Những ống nhũ trắng treo dưới gầm cầu, trần tầng hầm hay mái hiên bê tông mọc nhanh hơn thạch nhũ trong hang động rất nhiều, có khi dài thêm thấy rõ chỉ sau vài tuần. Thạch nhũ trong hang thường chỉ dài thêm khoảng 0,1 mm mỗi năm, dao động từ vài phần trăm milimét tới vài milimét. Hai loại trông giống nhau vì đều là canxi cacbonat, nhưng hoá học sinh ra chúng khác nhau, và chính sự khác nhau đó làm tốc độ chênh nhau hàng trăm lần.
Thạch nhũ trong hang lớn lên thế nào
Nước mưa thấm qua lớp đất, hoà thêm khí CO₂ do rễ cây và vi sinh vật thải ra, trở thành một thứ axit cacbonic rất loãng. Khi thấm vào khe nứt đá vôi, nó hoà tan dần canxi cacbonat và mang theo dưới dạng canxi bicacbonat tan trong nước.
Lúc giọt nước rỉ ra trần hang, nó gặp không khí trong hang có nồng độ CO₂ thấp hơn trong đất. Khí CO₂ thoát khỏi giọt nước, phản ứng đảo chiều, và một lớp canxi cacbonat mỏng như màng kết tủa quanh mép giọt. Giọt này rơi đi, giọt sau lại để lại một vòng nữa. Cứ thế thành một ống rỗng đường kính cỡ một giọt nước, dân hang động gọi là ống rơm. Khi ống bị tắc, nước chảy tràn ra ngoài, ống dày dần thành hình nón quen thuộc. Phần nước rơi xuống nền hang tiếp tục nhả CO₂ và xây măng đá mọc ngược lên.
Toàn bộ quá trình bị điều khiển bởi chênh lệch CO₂ giữa đất và hang, nhiệt độ, và tốc độ nhỏ giọt. Nước nhỏ quá nhanh thì chưa kịp kết tủa đã rơi; quá chậm thì lượng khoáng mang tới ít. Vì vậy tốc độ thạch nhũ thay đổi rất nhiều giữa các hang, giữa các mùa, thậm chí giữa hai thạch nhũ đứng cạnh nhau.
Thạch nhũ bê tông: một phản ứng khác
Bê tông làm từ xi măng poóc lăng. Khi xi măng đóng rắn, một trong các sản phẩm là canxi hydroxit, chính là vôi tôi. Bê tông mới chứa khá nhiều chất này, và nó tan được trong nước.
Nước mưa thấm qua khe nứt, mối nối hay lớp chống thấm hỏng của bê tông, hoà tan canxi hydroxit, rỉ ra mặt dưới. Gặp không khí, canxi hydroxit hấp thụ CO₂ và biến thành canxi cacbonat:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
Khác biệt then chốt nằm ở đây. Trong hang, nước chỉ mang được ít canxi vì độ tan của canxi bicacbonat bị giới hạn bởi lượng CO₂ trong đất. Còn nước rỉ từ bê tông có thể mang nhiều canxi hơn, và phản ứng không cần chờ CO₂ thoát ra mà ngược lại, hút CO₂ từ không khí vào. Kết quả là mỗi giọt để lại nhiều khoáng hơn, nhanh hơn.
Ở Úc, nhà nghiên cứu hang động Garry K. Smith đề xuất tên gọi riêng cho loại cặn này là calthemite, để phân biệt với thạch nhũ tự nhiên. Nước rỉ ra từ bê tông có tính kiềm mạnh, độ pH có thể trên 12, nên đừng để nó dính vào mắt khi đứng ngước nhìn dưới gầm cầu.
So sánh hai loại thạch nhũ
| Đặc điểm | Thạch nhũ trong hang | Nhũ dưới công trình bê tông |
|---|---|---|
| Nguồn canxi | Đá vôi bị nước có CO₂ hoà tan | Canxi hydroxit trong xi măng |
| Vai trò của CO₂ | CO₂ thoát ra khỏi giọt nước thì đá kết tủa | Giọt nước hút CO₂ từ không khí thì đá kết tủa |
| Tốc độ thường gặp | Khoảng 0,1 mm/năm, có thể từ vài phần trăm mm tới vài mm | Nhanh hơn hàng trăm lần, có ống dài thêm thấy rõ sau vài tuần |
| Độ pH nước nhỏ giọt | Gần trung tính, hơi kiềm | Kiềm mạnh, có thể trên 12 |
| Hình dạng | Ống rơm, nón, rèm, cột, trải qua nghìn năm | Ống mảnh, giòn, hay kèm vệt trắng loang trên mặt bê tông |
| Tuổi | Hàng trăm tới hàng trăm nghìn năm | Không quá tuổi công trình, thường vài năm tới vài chục năm |
Một mét thạch nhũ mất bao lâu
Phép tính đơn giản nhất cho thấy khoảng cách giữa hai thế giới. Với tốc độ trung bình 0,1 mm/năm, một thạch nhũ dài 1 m cần khoảng 10.000 năm. Nếu một ống nhũ dưới gầm cầu dài thêm 2 cm mỗi năm, nó đạt 1 m sau khoảng 50 năm, tức là trong tuổi thọ của chính cây cầu.
| Tốc độ lớn | Thời gian để dài 10 cm | Thời gian để dài 1 m |
|---|---|---|
| 0,01 mm/năm (thạch nhũ rất chậm) | 10.000 năm | 100.000 năm |
| 0,1 mm/năm (thạch nhũ thường gặp) | 1.000 năm | 10.000 năm |
| 1 mm/năm (thạch nhũ nhanh) | 100 năm | 1.000 năm |
| 2 cm/năm (ví dụ nhũ bê tông) | 5 năm | 50 năm |
Bảng này cũng giải thích vì sao các khối thạch nhũ khổng lồ ở Phong Nha – Kẻ Bàng (Quảng Trị) hay trong các hang ở vịnh Hạ Long được coi là tài sản không thể làm lại. Một cú chạm tay, một vết bẻ, phải mất hàng nghìn năm nước mới vá được.
Những "thạch nhũ" nhanh khác quanh ta
Cáu cặn trong ấm đun nước
Ở nhiều vùng dùng nước giếng khoan hay nước máy có độ cứng cao, đáy ấm siêu tốc chỉ vài tuần đã phủ một lớp trắng. Đó cũng là canxi cacbonat: khi đun, CO₂ hoà tan bay đi, canxi bicacbonat trong nước kết tủa lại. Đây chính là phản ứng trong hang động, chỉ là được đẩy nhanh bằng nhiệt. Người ta tẩy cặn bằng giấm hay axit citric vì axit làm phản ứng chạy ngược, hoà tan cặn trở lại.
Cặn vôi trong cống dẫn nước La Mã
Cống dẫn nước Eifel đưa nước suối giàu khoáng về thành Cologne thời La Mã. Sau nhiều thế kỷ dòng chảy, thành cống bị phủ một lớp cặn vôi, có chỗ dày tới khoảng hai chục centimét. Thời Trung cổ, người ta cắt lớp cặn này ra, đánh bóng và dùng như một loại đá trang trí, gọi là "đá hoa cống dẫn nước". Đó là một khối thạch nhũ nằm ngang do con người vô tình nuôi.
Vệt trắng trên tường và sàn
Các vệt trắng loang như muối trên tường gạch, chân cột bê tông hay sân lát sau mùa mưa gọi chung là hiện tượng nở hoa muối, hay "hoa tường". Một phần là canxi cacbonat như nhũ bê tông, một phần là các muối tan khác bị nước kéo ra rồi kết tinh khi khô. Chúng không phải nấm mốc, nhưng là dấu hiệu nước đang đi xuyên qua vật liệu.
Thạch nhũ dưới cầu nói gì về công trình
Với người làm cầu đường, những ống nhũ trắng không phải cảnh đẹp mà là một lời nhắc. Chúng cho biết nước đang thấm qua bê tông ở đúng chỗ đó. Mỗi gram canxi cacbonat treo dưới gầm là một gram vôi đã bị rửa khỏi cấu kiện.
- Bê tông bị rửa trôi: canxi hydroxit giúp giữ môi trường kiềm. Bị rửa dần, bê tông xốp hơn và dễ thấm hơn.
- Cốt thép mất lớp bảo vệ: môi trường kiềm tạo một lớp màng thụ động che cốt thép. Khi độ kiềm giảm và nước có thêm muối, cốt thép dễ bị gỉ, gỉ nở ra làm nứt bê tông.
- Chỉ dấu để kiểm tra: kỹ sư thường dùng vị trí nhũ và vệt trắng để khoanh vùng mối nối hỏng, khe nứt hay lớp chống thấm bị thủng.
Một ống nhũ lẻ loi dưới mái hiên nhà chưa có gì đáng lo. Nhưng nếu thấy cả một dải nhũ dọc khe nứt trên trần tầng hầm hay sàn mái, kèm vệt gỉ nâu, nên mời người có chuyên môn kiểm tra chống thấm.
Góc nhìn hôm nay: xem để hiểu, đừng chạm
Lần sau đi qua một gầm cầu cũ hay xuống tầng hầm một chung cư, thử ngước lên tìm những ống nhũ mảnh. Nếu có thể đánh dấu một ống và chụp ảnh cạnh một vật có kích thước biết trước, vài tháng sau quay lại chụp lần nữa, bạn sẽ tự đo được tốc độ của nó. Đó là một thí nghiệm địa chất ngay trong thành phố.
Còn trong hang động thật, như động Phong Nha, động Thiên Đường hay các hang ở vịnh Hạ Long, luật ngược lại: chỉ nhìn. Dầu và mồ hôi trên da tay bám vào bề mặt đá có thể làm thạch nhũ ngừng lớn ở chỗ bị chạm, để lại vết xỉn màu vĩnh viễn. Đi đúng lối đi, không bẻ, không khắc tên. Thứ bạn đang nhìn đã mất hàng nghìn năm để dài thêm vài chục centimét.
Câu hỏi thường gặp
Thạch nhũ trong hang mọc bao nhiêu mỗi năm?
Trung bình khoảng 0,1 mm mỗi năm, nhưng dao động rất lớn, từ vài phần trăm milimét tới vài milimét tuỳ lượng nước nhỏ giọt, nồng độ CO₂ và nhiệt độ. Với tốc độ trung bình đó, một thạch nhũ dài 1 m cần khoảng 10.000 năm.
Vì sao dưới gầm cầu có thạch nhũ?
Nước thấm qua bê tông hoà tan canxi hydroxit có sẵn trong xi măng. Khi rỉ ra không khí, chất này hấp thụ CO₂ và kết tủa thành canxi cacbonat, tạo thành ống nhũ treo dưới gầm cầu, trần hầm hay mái hiên.
Thạch nhũ bê tông có giống thạch nhũ hang động không?
Cùng là canxi cacbonat nên trông giống nhau, nhưng cơ chế khác. Trong hang, đá kết tủa khi CO₂ thoát khỏi nước; dưới bê tông, đá kết tủa khi nước hút CO₂ từ không khí. Nhũ bê tông lớn nhanh hơn rất nhiều, mảnh và giòn hơn.
Thạch nhũ dưới trần nhà có nguy hiểm không?
Bản thân ống nhũ không độc, nhưng nước rỉ ra có tính kiềm mạnh nên tránh để dính mắt. Điều đáng chú ý hơn là nó báo hiệu nước đang thấm qua bê tông. Nếu nhũ mọc thành dải dọc khe nứt và có vệt gỉ, nên kiểm tra chống thấm.
Vì sao không được chạm vào thạch nhũ trong hang?
Dầu và mồ hôi trên da tạo một lớp màng làm nước khó bám và kết tủa, khiến chỗ bị chạm ngừng lớn và đổi màu. Vì thạch nhũ chỉ dài thêm khoảng 0,1 mm mỗi năm, một vết hỏng nhỏ cần hàng nghìn năm mới được phủ lại.
