیسات، تنها به یک روش متکی نبودند. آبراهه‌های معمولی از شیب طبیعی زمین و نیروی گرانش بهره می‌بردند؛ سیفون‌های معکوس امکان عبور از دره‌ها را فراهم می‌کردند و دستگاه‌هایی مانند پیچ ارشمیدس، چرخ‌های آبی و پمپ‌ها آب را در شرایط خاص به ارتفاع بالاتر می‌رساندند.

بنابراین، پاسخ این پرسش که رومیان چگونه آب را به سربالایی می‌رساندند، به نوع سازه و شرایط زمین بستگی دارد. در سیفون معکوس، فشار ناشی از اختلاف ارتفاع و ستون آب نقش اساسی داشت؛ اما در دستگاه‌های مکانیکی، نیروی انسان، حیوان یا سازوکار محرک برای بالا بردن آب به کار گرفته می‌شد.

این فناوری‌ها نشان می‌دهند که مهندسان رومی با وجود نداشتن تجهیزات مدرن، راهکارهای متنوعی برای غلبه بر موانع طبیعی طراحی کرده بودند و می‌توانستند آب را به نقاطی برسانند که انتقال آن در نگاه نخست ناممکن به نظر می‌رسید.