"Công thức chế bê tông này đã thất truyền và chưa một ai phục hồi được nó. Người La Mã đã may mắn khi họ có ví dụ khoáng sản phù hợp về hiệu xuất của thứ bê tông này. Họ đã quan sát thấy được tro núi lửa rơi xuống biển và biến thành đá bọt. Còn chúng ta sẽ phải tìm kiếm các thành phần tương đương vì nước biển và tro không có sẵn khắp mọi nơi," — Marie Jackson từ Đại học Utah, Salt Lake City (Mỹ) kể.
La Mã cổ đại, như nhiều nhà phê bình và sử học từng chỉ trích, đã không để lại cho hậu thế di sản văn hóa phong phú như Hy Lạp cổ đại, nhưng người La Mã thành công trong hai lĩnh vực thực tiễn — trong luật học, trong kiến trúc và xây dựng. Những con đường thời La Mã, các cống dẫn nước, Pantheon và các nhà thờ, công trình kiến trúc đã đứng vững hàng ngàn năm và đến nay vẫn đang được khai thác.
"Bí quyết" chính và điều kỳ diệu của ngành xây dựng La Mã cổ đại chính là xi măng, opus caementicium — tổ tiên của bê tông hiện đại, vật liệu xây dựng của nhiều cống dẫn nước, Đấu trường La Mã, các cầu cảng, tường nhà, ở Rome và Pax Romana. Khác với bê tông hiện đại được làm bằng xi măng và sỏi, bê tông thời La Mã rắn chắc hơn rất nhiều và không nứt vỡ do sự xâm thực của nước sau vài thập kỷ.
Theo Jackson, trái lại bê tông La Mã càng rắn chắc hơn sau khi tiếp xúc với nước, như chính Pliny Già và nhiều nhà biên niên khác củ Đế quốc La Mã đã viết. Tính chất bất thường này của bê tông La Mã vẫn là một bí ẩn đối với các nhà khoa học vì có rất ít thông tin về thành phần cũng như phương pháp sản xuất, người ta chỉ biết nó bao gồm cát, sỏi kích thước nhất định, vôi và tro núi lửa.
Jackson và các cộng sự của mình đã tìm ra câu trả lời nhờ soi các mảnh bê tông La Mã bằng máy gia tốc hạt ALS tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence ở Berkeley. Nghiên cứu ảnh chụp thu được, các nhà khoa học phát hiện trong bê tông thời Caesar và Augustus thứ mà họ không hề nghĩ đến — tinh thể khoáng tobermorite.
Chất này bao gồm nước, canxi, nhôm, silic và oxy, thường hình thành ở các miệng phun thủy nhiệt hoặc miệng núi lửa dưới nhiệt độ siêu cao, việc tìm thấy nó trong xi măng là điều bất ngờ đối với các nhà nghiên cứu. Phân tích cấu trúc các tinh thể, Jackson và các đồng nghiệp đã hiểu ra sự hình thành của chúng và tìm thấy lời giải đáp cho sức bền đáng kinh ngạc của bê tông La Mã.
Hóa ra bê tông này hình thành với hai giai đoạn, giai đoạn đầu rất nhanh, giai đoạn thứ hai khá chậm chạp so với nhận thức của con người. Trước hết, vôi tương tác với các phân tử chứa của tro và tạo ra trong bê tông một môi trường kiềm thúc đẩy sự hình thành tobermorite.
Chúng xuất hiện bên trong bê tông như kết quả sự xâm thực của nước biển và sự tương tác với môi trường kiềm. Các tinh thể tobermorite gắn chặt với nhau, làm bê tông rắn chắc hơn và ngăn chặn sự đổ vỡ dưới ảnh hưởng xâm thực của nước biển. Quá trình này, như các nhà hóa học nói, có thể kéo dài vài ngàn năm, trong thời gian đó bê tông không những không bị hủy hoại mà càng trở nên rắn chắc.
Hiện tại, Jackson và một số nhà địa chất đang cố gắng tái tạo công thức của bê tông La Mã bằng cách trộn các loại tro núi lửa khác nhau với nước biển. Họ hy vọng rằng, khám phá mới sẽ tìm ra sự thay thế cho xi măng thông thường, vốn là một trong những quá trình sản xuất gây ô nhiễm nhất cho môi trường, đồng thời tìn ra nguyên liệu cho những con đập "vĩnh cửu", trạm điện thủy triều, đê chắn sóng và các công trình cảng.
