Kì diệu những vi khuẩn sống trong lõi bê tông, một số còn nhả ra đá vôi để sửa chữa những vết nứt

Một câu hỏi khó là chúng đã ăn gì để sống?

Bê tông, những kết cấu phối trộn giữa xi măng, cát và đá là một trong những môi trường sống khắc nhiệt nhất hành tinh. Nó đặc cứng, khô, mặn và có độ pH lên tới 12,5 (tương đương với một chai nước tẩy quần áo).

Ngưỡng tưởng sự sống sẽ phải đầu hàng với môi trường sống này, nhưng không, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Delaware ở Mỹ đã phát hiện ra nhiều loài vi khuẩn vẫn có thể sống trong lõi của bê tông đặc cứng.

Phát hiện này thực sự rất thú vị. Bởi trong khi một số vi khuẩn có thể báo hiệu sự ăn mòn làm bở bê tông, thứ đang phá hủy các kết cấu hạ tầng như đường xá, cầu cống, các tòa nhà… một số vi khuẩn thực sự có thể sản sinh ra canxi cacbonat (CaCO₃) để sửa chữa chúng, trám vào những vết nứt và lỗ rỗng.

Những vi khuẩn sống trong lõi bê tông đặc cứng

Nghiên cứu mới được thực hiện bởi phó giáo sư Julie Maresca, một nhà nghiên cứu kỹ thuật dân dụng môi trường và các cộng sự. Trong đó, bà và các sinh viên của mình đã đổ 40 mẫu bê tông hình trụ có dung tích khoảng 1 lít và đặt chúng lên trên mái nhà cùng với một số mẫu đối chứng chứa hạt thủy tinh vô trùng.

Các mẫu bê tông lại được chia làm 2 nhóm, một nhóm là bê tông tiêu chuẩn, một nhóm pha tro bay từ nhà máy nhiệt điện để giảm phản ứng kiềm-silica giúp bê tông tăng độ bền và tuổi thọ. Cứ 6 tuần một lần, các mẫu bê tông này sẽ được thu thập và nghiền ra để tìm kiếm các đoạn mã DNA đại diện cho sự sống bên trong chúng.

Kết quả tiết lộ cả hai mẫu bê tông đều có sự hiện diện của vi khuẩn sống bên trong đó, bao gồm Psychrobacter, một trong những loài vi khuẩn sống dai nhất hành tinh từng có mặt trong cả lõi băng Nam Cực.

Trước đây, các nhà khoa học chỉ biết đến các vi khuẩn sống trên bề mặt bê tông. Chưa ai từng khảo sát những vi sinh vật bị nhiễm vào bên trong lõi các kết cấu như nhà cửa, cống rãnh và cầu đường có thể sống được hay không?

Tuy nhiên, có một sự thật là chẳng có ai khử trùng những nguyên liệu thô của bê tông như xi măng, cát, sỏi hoặc nước. Điều này cho phép vi khuẩn có thể nhiễm vào bên trong lõi của chúng.

Maresca giải thích: "Mỗi kết cấu bê tông vì thế đều mang trong lòng chúng một hệ vi sinh vật riêng. Hầu hết vi khuẩn trong bê tông xâm nhập vào đó từ các cốt liệu lớn và bột xi măng".

Nhưng vi khuẩn trong bên tông có thể ăn gì để sống, nhiều khả năng là chúng đã bị mắc kẹt trong đó và không thể chui ra được bên ngoài trước khi kết cấu bê tông bị mủn hoặc mục nát?

Đó cũng là câu hỏi mà Maresca đã phải tự hỏi. "Có thể chúng đang ăn xác chết đồng loại, cơ thể của các vi khuẩn khác. Nếu không có gì để ăn, một số vi khuẩn có thể hình thành bào tử, một dạng tế bào không hoạt động.

Chúng nằm yên đó, chẳng làm gì cả và chỉ chờ cho đến khi trời mưa, đem nước và các vi sinh vật khác thấm vào bê tông. Những con vi khuẩn này sẽ chén một bữa no nê, rồi lại quay trở lại trạng thái ngủ đông của chúng".

Đó là lý do tại sao trong 2 năm nghiên cứu, Maresca đã quan sát thấy những quần thể vi khuẩn phát triển trong bê tông theo mùa. Và chúng có thể cung cấp những cảnh báo sớm về sự xuống cấp của bê tông do phản ứng kiềm-silica tạo ra.

Thông thường, những phản ứng này chỉ được nhận biết khi các vết nứt đã hình thành trên bê tông. Nhưng với việc điều tra quần thể vi khuẩn bên trong đó, Maresca nghĩ rằng bà có thể giúp các kỹ sư dự báo trước khi nào công trình bắt đầu hư hỏng để thay thế và sửa chữa.

"Càng phát hiện sớm vấn đề thì bạn càng có nhiều thời gian để giải quyết trước khi chúng trở thành vấn đề thực sự", Maresca nói.

Chỉ tính riêng tại Mỹ, mỗi năm đã có hơn 45.000 cây cầu bị hỏng hóc. Kết cấu của chúng yếu dần theo thời gian và được Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang định nghĩa là "cần được quan tâm bảo dưỡng, phục hồi hoặc thay thế một phần đáng kể".

Tình trạng của các công trình bê tông khác cũng rất được quan tâm, đặc biệt là từ tháng 6 vừa rồi, khi một chung cư bên bờ biển gần Miami, Florida bất ngờ đổ sập và cướp đi sinh mạng của 98 người. Mặc dù nguyên nhân vẫn chưa được xác định, kết quả thanh tra 3 năm về trước đã từng xác định bê tông của tòa nhà này bị hư hỏng.

Có một sự thật rằng bê tông hiện đang là vật liệu xây dựng phổ biến nhất thế giới. Nó có mặt ở khắp mọi nơi, từ đường xá, cầu cống, các tòa nhà và kết cấu khác. Vì vậy, Maresca cho biết bất kỳ ai quan tâm đến độ bền của các công trình này đều nên lưu ý đến các vi khuẩn sống trong đó.

"Nếu từ quần thể vi khuẩn chúng ta có thể biết những con đường hay cây cầu nào đang gặp rủi ro, chúng ta có thể lên một danh sách ưu tiên để sửa chữa chúng theo thứ tự. Công trình nào cần sửa trước và công trình nào sửa sau cũng được?", bà nói.

Nhưng mọi chuyện không chỉ dừng lại ở đó, Maresca cho biết có một số quần thể vi khuẩn có khả năng ghép nối sinh học được với bê tông. Chúng sinh ra canxi cacbonat, hay đá vôi có thể lấp đầy các vết nứt và lỗ rỗng cho các công trình.

Bởi vậy, vi khuẩn cũng có thể đóng vai trò như những công nhân sửa chữa, giúp các công trình của loài người đứng vững trở lại. "Theo những gì chúng tôi biết, các vi khuẩn sống trong bê tông không làm hỏng chúng. Vi khuẩn không ăn ruỗng các nền móng", Maresca nói.

Sự hiện diện của chúng chỉ mang tính báo hiệu cho chúng ta biết thiệt hại đang xảy ra. Và một số loài thậm chí còn giúp chúng ta đảo ngược thiệt hại. "Chúng tôi hi vọng các vi khuẩn này có thể được dùng để thu thập thông tin và giúp con người sửa chữa các kết cấu bê tông của mình", Maresca nhấn mạnh.

Sau nghiên cứu về vi khuẩn sống trong bê tông, bà và nhóm dự định sẽ tiến hành các nghiên cứu tương tự để tìm kiếm vi khuẩn bên trong đá, đất sa mạc và thậm chí cả đá Sao Hỏa nếu có thể. Các vi sinh vật bé nhỏ này là một phần của sự sống và chúng sẽ giúp ích rất nhiều cho con người, chỉ cần chúng ta biết dùng chúng đúng cách.