經(jīng)歷多次地震，胡夫金字塔為何仍保存完好？

埃及的胡夫金字塔，是古王國時期在開羅吉薩高原西北部建造的最古老金字塔。在過去4600多年里，胡夫金字塔所在區(qū)域曾受到多次地震影響，這些地震的震中距離金字塔都在80千米范圍內(nèi)。

有記錄以來最大的一次地震發(fā)生在1847年8月7日，估計震級為6.86級。這次地震發(fā)生在距離吉薩金字塔群約70千米的地方。后來，在1992年10月12日，吉薩地區(qū)再次發(fā)生了一次5.8級地震。在這次地震中，金字塔頂部有若干外層包石脫落。盡管如此，胡夫金字塔的主體結構并未遭受任何嚴重破壞。

胡夫金字塔為何能保存如此完好？

在一項新發(fā)表于《科學報告》的研究中，一個研究團隊對胡夫金字塔的振動特征進行了分析，揭示了幾個關鍵的發(fā)現(xiàn)，為理解胡夫金字塔在地震中的表現(xiàn)提供了線索。

金字塔的“自然節(jié)奏”

每一種結構都有自己的“自然節(jié)奏”，即所謂的固有頻率，我們可以將它理解為結構“傾向于”發(fā)生振動的頻率。以秋千為例，如果每次都在恰當?shù)臅r刻推一把，擺動就會越來越大；如果推的節(jié)奏不對，秋千就很難越擺越高。建筑和紀念碑也有類似的表現(xiàn)。如果地震振動的頻率與某一結構的固有頻率相匹配，振動就可能被放大。這種現(xiàn)象被稱為共振，可能造成災難性的后果。

在新的研究中，為了理解胡夫金字塔為何能夠長期保持結構穩(wěn)定，并具備怎樣的抗震能力，研究人員開展了一項全面的測量。由于不能在胡夫金字塔上鉆孔，也不能對它進行實驗性加載，更不能像測試現(xiàn)代橋梁那樣在上面布設大量儀器，研究人員采用的是一種名為“水平向-垂直向譜比”（HVSR）的方法。

這種方法可以在不造成破壞的情況下提供有用信息，比如記錄由風、交通、人類活動以及自然地面振動產(chǎn)生的微弱背景振動。通過比較這些微振動的水平分量和垂直分量，研究人員可以估算出土壤和結構各自的主導頻率。在這項研究中，研究人員將測量儀器放置在金字塔的內(nèi)部墓室、建筑石塊以及鄰近土壤中的37個測點上，測量了胡夫金字塔在環(huán)境條件下的振動。

一名研究人員蹲在石室中操作儀器。研究人員在大金字塔內(nèi)部及周圍放置傳感器，以測量其振動。（圖/Salama et al. / Scientific Reports）

關鍵發(fā)現(xiàn)

測量結果顯示，金字塔的各個結構單元表現(xiàn)出較為一致的固有頻率，范圍多在約2.0至2.6赫茲之間，平均約為2.3赫茲，這表明其動力學特征具有異常高的均一性。相比之下，周圍土壤的優(yōu)勢頻率要低得多，約為0.6赫茲。

這種“頻率錯配”為何關鍵？正如前文所說的，當?shù)卣甬a(chǎn)生的搖晃頻率與某一結構的固有頻率相匹配時，就可能引發(fā)共振。共振有時會造成災難性后果。因此，測得的這種頻率差異很重要。如果地面和結構以不同的頻率振動，那么地面就不太容易把能量高效地傳遞到結構中。不過，這只涉及地震破壞的一種可能機制。現(xiàn)實中有很多結構，即便其頻率與下方土壤并不匹配，仍然在地震中表現(xiàn)糟糕。

胡夫金字塔內(nèi)部結構示意圖。（圖/Salama et al. / Scientific Reports）

另外，地震的相對放大效應會隨著高度增加而系統(tǒng)性增強，直到48.68米處。但研究人員發(fā)現(xiàn)，在胡夫金字塔的國王墓室上方的“減壓室”（48.86~61.07米）所在的區(qū)域附近，這種放大效應顯著減弱。這表明，這些減壓室不僅像科學家認為的那樣能夠改變上方巨大石塊重量的傳遞路徑，還可能影響振動能量在金字塔內(nèi)部的傳播方式。

最后，研究人員還在對地下地基進行的地震脆弱性評估中，得到了一個較低的數(shù)值，這證實其具有優(yōu)異的承載能力，且由地震引發(fā)的風險很小。這種低地震脆弱性指數(shù)表明，未來發(fā)生的地震很可能只會對金字塔主體造成有限損傷。

非必然的抗震設計

胡夫金字塔或許并不是被有意設計成抗震建筑的。但它能夠幸存至今，也并非純屬偶然。從工程角度看，它具備許多有利特征：寬闊的底座、較低的質(zhì)心、逐漸收窄的形體、對稱的平面布局、堅實的石灰?guī)r地基，以及由巨大砌體構成的荷載傳遞路徑。它是低矮、堅硬、地基穩(wěn)固的結構，而不是高聳、細長、柔性的結構。

最穩(wěn)妥的結論是，金字塔建造者做出了非常出色的經(jīng)驗性工程選擇。這些選擇可能來自建造經(jīng)驗、觀察積累、結構上的必要性，或某種文化意圖。它們帶來的抗震益處可能是真實存在的，但研究人員強調(diào)，這并不意味著抗震就是最初的設計目的。

#參考來源：

https://theconversation.com/how-the-great-pyramid-of-giza-has-survived-4-500-years-of-egyptian-earthquakes-283363

https://www.nature.com/articles/s41598-026-49962-6

#圖片來源：

封面圖&首圖：2H Media / Unsplash