Videoproduktion av Justin Hearn

Lera är på sätt och vis det mest grundläggande material som människan har tillgång till. Eftersom lera finns i överflöd ute i naturen har vi människor byggt med det så länge som vi över huvud taget har byggt.

Det finns otaliga exempel på historiska lerbyggnader, till exempel de byar av lersten som byggdes av ursprungsbefolkningen i New Mexiko och de australiska aboriginernas flyttbara korsvirkeshyddor. De senare isolerades med lera för att skydda mot både kyla och värme. Även på individuell nivå brukar ett barns första försök att bygga vara med en blandning av jord och vatten – kanske en mur av lera i trädgården eller ett sandslott med vallgrav på en strandutflykt med familjen.

”Om vi tittar på byggandet genom historien har människor hittat oändligt många intressanta lösningar som utnyttjar lokala resurser”, säger Emanuela Del Gado, professor vid Georgetown University. Emanuela studerar komplexa material med hjälp av datormodeller och statistisk mekanik.  

Världen över har människor i århundraden skapat byggnader av de material som varit enklast att hitta: jord och vatten. Men hur kommer det sig att vissa av de här byggnaderna – som det gamla fortet vid Hierakonpolis – har överlevt, medan andra sedan länge förvandlats till damm?   

Enligt Emanuela Del Gado finns det fortfarande mycket som vi inte vet om vad som får jordbygge att fungera. Att hitta svaren på de här frågorna skulle kunna ge oss nyckeln till ett nytt, modernt sätt att använda det här oerhört billiga och miljövänliga materialet.

Hur jordbygge fungerar

Hur fungerar då jordbygge i praktiken? För att förstå de grundläggande principerna för att bygga med jord kan du fundera på när du senast byggde sandslott.

”När man bygger ett sandslott”, säger Emanuela, ”börjar man med sand som är torr och helt sönderdelad. Vi vet att om vi blöter upp den lite, så kan vi få den att hålla ihop. Sandkorn attraheras inte av varandra, men om man bara tillsätter tillräckligt mycket vatten så bildas tunna lager som fäster sig vid de enskilda kornen och håller ihop sandslottet. Men eftersom vattnet är just bara vatten i flytande form kommer det så småningom att avdunsta mellan kornen. Om du lämnar sandslottet i solen under resten av dagen börjar vattnet att avdunsta och bit för bit faller sandslottet samman.”

När vattnet avdunstar mellan sandkornen blir den struktur som återstår instabil – och ramlar till slut ihop.

Bestående jordbyggnader har däremot vattnet djupare integrerat i materialets struktur, så när vattnet avdunstar så hårdnar materialet istället för att bli mjukare.

”Det finns vissa leror, och därför i princip vissa typer av jord, som reagerar på ett särskilt intressant sätt tillsammans med vatten. Det påminner om vad som händer med cement”, säger Emanuela. ”Stoftet reagerar med vattnet och det uppstår ett material som är klibbigt och som till sist hårdnar som sten.”

De här materialen kallas geopolymerer. Hur och varför de fungerar är frågor som Emanuela Del Gado och andra ledande forskare inom materialvetenskap just nu håller på att undersöka.

Varför är jord viktigt?

Nu när byggbranschen arbetar för att minska sin miljöpåverkan kan lokala material som lera och jord göra mycket för att reducera miljöskadorna av ett projekt.

”Inom byggande har man alltid arbetat med den nödvändiga begränsningen att man vill försöka bygga med resurser som finns överallt och är relativt billiga”, säger Emanuela. ”Det är ett av skälen till att cement är ett så vanligt byggmaterial – det går att framställa av sten överallt på jorden.”

Men att producera cement är särskilt skadligt för miljön – så till den grad att vissa forskare kallar betong (som tillverkas av cement) ”världens mest destruktiva material”. Emanuela menar att en bättre förståelse för hur jord och lera fungerar skulle kunna hjälpa branschen att väsentligt minska användningen av betong.

”I teorin skulle man kunna blanda en viss mängd vanligt cementpulver med en geopolymer som utfyllnad”, säger Emanuela. ”Då skulle man kunna minska mängden cement som används i varje byggnad.”

En sådan minskning skulle leda till stora effekter för byggbranschens miljöavtryck – från att reducera mängden vatten som krävs för att gjuta cementbyggnader till att minska de koldioxidutsläpp som är förknippade med cementtillverkning.

Forntida teknik, modern forskning

Att man lyckades skapa geopolymerer vid gamla jordbyggen tycks till stor del ha varit ett resultat av att man prövade sig fram. Byggarna experimenterade med lokalt tillgängliga material för att skapa starkare strukturer.

”Ett utmärkt exempel på hur byggare använde lokala material – kanske till och med avfall – som komponent i byggmaterial är Kinesiska muren, där man har hittat spår av risproteiner i murbruket”, berättar Emanuela. Den klibbiga rismassa som användes för att dryga ut det dyrare murbruket av släckt kalk fick stenarna att binda så bra att det på vissa ställen fortfarande inte växer något ogräs. Blandningen blev mer stabil.

Om man i den moderna byggbranschen skulle vilja återuppliva sådana antika tekniker måste man idag närma sig materialvalet på ett mer medvetet och forskningsbaserat sätt.

”Frågan är nu”, säger Emanuela Del Gado, ”om vi kan återgå till den tekniken och tillsammans med våra kunskaper och vår förmåga att förstå hur material fungerar hitta en modern version av teknikerna som faktiskt kan hjälpa oss att lösa dagens problem?”