Nóż w wodzie cz. 2. Najstarsza oczyszczalnia na kontynentach Ameryk?

Dostęp do wody i modyfikacje krajobrazu umożliwiające jej gromadzenie to najważniejsze czynniki służące do oceny możliwości przetrwania i rozwoju społeczeństw. Nasza cywilizacja ma już za sobą pierwsze wojny o wodę (Tadżykistan-Kirgistan 2021-2022, ludobójstwa w Darfurze 2003-2008, Indie użyły właśnie dostępu do wody jako broni w walce z Pakistanem). Eksplozje groźnych bakterii w wodociągach miejskich zyskują raz po raz swoje pięć minut w mediach (Legionella w Rzeszowie w 2023 r., głośne awarie oczyszczalni w Warszawie i w Gdańsku).

Każdego dnia spożywamy mikroplastik w butelkach z dzielnie przymocowaną zakrętką, a efekty powyżej wymienionych i podobnych zjawisk będą mogli ocenić dopiero historycy i… archeolodzy. Pytanie o jakość wody okazuje się dotyczyć nie tylko naszych czasów, a jej skażenie może być jednym z czynników, które zdecydowały o losach dawnych państw, a może choćby cywilizacji. Analiza sposobów, w jakie Majowie przekształcali swój kulturowy krajobraz przy użyciu technologii z epoki kamienia, odsłania przemyślny i zrównoważony wpływ na środowisko.

Czy i ewentualnie jak Majowie radzili sobie z kontaminacją wody?

Badania rezerwuarów wody w Tikal (Peten, Jukatan, Gwatemala) – zbiorników wykopanych w celu jej agregacji jeszcze przez preklasycznych Majów – rozpoczęte pod koniec pierwszej dekady XXI w., przyniosły zdumiewające i zupełnie niespodziewane odkrycie. Pobierając rdzenie z ich osadów dennych, poszukiwano danych dotyczących kontaminacji wody przez cyjanobakterie. W jednym ze zbiorników natrafiono tymczasem na ślad zaawansowanego systemu do filtracji wody. Rezerwuar Corriental – jego nazwa w Peten i południowo-wschodnim Campeche znaczy tyle, co jar – znajduje się w pewnym oddaleniu od ch’een, ceremonialnego i rezydencyjnego centrum dawnego miasta-państwa. Zbiornik ten nie był położony blisko ważnych pałaców, piramid oraz placów publicznych. A jednak to w Corriental, nie w żadnym z pozostałych rezerwuarów Tikal, odkryto ślady instalacji służącej do filtrowania wody z wkładami wypełnionymi piaskiem kwarcowym… oraz zeolitem!

Najstarsza oczyszczalnia na kontynentach Ameryk?

Do tej pory uważano, iż najstarsze systemy do filtracji wody powstały w Europie i w Azji. Nie znaleziono podobnych instalacji na kontynentach Ameryk. Z drugiej strony, wciąż mamy mało pozyskanych w terenie danych dla Mezoameryki. Do tej pory przeprowadzono badania tylko kilkudziesięciu spośród wielu tysięcy starożytnych rezerwuarów Majów, a większość wykopalisk ograniczono do jednego dołu testowego.

Rezerwuar Corriental był używany do kolekcji wody od epoki późnopreklasycznej (od około 200 r. p.n.e.) do końca okresu klasycznego (około 870-900 r. n.e.). Utrzymywał niedobitki populacji w pierwszych wiekach po opuszczeniu miasta. Zidentyfikowany przez archeologów system filtracji zeolitowej w Tikal jest zatem najstarszym znanym przykładem instalacji do oczyszczania wody na półkuli zachodniej i najstarszym znanym przypadkiem zastosowania zeolitu do dekontaminacji wody pitnej na Ziemi.

Preklasyczne rezerwuary wody w Tikal

Poczynając od roku 2009, w pierwszej kolejności zbadano trzy rezerwuary: Perdido (na południowy-zachód od Mundo Perdido), Świątynny (pomiędzy Mundo Perdido a Północnym Akropolem i Wielkim Placem Tikal) i Corriental. Później badaniami objęto jeszcze Rezerwuar Pałacowy, położony na obrzeżach Centralnego Akropolu, gdzie w okresie hegemonii Tikal nad Nizinami Majów rezydowali władcy i arystokracja państwa, znanego w czasach prekolumbijskich jako Yax Mutul.

W celu porównywania zgromadzonych danych sprawdzono również zbiornik naturalny – lej krasowy Inscriptions. Każdy ma własną i dosyć sporą zlewnię. Wszystkie sztuczne zbiorniki wykopano jeszcze w epoce środkowopreklasycznej (ok. 500 r. p.n.e.), w okresie około dwóch stuleci od świtu cywilizacji Majów w Tikal (obserwatorium – grupa E w Tikal jest datowane na około 800 r. p.n.e., należy zatem do najstarszych na Nizinach Majów). Zbiorniki te mają stratygraficzne nieciągłości spowodowane pogłębianiem. Wszystkie, z wyjątkiem największego rezerwuaru Corriental. Chronologię obiektów określono dzięki datowaniu radiowęglowemu AMS próbek węgla drzewnego z kontekstów o stratygrafii nie budzącej wątpliwości.

W centralnie położonym Rezerwuarze Świątynnym warstwa osadów sięga poniżej metra. Perdido i Corriental znajdują się nieco dalej od centrum Tikal. Miąższość w pierwszym z nich to 120 cm. Dno zbiornika uszczelniono niegdyś wapiennym cementem w celu zatrzymywania wody (Tikal leży na terenie zbudowanym z wapienia, który w sposób naturalny wchłania wodę, co skutkuje znikomym występowaniem jezior i rzek). Miąższość osadów w Corriental, który – w przeciwieństwie do pozostałych – nigdy nie był pogłębiany w trakcie użytkowania, to aż 250 cm. Jego dno było zbudowane z gliny. Mineralogię osadów z rezerwuarów i leja krasowego zbadano dzięki dyfrakcji rentgenowskiej (XRD).

Kilka słów o kamieniach…

Zeolit to nietoksyczny, porowaty, uwodniony glinokrzemian o naturalnych adekwatnościach adsorpcyjnych. Zawdzięcza je trójwymiarowym, mikrokrystalicznym porom o rozmiarach 0,3-0,4 nanometra, które tworzą naturalne sito molekularne. Usuwa z wody mikroby, związki azotu i toksyny rozpuszczalne oraz nierozpuszczalne. Współcześnie znalazł więc wiele zastosowań: od akwariów aż po neutralizację odpadów radioaktywnych (np. po katastrofie elektrowni Fukushima). Rzymscy inżynierowie używali go jako wypełnienia przy budowie tam, portów, mostów i akweduktów, nie zdając sobie sprawy z jego specjalnych adekwatności.

Istnieje około pół setki typów zeolitu występujących naturalnie, w tym analcym, mordenit i klinoptylolit. W Gwatemali analcym pojawia się jako silnie przeobrażona forma jadeitu. Mordenit i klinoptylolit znajdowane są w jaskiniach Gwatemali zachodniej, gdzie piętrzą się aktywne, uśpione i wygasłe wulkany Sierra Madre. Występują też w powiązaniu z kwarcem, kalcytem i smektytem w miejscach, gdzie tufy wulkanoklastyczne (skały powstające z opadów popiołów po erupcjach wulkanów) przekształcają się w zeolity.

O ile wspomniany kalcyt to tutejszy wapień kredowo-paleogenowy (cały półwysep Jukatan był od kredy aż po plejstocen wielką rafą koralową), kwarc i smektyt narodziły się z popiołów wulkanów, które tworzą pasmo gór Sierra Madre, znane też jako obszar kulturowy Wyżyna Majów. Smektyt to minerał ilasty pochodzący z przemiany przenoszonego przez powietrze popiołu wulkanicznego. W Tikal wymieszały się zatem nie tylko kulturowe, ale również geologiczne wpływy obu tych stref.

Choć mordenit i klinoptylolit nie występują naturalnie w Tikal, odkryto je w wychodniach krystalicznego tufu na północny-wschód od miasta, gdzie leżą też źródła czystej wody pitnej. Współwystępowanie makrokrystalicznego kwarcu, zeolitu i czystej wody mogło być dla Majów wskazówką, impulsem do eksperymentów, a następnie wykorzystania minerału. W Tikal znaleziono go do tej pory jedynie na terenie Corriental, gdzie występuje wspólnie z makrokrystalicznym (0,5-2,0 mm) kwarcem.

Znaleziony w osadach mikrokrystaliczny kwarc (0,05 mm) powstał jako unoszące się w powietrzu kryształki wulkanogeniczne, znane też jako kwarc pierwotny. Wszechobecne współwystępowanie wulkanogenicznego smektytu i oktaedrów kwarcu w osadach z Tikal pokazuje, iż popiół wulkaniczny opadał tutaj porcjami przez cały okres zamieszkiwania miasta.

Chronologia i stratygrafia rezerwuaru Corriental w Tikal: a) warstwy osadu z naniesionym antropogenicznie kwarcem euhedralnym; b) zawartość zeolitu w procentach; c) charakterystyczne piki XRD minerałów; d) mikrofotografia antropogenicznych euhedralnych kryształów kwarcu i zeolitu – tuf krystaliczny (ryc. Kenneth Barnett Tankersley 2020:Figure 3 na licencji CC BY 4.0)

Corriental

Corriental to jeden z największych rezerwuarów wody Tikal. Ma pojemność około 57,5 mln litrów. Otacza go nasyp o wysokości 4-7 m. We wszystkich warstwach osadu znajdujemy skorupy naczyń, które służyły dawnym Majom do wybierania wody. Znaleziono tutaj jedynie skromne dowody zanieczyszczenia chemicznego i żadnych śladów skażenia cyjanobakteriami. Zdaniem badaczy, tutejszy system filtracji jest anomalią nie tylko w samym Tikal, ale również na skalę całych Nizin Majów. System składał się z klinoptylolitu, mordenitu i grubych do bardzo grubych kryształków euhedralnego kwarcu (wielkości ziaren piasku). Te zeolity i makrokrystaliczny kwarc pochodzą z wychodni tufu kredowego, odsłoniętych wzdłuż krawędzi brzegowych Bajo de Azúcar.

Bajo de Azúcar to położone około 30 km na północny-wschód od Tikal śródleśne rozlewisko, jakich pełno w dzisiejszym Peten. Te zwykle płytkie zbiorniki w porze deszczowej potrafią rozrastać się do powierzchni kilkuset kilometrów kwadratowych, znacznie utrudniając poruszanie się po selwie. Zwłaszcza iż korzystają z nich krokodyle. W przeszłości były podstawą rozwoju rolnictwa cywilizacji Majów, ponieważ dostarczały żyznych gleb. Uprawy rozwijano nie tylko wzdłuż ich brzegów. Z osadów dennych budowano chinampas, czyli grządki na wodzie. Bajo de Azúcar w czasach, kiedy na terenie dzisiejszego Peten kwitła cywilizacja Majów, musiało jednak zwrócić na siebie ich uwagę wodą zdatną do picia.

Hipotetyczny schemat starożytnego systemu oczyszczania wody w Tikal. Makrokrystaliczny piasek kwarcowy i system filtracji zeolitu umieszczony tuż przed lub w obrębie wejścia zbiornika (ryc. Kenneth Barnett Tankersley 2020:Figure 4 na licencji CC BY 4.0)

System filtracji wody miał prawdopodobnie formę kamiennej konstrukcji, która podtrzymywała wkłady filtracyjne, umieszczone w matach z włókien trzcinowych lub palm, tzw. petates. Materiał filtrujący to oczywiście zeolit i kryształki kwarcu. Takie instalacje działały powyżej lub w obrębie dopływów do rezerwuaru, które tworzyły się spontanicznie podczas gwałtownych powodzi w następstwie tropikalnych burz. Ślady takich wydarzeń to soczewki kwarcu krystalicznego w osadach zalegających w zbiorniku. Kryształki zeolitu, znacznie mniejsze od kwarcu (0,001 – 0,01 mm), były łatwiej roznoszone przez wodę, więc ich obecność w osadach jest bardziej rozproszona. Sam kwarc byłby w stanie optycznie sklaryfikować wodę, jednak bez wkładu zeolitu nie oczyściłby jej z toksyn i mikrobów.

Od początków i do końca czasu

System filtracji działał wcześnie, bo od około 210 r. p.n.e., w okresie preklasycznym cywilizacji Majow. Był zatem sześć wieków starszy niż filtr z piasku i żwiru opisany w hinduskim traktacie Suśrutasaṃhitā. Poprzedza o jakieś 2155 lat zastosowanie zeolitu do filtracji wody przez naszą, jakże zaawansowaną cywilizację europejską. Mieszkańcom południowo-zachodniej części Tikal zapewniał zdrową wodę przez ponad tysiąc lat!

Wygląda na to, iż Majowie dokonali, jedynie dzięki obserwacjom, niezwykle ważnego i interesującego odkrycia. To, czy i ewentualnie dlaczego nie było ono zastosowane szerzej, wymaga dalszych badań. Być może zrozumienie wagi tego, czym dysponowali, a stosowali tylko lokalnie, mogłoby ochronić przynajmniej Tikal, jeżeli nie inne miasta-państwa przed upadkiem (więcej na temat skażenia wody jako jednej z potencjalnych przyczyn upadku klasycznej cywilizacji Majów w trzeciej części tekstu).

Najmłodsza, czyli położona stratygraficznie najwyżej, warstwa zeolitu w rezerwuarze Corriental jest pamiątką po ostatnim epizodzie z udziałem systemu filtracyjnego w Tikal. Naukowcy datują ją na epokę późnoklasyczną (w Tikal to lata 562-830 n.e.). System filtracji najwyraźniej nie był już później odnawiany. W młodszych warstwach znajdujemy więc rtęć pochodzącą z procesów antropogenicznych – Majowie używali barwnika zawierającego ten pierwiastek do ozdabiania pałaców i świątyń. Siarczku rtęci (cynobru) używano również nagminnie w rytuałach pogrzebowych. Cynober spłukiwany ze ścian i wymywany z miejsc pochówków na obszarze zlewni lądował w rezerwuarze Corriental, z którego czerpano wodę.

Nie wiadomo, czemu Majowie nie odbudowali filtrów ani dlaczego nie zastosowali ich w pozostałych zbiornikach na terenie miasta. Tikal zostało opuszczone niedługo później, w epoce schyłkowoklasycznej, około 870 r. n.e., chociaż ostatnie, związane z rezerwuarem Corriental ślady Majów to wczesne lata postklasyczne – 1010-1170 r.n.e. – czas, gdy na dalekiej północy Jukatanu zakwitło Chichen Itza – jedno z ostatnich, ale paradoksalnie najbardziej znane miasto Majów. Zbiornik pozwolił przetrwać wybrańcom wiek albo dwa po upadku klasycznej cywilizacji Majów.

Zdj. główne: Przemek Trześniowski Archeophotography