Two years of moisture monitoring using microwave sensors in the medieval cave town of Uplistsikhe, Georgia

पत्थर के भीतर गहराई में, आँखों से ओझल, समय के विरुद्ध एक निरंतर मौन युद्ध लड़ा जा रहा है। यह पत्थर की नमी की कहानी है, एक शांत लेकिन शक्तिशाली शक्ति जो प्राचीन संरचनाओं के भाग्य को आकार देती है। पानी केवल एक तरल पदार्थ नहीं है जो सतह पर बैठा रहता है; यह एक गतिशील कारक है जो पत्थर के सूक्ष्म छिद्रों में रिसता है, और तापमान एवं आर्द्रता के परिवर्तनों के साथ फैलता और सिकुड़ता है। जब यह नमी पत्थर के भीतर आती और जाती है, तो यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं और भौतिक तनावों को जन्म देती है जिससे पत्थर उखड़ने, टूटने और अंततः नष्ट होने लगता है। विश्व की सांस्कृतिक विरासत के लिए, मध्यकालीन किलों से लेकर प्राचीन गुफा शहरों तक, यह समझना कि यह पानी कहाँ से आता है और यह कैसे चलता है, इन अपूरणीय खजानों को बचाने की कुंजी है। नमी के स्रोत को जाने बिना, किसी स्थल को संरक्षित करने का कोई भी प्रयास अक्सर एक अनुमान मात्र होता है, और एक गलत अनुमान कभी-कभी फायदे से अधिक नुकसान पहुँचा सकता है।

जॉर्जिया के हृदय में, मध्यकालीन गुफा शहर उपलिस्टिखे (Uplistsikhe) इस संघर्ष का एक नाटकीय उदाहरण के रूप में खड़ा है। नरम, पीले रंग के सैंडस्टोन (बलुआ पत्थर) की एक विशाल चट्टान में सीधे तराशा गया यह शहर मध्य युग के चरमोत्कर्ष के दौरान एक समृद्ध केंद्र था, जिसके बाद सदियों पहले इसे छोड़ दिया गया था। आज, इसके कक्ष और गलियारे उसी क्षय से जूझ रहे हैं जो हर जगह पत्थरों को प्रभावित करता है: सतहें पतली परतों में छिल रही हैं, और पत्थर दानेदार पाउडर में बदल रहा है। वैज्ञानिक लंबे समय से संदेह करते रहे हैं कि इसका कारण पत्थर के भीतर आर्द्रता का उतार-चढ़ाव है, लेकिन इन गहरी गुफाओं के पिछले हिस्से तक पानी पहुँचने के सटीक मार्ग एक रहस्य बने हुए थे। इसे हल करने के लिए, जर्मनी, ऑस्ट्रिया और जॉर्जिया के शोधकर्ताओं के एक दल ने पत्थर को स्वयं सुनने का निर्णय लिया। उन्होंने शहर की दो सबसे महत्वपूर्ण गुफाओं, ग्रैंड हॉल और लॉन्ग हॉल के भीतर निरंतर नमी के स्तर की निगरानी के लिए विशेष सेंसरों का एक नेटवर्क स्थापित किया।

उन्होंने जिस तकनीक का उपयोग किया वह माइक्रोवेव सेंसिंग का एक रूप था, एक ऐसी विधि जो ऊर्जा के एक पल्स को चट्टान में भेजकर और यह मापकर काम करती है कि कितना वापस लौटता है। चूंकि पानी सूखे पत्थर की तुलना में ऊर्जा को अलग तरह से धारण करता है, इसलिए सेंसर बिना ड्रिलिंग या प्राचीन दीवारों को नुकसान पहुँचाए ठीक से पता लगा सकते हैं कि कितनी नमी मौजूद है। टीम ने कुल आठ ऐसे सेंसर लगाए, जिनमें से कुछ फर्श के पास और कुछ छत के पास थे, और कुछ गुफाओं के भीतर गहरे थे जबकि अन्य बाहर स्थित थे। रीडिंग सटीक सुनिश्चित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले उसी प्रकार के सैंडस्टोन के बड़े ब्लॉक प्रयोगशाला में ले जाए जो साइट पर पाए गए थे। वहाँ, उन्होंने पत्थरों को पूरी तरह से सुखाया और फिर उन्हें पानी में भिगोया, जिससे सेंसरों को उनके इलेक्ट्रॉनिक संकेतों को पानी की मात्रा के सटीक माप में अनुवादित करने के लिए कैलिब्रेट किया जा सके। उन्हें इस तथ्य का भी हिसाब रखना पड़ा कि तापमान परिवर्तन सेंसरों को भ्रमित कर सकते हैं, इसलिए उन्होंने चट्टान की गर्मी या ठंड के आधार पर डेटा को समायोजित करने का एक तरीका विकसित किया।

जब उपकरण चालू हो गया, तो सेंसरों ने पत्थर के भीतर जीवन की एक जटिल और आश्चर्यजनक तस्वीर पेश करना शुरू कर दिया। डेटा ने एक स्पष्ट मौसमी लय दिखाई: चट्टान आमतौर पर गर्मियों के महीनों में अधिक गीली और सर्दियों में शुष्क रहती थी। यह कुछ लोगों के लिए विरोधाभासी था, क्योंकि कोई उम्मीद कर सकता है कि बारिश के मौसम में पत्थर सबसे अधिक गीला होगा, लेकिन गर्मी ने हवा से नमी को पत्थर के भीतर धकेल दिया, या शायद जमीन से पानी ऊपर खींच लिया। शोधकर्ताओं ने पाया कि पत्थर विभिन्न मौसमों के प्रति अलग-अलग तरीकों से प्रतिक्रिया करता है। जब भारी बारिश हुई, तो लॉन्ग हॉल की उजागर बाहरी दीवारों पर लगे सेंसरों ने तुरंत प्रतिक्रिया दी, उनके नमी के स्तर में उछाल आया जैसे ही बारिश सतह से टकराई। हालाँकि, ग्रैंड हॉल के भीतर गहरे स्थित सेंसरों ने तुरंत प्रतिक्रिया नहीं दी। इसके बजाय, उन्होंने एक विलंबित प्रतिक्रिया दिखाई, जो तूफान के बाद नमी में वृद्धि दिखाने में कभी-कभी कई दिन ले लेते थे। इस देरी ने सुझाव दिया कि पानी केवल सतह पर नहीं बैठा था, बल्कि धीरे-धीरे ऊपर से पत्थर के माध्यम से रिस रहा था, गुफा की छत से होकर गुजर रहा था और अंततः सेंसरों तक पहुँच रहा था।

अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि पानी कई अलग-अलग चैनलों के माध्यम से आ रहा था, न कि केवल एक। कुछ मामलों में, नमी संघनन (condensation) द्वारा संचालित प्रतीत होती थी, जहाँ हवा से जल वाष्प ठंडी चट्टानों की सतह पर जम जाता था। अन्य उदाहरणों में, विशेष रूप से ग्रैंड हॉल के फर्श के पास, नमी का स्तर इस तरह से बढ़ा जो यह संकेत देता था कि पानी नीचे से जमीन से ऊपर खींचा जा रहा था, जिसे केशिका उत्थान (capillary rise) कहा जाता है, जो संभवतः भारी बारिश के बाद आसपास की पहाड़ी में जल स्तर बढ़ने से प्रेरित हुआ था। शोधकर्ताओं ने देखा कि चट्टान एक स्थिर वस्तु नहीं थी बल्कि एक जीवित प्रणाली थी जो सांस लेती है, नम अवधियों के दौरान पानी सोखती है और शुष्क अवधियों के दौरान इसे छोड़ती है। गीलेपन और सूखने के इस दैनिक चक्र को, जिसे टीम ने 'वाष्पीकरणीय पंपिंग' (evaporative pumping) का एक प्रकार बताया, दिन के दौरान सूरज की गर्मी से सतह के गर्म होने और रात में चट्टान के ठंडा होने से संचालित किया गया था।

शायद सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह था कि इस स्थल के संरक्षण के लिए कोई एक समाधान नहीं है। क्योंकि ग्रैंड हॉल और लॉन्ग हॉल में पानी अलग-अलग रास्तों से प्रवेश करता है—कुछ आकाश से, कुछ जमीन से, और कुछ हवा से—इसलिए जो एक गुफा के लिए काम करता है वह दूसरी के लिए काम नहीं करेगा। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि गुफाओं को वाटरप्रूफ कोटिंग्स से सील करने का प्रयास करना एक गलती होगी, क्योंकि यह नमी को अंदर ही फँसा देगा और क्षय को तेज कर देगा। इसके बजाय, सबसे अच्छा दृष्टिकोण पानी को वहां प्रबंधित करना है जहां वह प्रवेश करता है, जैसे कि गुफा के प्रवेश द्वारों से वर्षा जल को दूर निर्देशित करना या नमी के ऊपर की ओर खिंचाव को कम करने के लिए पहाड़ी में जल स्तर को नीचे लाना। दो वर्षों की निगरानी ने एक प्राचीन स्थल की छिपी हुई जल विज्ञान (hydrology) की एक दुर्लभ, विस्तृत झलक प्रदान की, यह सिद्ध करते हुए कि पत्थर को बचाने के लिए, पहले उस अदृश्य पानी को समझना होगा जो इसके भीतर चलता है।