Великая пирамида Хеопса в Гизе продолжает стоять уже около 4600 лет, хотя большая часть древнеегипетских сооружений за это время сильно пострадала или вовсе разрушилась. Она пережила сильные подземные толчки, потерю части гладкой белой облицовки и действие времени, но ее основная конструкция по-прежнему сохраняет прочность. Гранитные и известняковые блоки остаются на своих местах так, будто сооружение возвели совсем недавно, а не несколько тысяч лет назад.
Археологи и инженеры давно пытаются понять, какие именно решения помогли пирамиде сохранить устойчивость. Теперь к этим объяснениям добавилось еще одно. Новая работа показала, что некоторые особенности устройства пирамиды могли сделать ее необычно стойкой к землетрясениям. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Речь идет, в частности, о пустых разгрузочных камерах, расположенных прямо над погребальной камерой фараона Хуфу. Обычно их рассматривали как элемент, который помогает уменьшить давление на Царскую палату. Однако теперь ученые считают, что эти полости могли сыграть и другую роль — ослаблять передачу колебаний внутри сооружения.
Строительство Великой пирамиды было огромной работой. Она состоит примерно из 2,3 млн каменных блоков общей массой около 6 млн метрических тонн. Часть этого материала доставляли на место строительства за сотни километров. Затем блоки укладывали так, чтобы получилась в основном сплошная и очень тяжелая конструкция высотой около 147 м, внутри которой находилось лишь несколько пустых помещений.
За счет своей массы и широкого основания пирамида изначально отличается высокой прочностью. Основной вес сосредоточен внизу и хорошо распределен по основанию. Но этого, как показали сравнения, недостаточно, чтобы само по себе объяснить, почему именно она сохранилась настолько хорошо.
Некоторые другие египетские пирамиды разрушились гораздо сильнее. У пирамиды Мейдум в древности серьезно обвалилась внешняя часть. Пирамиды Усеркафа, Сахуре и Унаса сегодня скорее похожи на груды камня. В других регионах мира, в том числе в Мезоамерике, тоже есть примеры того, как пирамиды из камня разрушались из-за сдвиговых нагрузок при землетрясениях.
Египет нельзя назвать районом с очень высокой сейсмической активностью, но подземные толчки там все же происходили. По меньшей мере 2 заметных землетрясения были зафиксированы в пределах 80 км от Великой пирамиды. В 1847 году в этом районе произошло землетрясение магнитудой около 6,8. В 1992 году был зафиксирован толчок магнитудой 5,8, после которого несколько облицовочных камней оторвались от верхней части пирамиды в Гизе.
Именно это и заставило исследователей заново задаться вопросом, почему Великая пирамида уцелела там, где другие постройки пострадали намного сильнее. Группа под руководством сейсмолога Асема Саламы из Национального научно-исследовательского института астрономии и геофизики Египта решила проверить, как сооружение реагирует на слабые колебания окружающей среды.
Для этого ученые установили 37 переносных акселерометров внутри и вокруг пирамиды. Приборы разместили в Камере Царя, Камере Царицы, в разгрузочных камерах над Царской палатой, в проходах и туннелях, на наружных блоках и на грунте рядом с сооружением. Эти датчики фиксировали очень слабые постоянные вибрации, которые создаются ветром, удаленным транспортом, энергией океанских волн, проходящей через Землю, и небольшими толчками земной коры.
На земле возле пирамиды такие источники в сумме давали фоновую частоту около 0,6 Гц. Но внутри самой пирамиды в большинстве точек частота составляла уже примерно от 2,0 до 2,6 Гц. Это различие исследователи считают очень важным. Когда частота колебаний сооружения не совпадает с частотой колебаний грунта, энергия передается хуже. За счет этого снижается риск резонансного усиления, которое может особенно сильно повреждать здания при землетрясениях.
В целом вибрация по пирамиде распределялась довольно ровно, причем по мере увеличения высоты усиление становилось больше. Но было одно заметное исключение — разгрузочные камеры. Именно в них усиление колебаний резко уменьшалось. Это может означать, что такие полости не только снимают часть нагрузки, но и перераспределяют напряжение внутри пирамиды, а также прерывают распространение вибрации.
Авторы работы подчеркивают, что пока нельзя уверенно утверждать, будто древние строители специально закладывали в проект именно сейсмостойкость. Такие выводы на данном этапе остаются предположением. Но полученные данные позволяют думать, что особенности конструкции пирамиды могли невольно дать ей дополнительную защиту от подземных толчков.
Современные здания, рассчитанные на землетрясения, обычно стараются делать более гибкими, чтобы они лучше переносили колебания. Великая пирамида устроена совсем иначе. Она низкая по пропорциям, массивная и очень жесткая. Тем не менее именно такое сочетание веса, формы и внутренних пустот, возможно, и помогло ей пережить тысячелетия.
В своей статье исследователи пишут: «Эти результаты представляют собой убедительные количественные доказательства того, что древнеегипетские архитекторы обладали глубокими знаниями в области геотехники, оптимизируя проектирование конструкций и характеристики местности для обеспечения устойчивости к сейсмическим опасностям в течение тысячелетий».
В дальнейшем группа собирается повторить часть измерений в тех местах, где были замечены небольшие отклонения. Ученые рассчитывают точнее проверить свою версию и лучше понять, как именно ведет себя пирамида при колебаниях. По их мнению, это поможет еще раз показать, что пирамида Хеопса является не только выдающимся памятником древности, но и примером строительных решений, которые могут быть полезны даже сегодня.
