Как пирамида Хеопса пережила землетрясения, которые уничтожили современные здания

Пирамида Хеопса стоит больше четырх с половиной тысяч лет, и за это время пережила десятки землетрясений, включая весьма серьеные. Новое исследование впервые объяснило, какие именно конструктивные особенности делают великую пирамиду такой устойчивой. Ответ не имеет ничего общего с мистикой, только физика, геология и гениальные инженерные решения строителей пирамид.

Ученые нашли как минимум две причины стойкости пирамиды Хеопса перед землетрясениями

Какие землетрясения пережила пирамида Хеопса

Пирамида Хеопса, она же пирамида Хуфу, была построена примерно 4 600–4 450 лет назад как гробница фараона с потайными комнатами. С тех пор район Гизы неоднократно трясло.

В 1847 году здесь произошло землетрясение магнитудой 6,8, а это очень ощутимый удар. А в 1992 году толчки магнитудой 5,8 с эпицентром всего в 35 километрах от Каира разрушили или повредили более 129 000 жилых зданий, погибли сотни людей.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

При этом сама пирамида не получила серьезных повреждений. Во время землетрясения 1992 года от нее упал лишь один крупный блок, и это при том, что тысячи современных зданий вокруг были разрушены. Чтобы понять, в чем секрет, египетский сейсмолог Асем Салама и геофизики Египта с коллегами провел первое детальное исследование вибраций прямо внутри пирамиды. Результаты исследования опубликованы в Scientific Report.

Как ученые измеряли прочность пирамиды Хеопса

Исследователи записали фоновые вибрации, микроскопические колебания, которые постоянно проходят через любую конструкцию от движения земной коры, ветра, городского шума. Замеры провели в 37 точках, внутри камер пирамиды, в проходах и в окружающем грунте.

Большинство замеров внутри пирамиды, 76%, показали частоту вибраций в узком диапазоне от 2,0 до 2,6 герц, со средним значением 2,3 герц. Это значит, что механическое напряжение распределяется по конструкции очень равномерно. Для огромного сооружения из миллионов каменных блоков такая однородность это нечто исключительное.

Почему пирамида Хеопса не разваливается

Один из ключевых выводов исследования касается разницы частот. Вибрации в окружающей почве имели частоту около 0,6 герц, что почти в четыре раза ниже, чем внутри самой пирамиды. Почему это важно?

Представьте двух людей на качелях. Если они раскачиваются в одном ритме, амплитуда растет, это резонанс. Именно резонанс разрушает здания при землетрясении: грунт колеблется с определенной частотой, и если здание отвечает на той же частоте, вибрации многократно усиливаются. С пирамидой этого не происходит, потому что частоты пирамиды и грунта сильно разнесены, поэтому они не раскачивают друг друга. Это естественным образом снижает риск разрушительного резонанса.

Схема внутренних камер Великой пирамиды в Гизе

Дополнительную защиту обеспечивает твердая известняковая скала, на которой стоит пирамида. Исследователи установили, что скальное основание обладает низкой сейсмической уязвимостью, проще говоря, оно почти не усиливает подземные толчки. Мягкие грунты, напротив, могут увеличивать амплитуду колебаний в разы, что и произошло со многими зданиями Каира в 1992 году.

Сколько сторон у пирамиды Хеопса? Спойлер: точно не четыре!

Защита пирамид от землетрясений

Еще одна находка связана с внутренним устройством пирамиды Хеопса. Ученые обнаружили, что усиление вибраций растет по мере подъема к вершине: чем выше точка замера, тем сильнее колебания. Максимум был зафиксирован в Камере Царя, погребальном помещении на высоте около 49 метров.

Но дальше произошло неожиданное. Прямо над Камерой Царя расположены пять разгрузочных камер, небольших полостей, отделенных друг от друга массивными гранитными плитами весом до 80 тонн каждая. Традиционно считалось, что разгрузочные камеры нужны для распределения веса каменной кладки и защиты потолка Камеры Царя от обрушения.

Новое исследование показало, что в этих камерах усиление вибраций не растет, а, наоборот, падает. Авторы работы считают, что полости действуют как своеобразные демпферы в небоскребах, они гасят колебания и не дают им опасно накапливаться в самой важной части конструкции. Это добавляет пирамиде дополнительную сейсмическую устойчивость.

Как египтяне учились строить пирамиды

Примечательно, что исследователи не утверждают, что египтяне специально проектировали пирамиду для защиты от землетрясений.

Строительство пирамид — результат столетий проб и ошибок

о мнению авторов научной работы, устойчивость пирамиды — скорее результат строительных практик, выработанных через века экспериментов, наблюдений и постоянного совершенствования. Египтяне начинали с простых прямоугольных гробниц, затем перешли к ступенчатым пирамидам вроде пирамиды Джосера, экспериментировали с углами наклона, и не всегда удачно.

К моменту возведения пирамиды Хеопса строители уже имели несколько столетий накопленного опыта. Их решения оказались блестящими с точки зрения сейсмологии, даже если были продиктованы совсем другими соображениями.

Чему современные архитекторы могут научиться у строителей пирамид

Итоги исследования интересны не только для египтологов. Вот какие хитрости могут подсмотреть архитекторы у египетских строителей:

• Широкое основание и пирамидальная форма — центр тяжести расположен низко, что делает конструкцию крайне устойчивой к опрокидыванию;
• Разделение частот конструкции и грунта — в современных зданиях для этого используют специальные изоляторы, а пирамида добилась того же эффекта благодаря массе и жесткости;
• Твердое скальное основание — фундамент на прочной породе вместо мягкого грунта сводит к минимуму усиление сейсмических волн;
• Внутренние полости, гасящие вибрации — аналог современных демпферных систем в небоскребах.

Разумеется, строить небоскреб в форме пирамиды сегодня никто не будет. Но сами принципы могут стать основой для новых инженерных решений в строительстве новых архитектурный шедевров.

Подпишитесь на наш канал в MAX. Там вы найдете много эксклюзивных постов!

Это была первая научная работа, в которой свойства Великой пирамиды Хеопса были измерены напрямую, а не рассчитаны на модели. Это дает ученым данные, которые раньше просто отсутствовали. Авторы надеются, что дальнейшие исследования позволят окончательно подтвердить роль каждого фактора и, возможно, извлечь из древнего памятника еще больше инженерных уроков.