埃及的胡夫金字塔，是古王国时期在开罗吉萨高原西北部建造的最古老金字塔。在过去4600多年里，胡夫金字塔所在区域曾受到多次地震影响，这些地震的震中距离金字塔都在80千米范围内。
有记录以来最大的一次地震发生在1847年8月7日，估计震级为6.86级。这次地震发生在距离吉萨金字塔群约70千米的地方。后来，在1992年10月12日，吉萨地区再次发生了一次5.8级地震。在这次地震中，金字塔顶部有若干外层包石脱落。尽管如此，胡夫金字塔的主体结构并未遭受任何严重破坏。
胡夫金字塔为何能保存如此完好？
在一项新发表于《科学报告》的研究中，一个研究团队对胡夫金字塔的振动特征进行了分析，揭示了几个关键的发现，为理解胡夫金字塔在地震中的表现提供了线索。
金字塔的“自然节奏”
每一种结构都有自己的“自然节奏”，即所谓的固有频率，我们可以将它理解为结构“倾向于”发生振动的频率。以秋千为例，如果每次都在恰当的时刻推一把，摆动就会越来越大；如果推的节奏不对，秋千就很难越摆越高。建筑和纪念碑也有类似的表现。如果地震振动的频率与某一结构的固有频率相匹配，振动就可能被放大。这种现象被称为共振，可能造成灾难性的后果。
在新的研究中，为了理解胡夫金字塔为何能够长期保持结构稳定，并具备怎样的抗震能力，研究人员开展了一项全面的测量。由于不能在胡夫金字塔上钻孔，也不能对它进行实验性加载，更不能像测试现代桥梁那样在上面布设大量仪器，研究人员采用的是一种名为“水平向-垂直向谱比”（HVSR）的方法。
这种方法可以在不造成破坏的情况下提供有用信息，比如记录由风、交通、人类活动以及自然地面振动产生的微弱背景振动。通过比较这些微振动的水平分量和垂直分量，研究人员可以估算出土壤和结构各自的主导频率。在这项研究中，研究人员将测量仪器放置在金字塔的内部墓室、建筑石块以及邻近土壤中的37个测点上，测量了胡夫金字塔在环境条件下的振动。
一名研究人员蹲在石室中操作仪器。研究人员在大金字塔内部及周围放置传感器，以测量其振动。（图/Salama et al. / Scientific Reports）
关键发现
测量结果显示，金字塔的各个结构单元表现出较为一致的固有频率，范围多在约2.0至2.6赫兹之间，平均约为2.3赫兹，这表明其动力学特征具有异常高的均一性。相比之下，周围土壤的优势频率要低得多，约为0.6赫兹。
这种“频率错配”为何关键？正如前文所说的，当地震产生的摇晃频率与某一结构的固有频率相匹配时，就可能引发共振。共振有时会造成灾难性后果。因此，测得的这种频率差异很重要。如果地面和结构以不同的频率振动，那么地面就不太容易把能量高效地传递到结构中。不过，这只涉及地震破坏的一种可能机制。现实中有很多结构，即便其频率与下方土壤并不匹配，仍然在地震中表现糟糕。
胡夫金字塔内部结构示意图。（图/Salama et al. / Scientific Reports）
另外，地震的相对放大效应会随着高度增加而系统性增强，直到48.68米处。但研究人员发现，在胡夫金字塔的国王墓室上方的“减压室”（48.86~61.07米）所在的区域附近，这种放大效应显著减弱。这表明，这些减压室不仅像科学家认为的那样能够改变上方巨大石块重量的传递路径，还可能影响振动能量在金字塔内部的传播方式。
最后，研究人员还在对地下地基进行的地震脆弱性评估中，得到了一个较低的数值，这证实其具有优异的承载能力，且由地震引发的风险很小。这种低地震脆弱性指数表明，未来发生的地震很可能只会对金字塔主体造成有限损伤。
非必然的抗震设计
胡夫金字塔或许并不是被有意设计成抗震建筑的。但它能够幸存至今，也并非纯属偶然。从工程角度看，它具备许多有利特征：宽阔的底座、较低的质心、逐渐收窄的形体、对称的平面布局、坚实的石灰岩地基，以及由巨大砌体构成的荷载传递路径。它是低矮、坚硬、地基稳固的结构，而不是高耸、细长、柔性的结构。
最稳妥的结论是，金字塔建造者做出了非常出色的经验性工程选择。这些选择可能来自建造经验、观察积累、结构上的必要性，或某种文化意图。它们带来的抗震益处可能是真实存在的，但研究人员强调，这并不意味着抗震就是最初的设计目的。
#参考来源：
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
#图片来源：
封面图&首图：2H Media / Unsplash
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