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

Nel profondo della pietra, nascosta all'occhio, si combatte costantemente una battaglia silenziosa contro il tempo. Questa è la storia dell'umidità della roccia, una forza calma ma potente che plasma il destino di antiche strutture. L'acqua non è semplicemente un liquido che si posa su una superficie; è un agente dinamico che penetra nei minuscoli pori della pietra, espandendosi e contraendosi con i cambiamenti di temperatura e umidità. Quando questa umidità entra ed esce dalla roccia, innesca reazioni chimiche e stress fisici che causano il distacco di scaglie, lo sbriciolamento e, infine, la disintegrazione della pietra. Per il patrimonio culturale del mondo, dai castelli medievali alle antiche città rupestri, comprendere da dove provenga quest'acqua e come si muova è la chiave per salvare questi tesori insostituibili. Senza conoscere la fonte dell'umidità, ogni tentativo di preservare un sito è spesso un congettura, e una congettura errata può talvolta causare più danni che benefici.

Nel cuore della Georgia, la città rupestre medievale di Uplistsikhe si erge come un esempio drammatico di questa lotta. Scolpita direttamente in una massiccia scogliera di arenaria giallastra e tenera, la città era un centro florido durante l'Alto Medioevo prima di essere abbandonata secoli fa. Oggi, le sue camere e i suoi corridoi soffrono dello stesso decadimento che affligge la pietra ovunque: le superfici si staccano in sottili strati e la roccia si trasforma in una polvere granulosa. Gli scienziati sospettano da tempo che il colpevole sia l'umidità fluttuante all'interno della pietra, ma i percorsi esatti che l'acqua compie per raggiungere il fondo di queste profonde grotte sono rimasti un mistero. Per risolvere questo problema, un team di ricercatori provenienti da Germania, Austria e Georgia ha deciso di ascoltare la pietra stessa. Hanno installato una rete di sensori specializzati all'interno di due delle grotte più significative della città, la Sala Grande e la Sala Lunga, per monitorare i livelli di umidità in modo continuo per due interi anni.

La tecnologia utilizzata era una forma di rilevamento a microonde, un metodo che funziona inviando un impulso di energia nella roccia e misurando quanto essa rimbalzi indietro. Poiché l'acqua trattiene l'energia in modo diverso rispetto alla pietra asciutta, i sensori possono rilevare esattamente quanta umidità sia presente senza dover perforare o danneggiare le antiche pareti. Il team ha posizionato in totale otto di questi sensori, alcuni vicino al pavimento e altri vicino al soffitto, e alcuni in profondità nelle grotte mentre altri erano posizionati appena all'esterno. Per garantire l'accuratezza delle letture, i ricercatori hanno prima portato in laboratorio grandi blocchi dello stesso tipo di arenaria trovata nel sito. Lì, hanno asciugato completamente le pietre e poi le hanno imbevute d'acqua, calibrando i sensori per tradurre i loro segnali elettronici in misurazioni precise del contenuto d'acqua. Hanno anche dovuto tenere conto del fatto che i cambiamenti di temperatura possono trarre in inganno i sensori, quindi hanno sviluppato un modo per regolare i dati in base al calore o al freddo della roccia.

Una volta avviato l'equipaggiamento, i sensori hanno iniziato a rivelare un quadro complesso e sorprendente della vita all'interno della pietra. I dati hanno mostrato un chiaro ritmo stagionale: la roccia è generalmente più umida durante i mesi estivi e più asciutta in inverno. Questo era controintuitivo per alcuni, poiché ci si potrebbe aspettare che la pioggia renda la pietra più umida durante le stagioni più piovose, ma il calore estivo sembrava spingere l'umidità dall'aria nella roccia, o forse attirare l'acqua dal terreno. I ricercatori hanno scoperto che la pietra reagiva ai diversi eventi meteorologici in modi distinti. Quando cadeva una pioggia intensa, i sensori sulle pareti esterne esposte della Sala Lunga reagivano immediatamente, con i loro livelli di umidità che subivano un picco al contatto con la pioggia. Tuttavia, i sensori in profondità nella Sala Grande non reagivano istantaneamente. Invece, mostravano una risposta ritardata, impiegando a volte diversi giorni per mostrare un aumento dell'umidità dopo un temporale. Questo ritardo suggeriva che l'acqua non si limitava a stare sulla superficie, ma filtrava lentamente attraverso la roccia dall'alto, viaggiando attraverso il soffitto della grotta prima di raggiungere finalmente i sensori.

Lo studio ha anche rivelato che l'acqua arrivava attraverso molteplici canali differenti, non uno solo. In alcuni casi, l'umidità sembrava essere guidata dalla condensazione, dove il vapore acqueo dall'aria si depositava sulle superfici rocciose più fredde. In altre occasioni, particolarmente vicino al pavimento della Sala Grande, i livelli di umidità aumentavano in un modo che suggeriva che l'acqua venisse tirata su dal terreno sottostante, un processo noto come risalita capillare, probabilmente innescato quando la falda acquifera nel pendio circostante si alzava dopo forti piogge. I ricercatori hanno osservato che la roccia non era un oggetto statico, ma un sistema vivente che respirava, assorbendo acqua durante i periodi umidi e rilasciandola durante quelli secchi. Questo ciclo quotidiano di bagnatura e asciugatura, che il team ha descritto come una sorta di pompaggio evaporativo, era guidato dal sole che scaldava la superficie durante il giorno e dalla roccia che si raffreddava di notte.

Forse il reperto più importante è che non esiste una soluzione unica per la preservazione del sito. Poiché l'acqua entra nella Sala Grande e nella Sala Lunga attraverso percorsi differenti — alcuni dal cielo, altri dal terreno e altri ancora dall'aria — ciò che funziona per una grotta potrebbe non funzionare per l'altra. I ricercatori hanno concluso che cercare di sigillare le grotte con rivestimenti impermeabili sarebbe probabilmente un errore, poiché intrappolerebbe l'umidità all'interno e accelererebbe il decadimento. Invece, l'approccio migliore è gestire l'acqua dove entra, ad esempio deviando l'acqua piovana lontano dagli ingressi delle grotte o abbassando il livello della falda acquifera nel pendio per ridurre la trazione verso l'alto dell'umidità. I due anni di monitoraggio hanno fornito uno sguardo raro e dettagliato sull'idrologia nascosta di un sito antico, dimostrando che per salvare la pietra, bisogna prima comprendere l'acqua invisibile che si muove al suo interno.