經歷多次地震，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。

有記錄以來最大的一次地震發生在1847年8月7日，估計震級為6.86級。這次地震發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，吉薩地區再次發生了一次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現，為理解胡夫金字塔在地震中的表現提供了線索。

金字塔的“自然節奏”

每一種結構都有自己的“自然節奏”，即所謂的固有頻率，我們可以將它理解為結構“傾向于”發生振動的頻率。以秋千為例，如果每次都在恰當的時刻推一把，擺動就會越來越大；如果推的節奏不對，秋千就很難越擺越高。建筑和紀念碑也有類似的表現。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部及周圍放置傳感器，以測量其振動。（圖/Salama et al. / Scientific Reports）

關鍵發現

測量結果顯示，金字塔的各個結構單元表現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，當地震產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，仍然在地震中表現糟糕。

胡夫金字塔內部結構示意圖。（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性增強，直到48.68米處。但研究人員發現，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值，這證實其具有優異的承載能力，且由地震引發的風險很小。這種低地震脆弱性指數表明，未來發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、較低的質心、逐漸收窄的形體、對稱的平面布局、堅實的石灰巖地基，以及由巨大砌體構成的荷載傳遞路徑。它是低矮、堅硬、地基穩固的結構，而不是高聳、細長、柔性的結構。

最穩妥的結論是，金字塔建造者做出了非常出色的經驗性工程選擇。這些選擇可能來自建造經驗、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，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