Bí mật nào giúp Đại kim tự tháp Ai Cập "miễn nhiễm" với động đất suốt 4.600 năm?

Bí mật nào giúp Đại kim tự tháp Ai Cập "miễn nhiễm" với động đất suốt 4.600 năm?

Một nghiên cứu mới cho thấy Đại kim tự tháp Giza không chỉ là kỳ quan kiến trúc của thế giới cổ đại mà còn sở hữu khả năng chống chịu động đất đáng kinh ngạc. Bằng cách đo đạc tần số rung động tại nhiều vị trí bên trong công trình, các nhà địa chấn học phát hiện cấu trúc 4.600 năm tuổi này có khả năng phân tán chấn động hiệu quả, giúp nó đứng vững qua hàng thiên niên kỷ.

Kỳ quan tồn tại qua hàng nghìn năm động đất

Khoảng năm 2500 trước Công nguyên, Pharaoh Khufu bắt đầu một dự án xây dựng khổng lồ trên cao nguyên Giza.

Mục tiêu của ông là dựng nên một kim tự tháp đồ sộ, sau này trở thành lăng mộ của mình, cùng một số kim tự tháp nhỏ hơn dành cho các hoàng hậu. Trong suốt 26 năm, hàng nghìn lao động đã vận chuyển và xếp chồng hơn 2,3 triệu khối đá vôi và đá granite để tạo nên công trình cao khoảng 147 mét. Trải qua hàng thiên niên kỷ, kỳ quan kiến trúc này vẫn tồn tại bất chấp sự tàn phá của thời gian.

Giờ đây, các nhà khoa học phát hiện Đại kim tự tháp còn được thiết kế để chống chịu một mối đe dọa khác: Động đất.

Trong nghiên cứu công bố hồi tháng 5, các nhà nghiên cứu đến từ Ai Cập và Nhật Bản đã thu thập dữ liệu cộng hưởng – tức các sóng rung động – tại gần 40 vị trí khác nhau bên trong và xung quanh Đại kim tự tháp để tìm hiểu phản ứng của công trình trước hoạt động địa chấn.

Kết quả cho thấy công trình có khả năng phân tán các rung động địa chấn một cách đáng kinh ngạc, giúp nó duy trì sự ổn định trước những trận động đất có thể phá hủy nhiều công trình khác. Theo dữ liệu nghiên cứu, kim tự tháp được “cân bằng một cách thông minh và điều chỉnh rất chuẩn xác” nhằm bảo đảm độ ổn định.

Trong lịch sử 4.600 năm tồn tại, Đại kim tự tháp Giza đã vượt qua nhiều trận động đất từng tàn phá các công trình lân cận. Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Scientific Reports, bổ sung thêm một bằng chứng mới về trình độ kỹ thuật đáng kinh ngạc của các kỹ sư Ai Cập cổ đại.

Tuy vậy, nhóm nghiên cứu cho biết họ chưa thể khẳng định chắc chắn rằng những kỹ thuật xây dựng này được phát triển với mục đích chống động đất ngay từ đầu.

“Chúng tôi xem đây là thành quả của hàng thế kỷ tích lũy kinh nghiệm từ cả thành công lẫn thất bại của các thế hệ thợ xây Ai Cập cổ đại”, ông Asem Mostafa, nhà địa chấn học tại Viện Nghiên cứu Thiên văn và Địa vật lý Quốc gia Ai Cập (NRIAG), đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. “Cảm giác như đang khám phá một kiệt tác kỹ thuật thực nghiệm đã tồn tại ngay trước mắt nhân loại suốt hàng nghìn năm.”

Những bài học từ lịch sử xây dựng kim tự tháp

Ai Cập từ lâu không xa lạ với động đất. Trong vài thế kỷ qua, nhiều trận động đất đã xảy ra gần Cairo và gây ra những hậu quả nghiêm trọng.

Tháng 10/1992, một trận động đất mạnh 5,9 độ Richter xảy ra cách Cairo khoảng 32 km về phía tây nam. Thảm họa này đã làm hư hại hoặc phá hủy hơn 129.000 công trình, trong đó có hơn một phần ba số nhà ở trong khu vực. Nhiều nhà thờ Hồi giáo cổ xuất hiện các vết nứt trên cấu trúc đá cẩm thạch. Các lăng mộ tại Thung lũng các vị vua cũng bị hư hại đến mức phải gia cố thêm kết cấu bên trong.

Tuy nhiên, theo ông Mohamed ElGabry, nhà địa chấn học tại NRIAG và là tác giả chính của nghiên cứu, Đại kim tự tháp Khufu chỉ bị rơi đúng một viên đá.

“Các công trình cổ được xây dựng từ những khối đá lớn liên kết chặt chẽ thường chịu thiệt hại ít hơn nhiều so với các công trình được xây dựng ở những thời kỳ sau”, ông ElGabry cho biết.

Theo ông, nhiều đặc điểm kiến trúc tiên tiến của Đại kim tự tháp vốn đã được giới nghiên cứu biết đến từ lâu. Công trình có phần đáy rộng hơn 755 feet (khoảng 230 mét), tạo nền tảng vững chắc giúp chống nguy cơ đổ sập. Kim tự tháp cũng có kết cấu đối xứng cao và được xây dựng trên nền đá gốc rất chắc chắn.

“Việc công trình có độ bền kết cấu cao chưa bao giờ là điều gây tranh cãi”, ông Mostafa nhận định.

Phần lớn những thành tựu này là kết quả của nhiều thế hệ cải tiến kỹ thuật xây dựng kim tự tháp.

Các công trình kim tự tháp đầu tiên được xây dựng tại Saqqara, cách Cairo khoảng 30 km về phía nam. Kim tự tháp Djoser, hay còn gọi là Kim tự tháp Bậc thang, là công trình cổ nhất trong số đó và xuất hiện trước Đại kim tự tháp hơn một thế kỷ. Hình dáng của nó khác biệt đáng kể, với các tầng bậc xếp chồng thay vì mặt nghiêng liên tục như các kim tự tháp tại Giza.

Sau này, Pharaoh Sneferu – nhiều khả năng là cha của Khufu – đã xây dựng những kim tự tháp lớn với mặt ngoài nhẵn, đặt nền móng cho kiểu kiến trúc được sử dụng ở Giza.

Người Ai Cập tiếp tục xây kim tự tháp nhiều thế kỷ sau khi Khufu qua đời vào năm 2566 trước Công nguyên. Một số công trình vẫn tuân theo thiết kế kết cấu tương tự, nhưng một số khác lại tìm cách cắt giảm chi phí.

Con trai và người kế vị của Khufu là Djedefre đã xây dựng một kim tự tháp phía bắc Cairo, tận dụng một quả đồi tự nhiên để tăng độ nổi bật của công trình. Tuy nhiên, điều này khiến số lượng các khối đá liên kết với nhau giảm đi, làm suy yếu độ ổn định.

Trong khi đó, “Kim tự tháp Đen” của Pharaoh Amenemhat III, được xây dựng nhiều thế kỷ sau đó, chủ yếu sử dụng gạch bùn – vật liệu rẻ hơn nhưng dễ xuống cấp hơn đá vôi nguyên khối. Chính nền móng yếu hơn đã khiến công trình nhanh chóng bị xói mòn và hư hỏng theo thời gian.

Không giống như Đại kim tự tháp Khufu, một số công trình này hiện đã sụp đổ hoàn toàn.

Bí mật nằm ở các rung động bên trong công trình

Trong quá trình nghiên cứu Đại kim tự tháp Giza, các nhà địa chấn học đã đo tần số rung động trong các buồng và đường hầm bên trong công trình, bao gồm Phòng Vua, Phòng Hoàng hậu, các buồng giảm tải phía trên và Phòng Ngầm dưới lòng đất.

Họ sử dụng phương pháp không phá hủy mang tên “phân tích rung động môi trường”, cho phép đo cách các rung động lan truyền qua các khối đá, đường hầm và khoảng trống bên trong kim tự tháp. Dữ liệu này giúp làm rõ cách công trình phản ứng trước các trận động đất.

Kết quả cho thấy tần số cộng hưởng trung bình trong toàn bộ công trình dao động từ 2 đến 2,6 Hz. Điều đó cho thấy các rung động được truyền đi khá đồng đều từ khối đá này sang khối đá khác – một dấu hiệu quan trọng của sự ổn định kết cấu.

Nghiên cứu cũng phát hiện các rung động bên trong kim tự tháp khác biệt đáng kể so với lớp đất xung quanh, vốn có tần số khoảng 0,6 Hz.

“Tần số rung động chủ đạo của kim tự tháp khác biệt rõ rệt so với nền đất xung quanh, điều này có thể giúp giảm hiệu ứng cộng hưởng trong các trận động đất”, ông Mostafa giải thích.

Khi hiện tượng cộng hưởng được hạn chế, khả năng gây phá hủy của các rung động mạnh từ lòng đất cũng giảm theo.

Ông Ahmed Eldosouky, nhà địa vật lý học tại Đại học Suez (Ai Cập), đồng tình với kết luận này.

“Các phép đo ở nhiều khu vực bên trong kim tự tháp cho thấy tần số cơ bản tương đối đồng nhất”, ông nói. “Mức độ đồng nhất động học như vậy cho thấy một hệ thống kết cấu cực kỳ ổn định, đặc biệt nếu xét đến tuổi đời và điều kiện xây dựng của công trình".

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện những buồng giảm tải phía trên Phòng Vua đóng vai trò quan trọng trong việc làm suy giảm các rung động có khả năng gây hại. Tần số dao động giảm đáng kể trong các buồng này, giúp hạn chế tác động địa chấn lên Phòng Vua nằm bên dưới và góp phần bảo vệ công trình trong trường hợp xảy ra động đất.

Theo ông Mostafa, phát hiện mới cho thấy những người thợ xây Ai Cập cổ đại đã phát triển được các kỹ thuật xây dựng cực kỳ hiệu quả thông qua nhiều thế hệ quan sát và cải tiến liên tục.

“Những thành tựu của họ vẫn vô cùng phi thường ngay cả khi được đánh giá bằng các công cụ khoa học hiện đại”, ông nhấn mạnh.

×