Продолжаю переводить научную статью Sustainability problems of the Giza pyramids (Проблемы устойчивости пирамид Гизы), в которой указаны основные причины различных разрушений, постигших пирамиды плато Гизы со времён строительства до настоящего времени, а также угрозы их будущему.
Традиционное предупреждение новым читателям
Комментарии по данному вопросу не принимаются, за неспортивное поведение прощаемся.
Поскольку я не филолог/переводчик, то возможны ляпсусы, за поправки благодарна.
Начало здесь
Нужно сказать, что поначалу я намеревалась сильно сократить текст, но оказалось, что в статье много интересного. Потому большого сокращения не будет, наоборот, где-то будут дополнения :о)
Геоморфологический и геологический контекст плато Гиза
Изследования показывают, что памятники четвёртой династии на плато Гиза построены на осадочной последовательности с преобладанием карбонатных образований, отложенных в эпиконтинентальном море переменной глубины. Все авторы сходятся во мнении, что эти осадочные слои имеют характеристики формации Мокаттам и формации Маади средне-позднеэоценового возраста, как показано на (рис. 4a-c).
... Все плато подвержено влиянию карстовых процессов, которые развивались в соответствии с местными структурными и стратиграфическими условиями и привели к особой морфологии ступенчатых террасированных уступов, карстовых хребтов и изолированных холмов. Ряд авторов связывает развитие карстовых особенностей со средиземноморскими климатическими условиями.
Из наблюдений, проведённых в лодочных ямах, на северо-восточном углу пирамиды Хеопса и на эспланаде вокруг пирамиды, мы убедились, что скальное основание памятника сложено в основном нуммулитовым пакстоуном*.
*Пакстоун - название одной из известняковых структур
Наблюдения в пирамиде Хеопса показывают, что в нижних частях пирамиды скальный цоколь не очень заметен. Однако можно установить наличие первоначального скального холма, как показано на (рис. 5а, б). Северо-восточный угол великой пирамиды Хуфу является видимой частью первоначального холма.
Петри наблюдал скалу во внутренних частях на высоте 8 м над плановым уровнем. По Эйту максимальная высота скальной платформы составляет 12,5 м, а по Дормиону - всего 6,60 м. Они наблюдали природную скалу в галереях пирамид Хеопса и Хефрена, где изчезла облицовка стен.
В районе изследования разломы представлены тремя основными группами, направленными на запад-северо-запад, северо-запад и северо-восток. Разломы с направлением запад и северо-запад преобладают на северной, западной и восточной сторонах Пирамид Хеопса и на севере Пирамид Хефрена. В зависимости от глубины залегания грунтовых вод на контурной карте подземных вод 2012 года, на изследуемой территории имеются две системы подземных вод. Первая часть относится к системе водоносных горизонтов и охватывает восточную часть территории Сфинкса, где глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1,5 до 4 м ниже поверхности земли с увеличением глубины их залегания на запад. Вторая система связана с водой. Несущие слои второй, связанной с водой системы, относятся к формации разбитых известняков (ниже района Сфинкса), где глубина залегания грунтовых вод колеблется от 4 до 7 м от поверхности.
Структурные повреждения и разрушение материалов
Динамические воздействия
Согласно историческим записям, сильные землетрясения и сейсмические события, обрушившиеся на район Гизы, привели к небольшим или средним повреждениям и структурным нарушениям комплекса пирамид. Число зарегистрированных землетрясений вплоть до конца девятого века колеблется от нуля до трёх. Относительно большое количество землетрясений (восемь) было зарегистрировано в десятом веке. Наибольшее число землетрясений (17) было зарегистрировано в XIX веке. Вопрос: в чём причина доказанной устойчивости памятников к сейсмическим событиям прошлого? Что позволило им успешно противостоять сейсмическим воздействиям: хорошее сейсмическое поведение плато Гизы (известняк третичного/мелового периода) или то, как были построены здания? Инструментальная карта сейсмичности показывает, что местонахождение пирамид характеризуется очень низкой сейсмичностью.
Выбор места и геологические свойства местности, удалённость от сейсмических воздействий, наводнений и уровня грунтовых вод, стабильность геометрической формы пирамиды, прочность конструкции и точность изполнения, пожалуй, являются причинами того, что Великие пирамиды Гизы - единственное сохранившееся из семи чудес древнего мира. Эпицентры большинства разрушительных землетрясений локализуются на восточном берегу реки Нил. Кроме того, контурная карта интенсивности изосейсм показала, что место разположения пирамид не подвергалось воздействию интенсивности, превышающей VI по шкале Меркалли. Более того, одна из трёх основных сейсмотектонических тенденций, влияющих на Египет, проходит через провинцию Фаюм, но избегает места разположения пирамид.
Осадочные слои, на которых находились пирамиды, считаются подходящим фундаментом, способным надёжно поддерживать массивную каменную конструкцию.
Хорошее сейсмическое поведение плато Гиза (известково-каменные третичные/меловые образования) является результатом того, что передача горизонтальных ускорений землетрясения в известково-каменных или скальных образованиях намного ниже, чем передача того же ускорения землетрясения в мягких и средних почвах, как показано на (рис. 6а). Также коэффициент ускорения спектра и сила в скальных породах значительно ниже коэффициента ускорения спектра и большей силы в мягких и средних грунтах, в частности в глинистых, как показано на (рис. 6b). Примечание: коэффициент типа грунта следует рассматривать для верхнего 30-метрового слоя грунта или скальных образований. Кроме того, ускорения грунта сильно зависят от состояния почвы. На скальных участках будет наблюдаться высокочастотная тряска, в то время как на мягких грунтах высокие частоты (короткий период) будут уменьшены или отфильтрованы, но низкие частоты будут усилены, как показано на (рис. 6c).
Для стабилизации склона против сползания в Великой пирамиде были изпользованы элементы конструкции - каменные ключи (очень функционально, особенно во время землетрясений). Удивительно отметить, что максимальное статическое напряжение под Большими пирамидами составляет около 3500 кПа; однако это огромное значение напряжения не повлекло за собой никаких наблюдаемых или вероятных разрушений фундамента (несущей способности или чрезмерной осадки). Это свидетельствует о том, что строители учитывали вероятность сейсмической нагрузки. Основание памятников большей частью покоится на твёрдой породе, и хорошее качество строительства фундаментов способствуют их хорошему антисейсмическому поведению.
Дополнительное преимущество представляет собой пирамидальная форма, поскольку пирамида является наиболее сейсмостойкой конструкцией, даже более устойчивой, чем купола. Что касается строительных элементов, то несколько слоев сглаженных камней без каких-либо растворов или клейких (связующих) веществ между ними фактически образуют своего рода изоляцию фундамента от основания, где несколько плоских мелких камней были уложены на предварительно подготовленную почву под фундаментом, как подушка, для поглощения первого толчка силы землетрясения. Поверх этих мелких камней укладывалось несколько слоев крупных камней. В большинстве случаев количество слоёв составляло три, раствор не изпользовался, а большие камни фундамента назывались "Ортостатами". Благодаря своей высокой жёсткости и меньшему смещению, здание в форме пирамиды подходит для сейсмоопасных районов.
В качестве небольшого дополнения.
Древние люди, как оказалось, изыскивали конструктивные средства, позволяющие повысить прочность построек при землетрясениях. Это произходило в разные времена на разных континентах.
Единственное землетрясение, затронувшее пирамиды, произошло в XIV веке 8 августа 1303 года. Сильное землетрясение (М = 6,5 балла по шкале Рихтера) произошло в районе Фаюма и разшатало многие камни внешней облицовки, некоторые из них и по сей день можно увидеть в качестве частей этих сооружений. Позже изследователи сообщали о массивных кучах обломков у основания пирамид, оставшихся после продолжающегося обрушения облицовочных камней, впоследствии, в ходе продолжающихся разкопок на этом месте они были разчищены. Тем не менее, сегодня, на месте вокруг основания пирамиды Хуфу можно увидеть многие из внешних облицовочных камней, демонстрирующих те же мастерство и точность, о которых сообщалось на протяжении веков.
В августе 1303 года нашей эры произошло землетрясение в Восточном Средиземноморье: сильный толчок ощущался по всему северному Египту. Арабские източники сообщают, что это землетрясение было самым сильным в Египте, особенно в Александрии. В Каире почти все дома получили повреждения, а многие крупные общественные здания обрушились. Землетрясение вызвало панику, и женщины выбегали на улицы без чадры. Особенно пострадали минареты каирских мечетей. В Александрии было разрушено множество домов, и погибло несколько человек. Маяк был разбит, а его верхушка обрушилась. Разрушения разпространились на Южный Египет вплоть до Куса. Из-за сильных разрушений в Среднем Египте, Зиберг отнёс это землетрясение к Файюму, к югу от Каира. Также сообщалось, что землетрясение вызвало масштабные разрушения на Родосе и Крите. Амбрасис поместил его эпицентр в Средиземном море, так как Ас-Сути упоминал, что наступление моря затопило половину Александрии. Согласно арабским източникам, афтершоки продолжались в течение 3 недель.
Многие исторические документы указывают на то, что было очень сильное цунамигенное землетрясение, которое разорвало восточный сегмент эллинской дуги между островами Крит и Родос. Сильное цунами обрушилось на Ираклион (Handaka), столицу Крита, северное побережье острова. Море обрушилось на город с такой силой, что разрушило здания и убило жителей. В Александрии и Баб-эль-Бахре (Египет) море затопило прибрежную зону и нанесло ущерб портовым сооружениям. Волна достигла Acre, Израиль, где море затопило берег, а люди были сметены и утоплены огромной волной. «Также были широкомасштабные разрушения и разрушительная сейсмическая морская волна на Родосе и вдоль побережья Палестины, особенно у Acre». Однако изчерпывающие обзоры Эвагелату-Нотара (1993) и Гвидобони и Комастри (1997) не подтверждают, что этим цунами был повреждён Родос. С другой стороны, нижний из трёх слоев отложений цунами, обнаруженных в Даламане на юго-западе Турции, можно отнести к цунами 1303 года. (отсюда: https://hal.science/file/index/docid/299403/filename/nhess-7-57-2007.pdf)
В последнее время вблизи данного района находится относительно активная зона землетрясений (к западу от центра Каира). В этом районе 12 октября 1992 г. произошло самое разрушительное событие в новейшей истории Египта. Разстояние до эпицентра составляет всего около 30 км. Отчёт о разрушениях после этого землетрясения показал, что великие пирамиды в Гизе были сильно повреждены, и несколько лет спустя, чтобы спасти пирамиды от новых повреждений и проблем с устойчивостью, был начат проект реставрации. Кроме того, на востоке Каира наблюдаются и другие землетрясения, например, землетрясение в Акабе в 1995 году. Но эпицентром Каирского землетрясения 12 октября 1992 года является сейсмическая зона Дахшур (Dahshour), а в других районах сейсмической активности землетрясения редко достигали магнитуды 5. Однако из-за их близости к густонаселённому Каирскому мегаполису такие землетрясения широко ощущались на большей территории Каира. Сейсмическая зона в Дахшуре находится всего в нескольких километрах от комплекса пирамид. Эпицентральное разстояние между Каирским землетрясением и пирамидами составляет всего несколько километров. Такая близость указывает на то, что сейсмическая зона Дахшур может иметь наибольший эффект, особенно в короткие периоды.
Большинство типичных последствий разрушения земли были такими же обширными, как разжижение почвы. Губернаторство Гиза подверглось воздействию жидкостей во время землетрясения 12 октября 1992 г.
О последнем явлении дополнительно
Вскоре после этого землетрясения было обнаружено, что одна из двух главных дорог, соединяющих Каир и Гизу с югом Египта (Верхний Египет), просела (в Эль-Атфе, около деревни Эль-Беледа) на целых 1,75 м. Дорога состоит из 2 полос движения в каждом направлении с промежуточной средой и имеет ширину около 25 м (рис. 5). В месте разположения наблюдаемого поселения (около 1,0 км от Нила) дорога с одной стороны граничит с оросительным каналом, а с другой - с дренажной канавой и сельскохозяйственными угодьями. Предполагается, что основной причиной наблюдаемого оседания на 1,75 м стало разжижение грунта под дорогой. Оседание произходило постепенно на участке длиной около 200 м и было практически равномерным на всём протяжении дороги шириной 25 м. Эффект разжижения был очевиден на сельскохозяйственном поле, прилегающем к дороге.
На этом поле вода, насыщенная осадками, выходила из трещин и разпространялась по гребнистой (в результате предварительной вспашки) поверхности сельскохозяйственного грунта. На разстоянии около 20 м от дороги, примыкающей к зоне населенного пункта, появились трещины. Однако явных признаков бокового разпространения этого явления не наблюдалось. Оседание было в основном вертикальным и, вероятно, было обусловлено относительно большим возвышением дороги по отношению к окружающему рельефу, что создавало локальное вертикальное напряжение вскрышных пород. Профиль грунта, полученный из скважины рядом с дорогой, показывает, что разжижение могло произойти в любой точке зоны, ограниченной высотами от -3,0 м до -9,0 м. В этой зоне наблюдается значительная стратификация, а алевриты и пески с низким SPT, по-видимому, склонны к разжижению. Действительно, грунт, выброшенный на поверхность земли во время разжижения, как предполагается, состоит в основном из мелкого алевритового песка.
В общем, поведение как у зыбучих песков.
Возвращаюсь к научной статье.
Сообщалось о разжижении почвы в Гизе. Поскольку это последнее сильное землетрясение, затронувшее памятник, можно предположить, что в настоящее время древнее сооружение имеет деформированную форму и трещины во внутренних камерах, а также - во внутреннем и внешнем каменных слоях. По сообщению египетской газеты "Аль-Ахрам" от 13 октября 1992 года, во время землетрясения 1992 года в Дахшуре обрушилось несколько небольших внешних блоков облицовки на вершине великой пирамиды и опорные панели.
Важно отметить, что после первого землетрясения сохраняются постоянные деформации (и, следовательно, моменты постоянного изкривления), поэтому, даже в случае землетрясений малой силы, общее поведение становится всё слабее и слабее. После землетрясений конструкция ослабляется между блоками и деформациями выходов, а также давлением в стенах; с этой точки зрения текущая ситуация хуже, чем в прошлом, как показано на (рис. 7a, b). Постоянная деформация блоков в зоне границ фасадов и углов великой пирамиды Хеопса. Увеличение слабости конструкции после землетрясения, вызывающее трение и скольжение между оболочками и блоками заполнения. Проявление чрезвычайно медленного процесса деградации, который затронул опорные каменные блоки великой пирамиды, многие блоки были оторваны. Внешние каменные блоки оболочки полностью обрушились во время сильного землетрясения 1303 года.
После землетрясения 1992 года пирамиды Гизы оставались заброшенными, что привело к их постепенному разрушению. Первоначально внимание было сосредоточено на боковых границах оставшихся фасадов, где неоднородность структуры и, как следствие, исчезновение периферийных напряжений привели к очень неблагоприятной ситуации, усугублённой динамикой, которая повлияла на современные границы зон, подверженных риску.
Стены комплекса пирамид пострадали от сдвигающих усилий, вызванных предыдущими землетрясениями; вертикальные трещины и трещины с направлением около 35-45° над горизонтом показывают соответствующий механизм разрушения. Некоторые трещины затрагивают конкретные элементы, такие как пороги проемов, двери и фундаментные камни, как показано на (рис. 8a, b). На устойчивость большой пирамиды и снижение прочности повлияло разтрескивание опорных известняковых блоков из-за перегрузки и разрушения материала. На поверхностях опорных известняковых блоков видны следы выветривания (дифференциального). Внешние облицовочные известняковые блоки полностью отсутствуют.
Реальную степень устойчивости определить трудно. Однако, несмотря на эту неопределённость, чётко определено состояние внутреннего давления конструкции. Во время регулировки (корректировки) не может произойти потеря баланса. Именно этим правильным аспектом поведения строительных конструкций можно объяснить большую прочность и долговечность многих исторических зданий.
Строители древности не были (нынешними) инженерами-строителями. В то время как современный инженер заинтересован в предотвращении осадок, старые инженеры были готовы допустить движения конструкции и возникающие трещины. В поведении строительных конструкций есть нечто уникальное. Это связано с механической реакцией конструкции и значительно отличается от той, которую демонстрируют обычные гибкие материалы. Разница обусловлена низкой прочностью конструкции на разтяжение и разной реакцией конструкции на напряжения. Пирамиды были сильно повреждены на поверхности каменных стен нижнего уровня из-за длительных статических и динамических воздействий, обширных трещин в стенах, вызванных в основном осадками (проседаниями), и только из-за сейсмических нагрузок при специальном удалении фундаментных площадок.
Физико-химические воздействия
В районе изследования климатические условия полузасушливые; тёплая зима с небольшим количеством осадков и жаркое и сухое лето. Климат характеризуется следующими параметрами. Среднегодовое количество осадков не превышает 25 мм, которые, в течение года, как правило, выпадают редко, иногда в виде внезапных и коротких ливней, связанных с ветром. Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет около 46 % с максимумом 70 % в ноябре и минимумом 30 % в мае. Максимальная годовая температура составляет 28 °C, а минимальная - 13,8 °C. Что касается ветров, то преобладающие ветры дуют с северо-запада, а муссонные, известные как Хамасин, - с юго-запада и юга. Скорость ветра колеблется от 7 до 14 км/ч .
Великим пирамидам в Гизе угрожает повышение уровня грунтовых вод, вызванное инфильтрацией воды из пригородов. Оросительные каналы, массовая урбанизация, окружающая городская промзастройка. За статуей Сфинкса разположены два региональных водоносных горизонта с уровнем воды на глубине от 1,5 до 4 м ниже поверхности. Второй водоносный горизонт представляет собой прерывистый карбоновый водоносный горизонт, покрывающий территорию под пирамидой и плато Сфинкса, где глубина залегания грунтовых вод составляет от 4 до 7 м. Подпитка водоносного горизонта под Сфинксом произошла в основном за счёт отвода воды из водопроводной сети и общей урбанизации. Уровень грунтовых вод в деревне Назлет-эль-Самман достигает 16-17 м и может пополнить водоносный горизонт под Сфинксом и храмом Долины, что считается серьёзной опасностью для этого места.
Во многих частях трех пирамид наблюдается разрушение, связанное со старением материалов и воздействием воздушных и грунтовых вод, а экстремальные напряжения и трещины ускорили соответствующие явления, как показано на (рис. 9a, b), чрезвычайно медленный процесс деградации, затронувший опорные известняковые блоки пирамид Хеопса, Хефрена и Микерина, очевиден. Многие блоки были оторваны и висят.
Камни пирамид характеризуются мелкими трещинами, тонкими и поверхностными разломами, разрывами в каменной облицовке, отдельными каменными слоями и большими провалами под поверхностной твёрдой коркой. Подстилающий известняк трёх пирамид характеризуется глубокими и полыми ямами на поверхностной коре. Они очень тонкие и основаны лишь на нескольких точках. Некоторые части потеряли свой панцирь, и по этой причине большие участки характеризуются сильным разслоением. Сильным явлением является отделение и отслоение известнякового слоя из-за капиллярного поднятия грунтовых вод, как показано на (рис. 8).
Блоки подстилающего известняка характеризуются слабой цементацией и сцеплением из-за наличия мелких трещин, или пор, вторичного произхождения, возникших в результате выветривания солей.
Наш анализ показал, что плохое состояние сохранности трёх пирамид можно объяснить двумя основными факторами: внутренними (или intrinsic) причинами, связанными с характеристиками самого ископаемого известняка (например, минеральный состав, стратификация, трещины и т.д.), и внешними (или Externalities) причинами, обусловленными внешними факторами (такими как грунтовые воды, изменение климата и т.д.). Если последние положили начало процессу выветривания на известняковых блоках, то развитие и усиление этого процесса связано с отсутствием связности в известняковом цементе.
Фактически, очень плохое состояние внутренних стен обусловлено несколькими внутренними факторами, как и в прошлом, строго взаимосвязанными. С другой стороны, внешние причины связаны с ежедневными острыми факторами окружающей среды: сезонные тепловые изменения, солнечная радиация, направление и плотность ветра работают в синергии с внутренними причинами деградации известняка.
Наиболее очевидным и разпространенным явлением является отслаивание (или оболочки) вследствие капиллярного поднятия грунтовых вод, характерное как на поверхности, в виде высоких приподнятых сколов, так и в более глубоких частях, в виде толстых отделяющихся слоёв известняковых блоков. Слой связан с температурными изменениями, которые вызывают циклы разширения и сжатия материала, приводящие к сильному механическому напряжению.
Разтрескивание внутри кристаллов также очень часто встречается при хрупкой деформации задних известняковых блоков, что характеризуется большими зазорами. Здесь имеется в виду разтрескивание внутри кристаллов (а не между ними). В камнях с высокой проницаемостью давление нарастает через зерно - контакт зерен становится большим, потому что силы распределяются на очень малых участках (напряжение - это сила каждого участка), что делает его легко разрушаемым внутри, чем если пористость мала или отсутствует.
В камнях с высокой проникающей способностью давление внутри зёрен возрастает — контакт с зерном становится большим, потому что силы разпределяются на очень маленькие участки (давление — это прочность каждой области), что делает его легко разрушаемым внутри, чем если бы пористость была мала или отсутствовала.
Разрушение гранитных блоков, покрывающих пирамиду Микерина, - сложный процесс, обусловленный взаимодействием многих сопутствующих факторов, таких как климатическая зона, повышение уровня грунтовых вод (в результате утечки воды из оросительных каналов пригородов, массовая урбанизация вокруг пирамид Гизы) и свойства материалов, которые в конечном итоге приводят к химическому, физико-механическому и биологическому выветриванию. Более того, поведение строительных материалов в условиях выветривания предсказывается дизайном элемента и составляющих деталей.
С другой стороны, существуют некоторые специфические формы выветривания, которые влияют на различные гранитные блоки в зависимости от окружающих условий, такие как красная корка, которая доминирует в примере с агрессивными знакопеременными циклами высушивания и намачивания, а также другие химически или биологически связанные факторы разложения, влияющие на скорость выветривания силикатных минералов..
Таким образом, можно подчеркнуть, что конкретная модель выветривания, характеризующая наши эффекты, обусловлена всеми этими факторами и связанными с ними механизмами; в основном они состоят из сложных типов глинистых минералов, окрашенных оксидом железа. Все вышеперечисленные факторы требуют принятия определённых мер по сохранению памятников с помощью различных научных стратегических планов, содержащих множество профилактических и комплексных мер.
Воздействие человека
Раньше пирамиды были облицованы. Великая пирамида Хеопса была покрыта снаружи белыми мелко-известняковыми блоками из известнякового карьера Тура, сейчас лишь несколько из них остались по углам на основе пирамиды. Опорные известняковые блоки пирамиды Хефрена были обложены тонко-известняковыми блоками, также, на вершине пирамиды Хефрена сохранилась каменная шапка. Пирамида Микерине была покрыта и облицована гранитными облицовочными блоками, добытыми и привезенными из Асуанской каменоломни, разположенной в 1000 км от Каира.
В средние века большая часть внешних блоков облицовки пирамиды отпала из-за землетрясения 1303 года. Многие облицовочные блоки были взяты и повторно изпользованы для строительства многих коптских и исламских памятников в Каире, в результате обнажились блоки изкопаемого известняка задней стенки.
(продолжение следует)
Обнаружила статью по теме
Также по теме:
Просто великолепные иллюстрации по египетским древностям - Denkmäler aus Aegypten und Aethiopien 12 томов!