Die Physik hinter der Cheopspyramide überrascht selbst Forschende
Warum überstand die Cheopspyramide starke Erdbeben? Eine neue Studie liefert überraschende Antworten zur Stabilität.
Die Cheopspyramide trotzt seit 4500 Jahren Erdbeben. Neue Messungen erklären die physikalischen Hintergründe.
Foto: picture alliance / ANP | Koen van Weel
Seit rund 4500 Jahren steht die Cheopspyramide am Rand der Wüste von Gizeh. Sie hat Sandstürme, Erosion, politische Umbrüche und den Massentourismus überstanden. Offenbar überlebte sie auch mehrere stärkere Erdbeben in der Region nahezu unbeschadet.
Das ist keineswegs selbstverständlich. Schließlich besteht die Pyramide aus rund 2,3 Millionen Steinblöcken. Ursprünglich war sie fast 147 m hoch. Damit galt sie über Jahrtausende als höchstes Bauwerk der Welt. Heute fehlen zwar die Spitze und große Teile der äußeren Verkleidung. Trotzdem zählt die Cheopspyramide noch immer zu den stabilsten Bauwerken der Menschheitsgeschichte.
Eine aktuelle Studie aus dem Fachjournal Scientific Reports liefert nun neue Hinweise darauf, warum das monumentale Bauwerk so widerstandsfähig blieb. Forschende aus Ägypten und Japan untersuchten dazu erstmals detailliert die Schwingungseigenschaften der Pyramide.
Inhaltsverzeichnis
- Erdbeben in der Region sind keine Seltenheit
- Die Pyramide wurde vermessen ohne sie zu beschädigen
- Das wichtigste Ergebnis: Boden und Pyramide schwingen unterschiedlich
- Die Form der Pyramide wirkt wie ein natürlicher Stabilisator
- Druckentlastungskammern könnten zusätzliche Stabilität gebracht haben
- Haben die alten Ägypter gezielt erdbebensicher gebaut?
- Auch der Untergrund half mit
Erdbeben in der Region sind keine Seltenheit
Ägypten gilt zwar nicht als klassisches Hochrisikogebiet für starke Erdbeben. Ganz ruhig ist die Region aber keineswegs. Immer wieder kam es entlang des Roten Meeres und im östlichen Mittelmeerraum zu stärkeren Erschütterungen.
Die Studie verweist unter anderem auf ein Erdbeben aus dem Jahr 1847 mit einer geschätzten Magnitude von 6,8. Das Epizentrum lag nahe El-Fayoum, etwa 70 Kilometer von Gizeh entfernt. Auch das Erdbeben von 1992 bei Kairo mit einer Magnitude von 5,8 traf die Region deutlich. Damals lösten sich einzelne Verkleidungssteine von den oberen Bereichen der Pyramiden. Größere strukturelle Schäden entstanden jedoch nicht. Genau diese Stabilität wollten die Forschenden besser verstehen.
Die Pyramide wurde vermessen ohne sie zu beschädigen
Das Forschungsteam nutzte dafür die sogenannte HVSR-Methode. Dahinter steckt eine Analyse kleinster Umgebungsschwingungen. Selbst massive Bauwerke bewegen sich ständig minimal. Wind, Verkehr oder entfernte Erschütterungen erzeugen kontinuierlich winzige Vibrationen.
Diese Schwingungen lassen sich messen und auswerten. Die Forschenden installierten ihre Sensoren an insgesamt 37 Messpunkten innerhalb und außerhalb der Pyramide. Dazu gehörten:
- die Königskammer,
- die Königinnenkammer,
- die Druckentlastungskammern,
- verschiedene Gänge,
- Außensteine,
- sowie der Untergrund rund um die Pyramide.
Die Methode gilt als besonders geeignet für historische Bauwerke, weil sie vollkommen zerstörungsfrei arbeitet.
Das wichtigste Ergebnis: Boden und Pyramide schwingen unterschiedlich
Die zentrale Erkenntnis der Studie betrifft die sogenannte Resonanz. Bei Erdbeben entsteht oft dann Gefahr, wenn Untergrund und Gebäude in ähnlichen Frequenzen schwingen. Die Bewegungen verstärken sich gegenseitig. Genau dadurch können selbst stabile Gebäude schwere Schäden erleiden. Bei der Cheopspyramide scheint genau das nicht zu passieren.
Die Messungen zeigen deutliche Unterschiede zwischen dem Untergrund und dem Bauwerk selbst. Der Boden rund um die Pyramide schwingt überwiegend bei etwa 0,6 Hertz. Die Pyramide erreicht dagegen Werte zwischen 2,0 und 2,6 Hertz. Der Mittelwert liegt bei rund 2,3 Hertz.
Die Forschenden schreiben dazu: „Die beobachtete Trennung der Frequenzen zwischen Untergrund (~0,6 Hz) und Pyramidenstruktur (~2,3 Hz) weist auf ein natürlich reduziertes Resonanzrisiko hin.“ Vereinfacht gesagt: Der Untergrund und die Pyramide geraten bei Erschütterungen nicht gemeinsam in starke Schwingungen. Genau das könnte die Belastungen erheblich reduziert haben.
Die Form der Pyramide wirkt wie ein natürlicher Stabilisator
Auch die Geometrie des Bauwerks dürfte eine wichtige Rolle spielen. Die Studie verweist auf mehrere konstruktive Eigenschaften, die aus heutiger Sicht günstig für die Erdbebensicherheit sind. Dazu gehören:
- die breite Grundfläche,
- die gleichmäßige Massenverteilung,
- die symmetrische Form,
- die geringe Höhe im Verhältnis zur Basis,
- sowie die hohe Steifigkeit der Konstruktion.
Hinzu kommt die enorme Masse des Bauwerks. Der größte Teil des Gewichts liegt dicht über dem Boden. Nach oben hin nimmt die Masse deutlich ab. Dadurch sinkt das Risiko größerer Kippbewegungen.
Auch die einfache Geometrie hilft offenbar. Die Pyramide besitzt keine verwinkelten Gebäudeteile, asymmetrischen Flügel oder empfindlichen Übergänge. Genau solche Bereiche gelten heute oft als Schwachstellen bei Erdbeben.
Druckentlastungskammern könnten zusätzliche Stabilität gebracht haben
Besonders interessant fanden die Forschenden die Ergebnisse aus den sogenannten Druckentlastungskammern oberhalb der Königskammer. Dort registrierten sie geringere Schwingungsverstärkungen als in anderen höher gelegenen Bereichen der Pyramide.
Diese Kammern wurden ursprünglich angelegt, um die enorme Last der darüberliegenden Steinmassen umzuleiten. Offenbar könnten sie gleichzeitig auch Erschütterungen abschwächen.
Die Forschenden formulieren das vorsichtig: „Dieses Ergebnis passt zu der Annahme, dass die Konstruktion dieser Kammern dazu beiträgt, die Belastungen der Königskammer zu verringern.“
Haben die alten Ägypter gezielt erdbebensicher gebaut?
Genau an diesem Punkt wird die Studie besonders vorsichtig. Die Messungen zeigen zwar, dass die Pyramide günstige Eigenschaften für den Umgang mit Erdbeben besitzt. Daraus lässt sich aber nicht automatisch ableiten, dass die altägyptischen Baumeister bewusst nach modernen Prinzipien der Erdbebenstatik arbeiteten.
Die Forschenden betonen ausdrücklich: „Jede Annahme, dass die altägyptischen Architekten gezielt eine seismische Optimierung verfolgten, bleibt rein spekulativ.“
Das ist wichtig. Manche populären Darstellungen überhöhen solche Ergebnisse schnell zu einer Art verlorener Hochtechnologie. Dafür liefert die Studie jedoch keine Belege. Trotzdem zeigt die Untersuchung, dass viele bauliche Entscheidungen aus heutiger Sicht erstaunlich sinnvoll erscheinen.
Auch der Untergrund half mit
Ein weiterer Faktor dürfte der Baugrund gewesen sein. Die Cheopspyramide steht auf hartem Kalksteinfels. Genau das gilt bis heute als günstige Grundlage für große Bauwerke in Erdbebengebieten.
Zusätzlich bestimmten die Forschenden einen vergleichsweise niedrigen seismischen Vulnerabilitätsindex des Bodens. Dieser Wert beschreibt, wie empfindlich der Untergrund auf Erschütterungen reagiert. Das Ergebnis lag mit 8,2 deutlich unter kritischen Bereichen. Der Untergrund unter Gizeh war damit vermutlich ein zusätzlicher Stabilitätsfaktor.
Ein Beitrag von:
