Секрет устойчивости пирамиды Хеопса к землетрясениям раскрыт с помощью инновационных измерений
Ученые раскрыли секреты выдающейся устойчивости пирамиды Хеопса, самой большой пирамиды в комплексе Гизы в Египте. Согласно новому исследованию, её архитектурные особенности позволили сооружению выдерживать землетрясения на протяжении тысячелетий без значительных повреждений. Конструкция пирамиды распределяет сейсмические колебания равномерно, защищая как внешние, так и внутренние элементы, особенно царскую погребальную камеру.
Пирамида Хеопса, завершённая около 4500 лет назад, первоначально имела высоту 146,59 метра и основание длиной примерно 230,33 метра. Современные измерения показывают высоту около 137 метров, что отражает потерю облицовочных камней и вершины с течением времени. В радиусе 80 километров вокруг Гизы было зафиксировано несколько землетрясений. Самое сильное из них произошло 7 августа 1847 года с магнитудой 6,86, а 12 октября 1992 года регион вновь потрясло землетрясение магнитудой 5,8. После этих толчков от пирамиды откалывались отдельные каменные блоки, однако, несмотря на локальные повреждения, сооружение не понесло серьёзного ущерба ни внутри, ни снаружи.
Ранее выдвигались различные теории, включая гипотезу о симметричной конструкции, способной направлять вибрационные силы, и о том, что низкое соотношение высоты к основанию способствовало стабильности. Однако до сих пор имелось мало доказательств, подтверждающих эти предположения. В новом исследовании, опубликованном 21 мая в журнале Scientific Reports, группа учёных под руководством Национального института астрономии и геофизики в Хельване предоставила эмпирические данные о том, как пирамида поглощает сейсмические частоты. Структура пирамиды состоит из центрального ядра, окружённого горизонтально уложенными камнями вперемежку с опорными блоками. Внутри неё выделяют восемь основных элементов: главный вход с нисходящим проходом, пробитый ход халифа аль-Мамуна, подземную камеру, Большую галерею, камеру царицы, камеру царя, разгрузочные камеры и шахты.
Для проверки гипотезы команда провела измерения фонового шума в 37 точках внутри пирамиды и вокруг неё. Исследователи использовали высокочувствительный прибор, включающий сервоакселерометр, систему GPS и внутреннюю батарею, способный регистрировать вибрации в диапазоне частот от 0,1 до 200 Гц. Выяснилось, что 76% сигналов, измеренных внутри пирамиды, имели частоту от 2,0 до 2,6 герц, что указывает на равномерное распределение механических напряжений по всей конструкции. При этом вибрации в окружающем грунте имели частоту около 0,6 герца. Разница в частотах объясняет устойчивость пирамиды к землетрясениям, так как ограничивается её взаимодействие с грунтом, которое могло бы усиливать колебания.
Усиление вибраций не наблюдалось в подземной камере, высеченной непосредственно в скале. Оно увеличивалось с высотой, достигая максимума в камере царя, где вибрации усиливаются в 4,0 раза по сравнению с уровнем основания. Однако в разгрузочных камерах, расположенных выше, коэффициент усиления снижается до 3,0. По мнению учёных, эта разница позволяет снизить риск повреждений в камере царя, что подтверждает недавние теории о защитной роли разгрузочных камер. Кроме того, пирамида построена на твёрдой известняковой породе и имеет низкий центр тяжести, что дополнительно способствует её стабильности. Исследователи отмечают, что невозможно точно определить, была ли эта сейсмическая устойчивость результатом осознанного замысла, но полученные количественные данные убедительно доказывают, что архитекторы Древнего Египта обладали глубокими геотехническими знаниями, оптимизируя конструкцию сооружений и изучая характеристики участка для обеспечения их стабильности на протяжении тысячелетий перед лицом сейсмических рисков.
Исследование в журнале Scientific Reports.