Nghiên cứu mới hé lộ khả năng chống động đất đáng kinh ngạc của kim tự tháp Giza

Hơn 4.600 năm sau khi được xây dựng, Đại kim tự tháp Giza của Pharaoh Khufu vẫn là một trong những công trình vĩ đại và bí ẩn nhất thế giới. Không chỉ trường tồn trước sự bào mòn của thời gian, công trình này còn vượt qua nhiều trận động đất lớn từng làm rung chuyển khu vực Ai Cập.

Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Scientific Reports đã giúp giải mã phần nào câu hỏi khiến giới khoa học trăn trở suốt nhiều năm: Vì sao Đại kim tự tháp có thể chống chịu động đất hiệu quả đến vậy?

Hé lộ cơ chế “miễn nhiễm” với rung chấn địa chấn

Theo nhóm nghiên cứu do nhà địa chấn học Asem Salama thuộc Viện Nghiên cứu thiên văn và địa vật lý quốc gia Ai Cập dẫn đầu, bí quyết nằm ở sự kết hợp giữa thiết kế kiến trúc, cấu trúc bên trong và điều kiện địa chất nơi công trình được xây dựng.

Các kim tự tháp cổ đại ở Giza, Ai Cập là một trong những kỳ quan kiến trúc dễ nhận biết nhất trên thế giới.

Để tìm câu trả lời, các nhà khoa học đã tiến hành đo đạc rung động môi trường tại 37 vị trí khác nhau bên trong và xung quanh Đại kim tự tháp. Các điểm khảo sát bao gồm nền đất, các khối đá xây dựng cũng như những căn phòng và hành lang bên trong công trình.

Kết quả cho thấy phần lớn rung động bên trong kim tự tháp xuất hiện ở tần số từ 2 đến 2,6 hertz. Trong khi đó, lớp đất xung quanh chỉ dao động ở khoảng 0,6 hertz. Sự khác biệt đáng kể này tạo nên một cơ chế giống như “bộ giảm chấn” tự nhiên, ngăn các dao động từ mặt đất khuếch đại lên cấu trúc phía trên khi xảy ra động đất.

Theo các nhà nghiên cứu, hiện tượng này giúp công trình tránh rơi vào trạng thái cộng hưởng – nguyên nhân khiến nhiều tòa nhà hiện đại bị hư hại nghiêm trọng trong các trận động đất lớn. Khi tần số rung của nền đất và công trình không trùng khớp, năng lượng địa chấn khó có thể truyền và tích tụ đủ mạnh để gây phá hủy.

Một yếu tố khác góp phần nâng cao khả năng chống động đất là nền móng bằng đá vôi nguyên khối. Đại kim tự tháp được xây dựng trực tiếp trên nền đá vôi cứng chắc, giúp hạn chế nguy cơ khuếch đại sóng địa chấn từ lòng đất.

Điều này giải thích vì sao công trình vẫn đứng vững sau những trận động đất lớn từng xảy ra trong khu vực. Bao gồm trận động đất mạnh 6,8 độ năm 1847 và trận động đất 5,8–5,9 độ năm 1992.

Hàng thế kỷ thử nghiệm tạo nên kỳ tích kỹ thuật

Theo nhóm nghiên cứu, khả năng chống động đất của Đại kim tự tháp không xuất hiện một cách ngẫu nhiên mà là kết quả của quá trình tích lũy kinh nghiệm kéo dài hàng thế kỷ của các kỹ sư Ai Cập cổ đại.

Trước khi xây dựng Đại kim tự tháp, người Ai Cập đã trải qua nhiều giai đoạn thử nghiệm với các dạng lăng mộ khác nhau. Ban đầu là những mastaba đơn giản, sau đó phát triển thành Kim tự tháp Bậc thang của Pharaoh Djoser.

Tiếp đó là các công trình mang tính thử nghiệm như Kim tự tháp Cong tại Dahshur. Một số dự án thậm chí bị sụp đổ hoặc gặp lỗi kết cấu. Tuy nhiên, mỗi thất bại đều trở thành bài học để các kiến trúc sư cổ đại điều chỉnh thiết kế, góc nghiêng và phương pháp xây dựng.

Asem Salama cho rằng Đại kim tự tháp chính là đỉnh cao của quá trình cải tiến liên tục này. Những người thợ xây thời đó không sở hữu các mô hình tính toán hiện đại, nhưng họ đã tích lũy được kho kinh nghiệm thực tiễn đồ sộ qua nhiều thế hệ.

Nghiên cứu cũng phát hiện một chi tiết đáng chú ý bên trong công trình. Các phòng giảm tải nằm phía trên Phòng Nhà Vua có khả năng làm suy giảm sự khuếch đại rung động. Điều này cho thấy những không gian đặc biệt này không chỉ có nhiệm vụ phân bổ trọng lượng mà còn góp phần bảo vệ kết cấu trước các tác động từ địa chấn.

Bên cạnh đó, hình dạng kim tự tháp với đáy rộng, trọng tâm thấp và khối lượng giảm dần từ dưới lên trên cũng tạo nên độ ổn định đặc biệt. Các chuyên gia nhận định đây là một trong những cấu trúc cân bằng nhất từng được con người xây dựng.

Không ít ý kiến trên các diễn đàn khoa học và khảo cổ học cho rằng: Việc kim tự tháp chống chịu động đất tốt là điều dễ hiểu; bởi đây là công trình có hình học cực kỳ ổn định. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng điều đáng chú ý không nằm ở hình dạng bên ngoài mà ở cách toàn bộ cấu trúc, vật liệu và nền móng phối hợp với nhau để phân tán năng lượng rung động trong suốt hàng nghìn năm.

Dù vậy, nhóm nghiên cứu cũng thận trọng trước giả thuyết cho rằng người Ai Cập cổ đại chủ đích thiết kế công trình nhằm chống động đất.

Theo Salama, hiện chưa có bằng chứng cho thấy họ sở hữu một lý thuyết kỹ thuật địa chấn tương tự thời hiện đại. Khả năng chống động đất nhiều khả năng là hệ quả của quá trình tối ưu hóa kết cấu, vật liệu và phương pháp xây dựng để tạo nên một công trình bền vững nhất có thể.

Dù được tạo ra với mục đích nào, Đại kim tự tháp vẫn tiếp tục khiến giới khoa học kinh ngạc. Công trình từng là tòa nhà cao nhất thế giới trong gần 3.800 năm, được xây dựng từ hơn 2,3 triệu khối đá nặng hàng tấn và bao phủ diện tích khoảng 13 mẫu Anh.

Những phát hiện mới không chỉ giúp giải mã bí mật trường tồn của kỳ quan cổ đại mà còn mở ra các bài học giá trị cho ngành xây dựng hiện đại. Các nhà khoa học tin rằng việc nghiên cứu cách người Ai Cập cổ đại phân bổ tải trọng, kiểm soát rung động và tận dụng điều kiện địa chất có thể góp phần hỗ trợ thiết kế các công trình bền vững hơn trước thiên tai trong tương lai.