Египетские пирамиды. Геологическая криминалистика :о)))

Здравствуйте, уважаемые читатели. Нашими альтернативщиками слишком много приписывается науке того, что учёные не говорили, не утверждали и т.д. Поэтому, мне стало интересно, что пишут о пирамидах Египта в научных статьях специалисты из смежных областей науки. В данном случае пусть это будут геологи.

Статья на английском языке. Я переводила её с помощью гугл-переводчика. Малость причесала, кое-где сократила и сегодня предлагаю вам первую часть статьи 2014 г.

Learning from the Past: The Ancient Egyptians and Geotechnical Engineering

(Обучение из прошлого: древние египтяне и инженерная геотехника)

Существуют многочисленные свидетельства того, что древние египтяне были пионерами в геологии и геотехнике. Чтобы показать их гениальность в горном деле, разработке карьеров, прокладке туннелей, выборе мест расположения их структур и внедрении инновационных решений для работы с проблемными почвами в статье будут представлены некоторые примеры их революционных работ.

С помощью современных средств, таких как криминалистика, инженеры, особенно инженеры-геотехники, могут рассмотреть возможность возвращения к истокам цивилизаций и переоценки достижений древних. Это может открыть двери для понимания того, как древние строили свои чудеса и почему эти чудеса пережили тысячелетия. Изучение старых цивилизаций могло бы представить новые инженерные и строительные концепции, которые сегодня могут быть полезны для строительной профессии.

Эта статья, в которой основное внимание уделяется достижениям древнеегипетской инженерии, ставит вопросы, а не даёт готовые ответы о том, что на самом деле знают инженеры-геотехники об этой великой цивилизации; авторы полагают, что мы знаем очень мало, несмотря на то, что это является предметом многочисленных углубленных исследований, начало которых датируются еще пятым веком до нашей эры. (работа Геродота) и которые продолжались до наших дней.

Геотехника и археология

Изучение и сохранение древностей требует, среди прочего, участия инженеров со значительными навыками. В этом отношении геотехническое машиностроение является одной из областей, которая может предоставить эффективные инструменты для оценки методов, используемых при строительстве исторических памятников, определения причин разрушения некоторых из них, а также предоставления рациональных объяснений выживания других памятников до сегодняшнего дня...

Для многих вклад геологии и геофизики, которые лежат в области геотехнической инженерии, является обязательным в археологии. Геофизические исследования являются одним из основных инструментов, используемых при обнаружении погребенных памятников. Геология может оказать неоценимую помощь в улучшении выживания старых памятников, особенно если они построены из камня или покоятся на камне.

Судебная инженерия и археология

Взглянув на технические аспекты и подходы к расследованию, связанные с судебной инженерией, можно легко сделать вывод, что их можно использовать для изучения инженерных аспектов выживания и долгой службы старых памятников.

По мнению авторов, те же самые геотехнические аспекты криминалистической инженерии могут быть приняты не только для выявления причин исчезновения некоторых памятников, но и для выяснения причин длительной «хорошей» работы и выживания некоторых старых памятников. Ниже приводится попытка исследовать некоторые геотехнические аспекты, которые можно считать связанными с криминалистической инженерией, исследовать геотехническую инженерию в Великой египетской фараонской цивилизации.

Самая старая геологическая карта

Туринский папирус, хранящийся в настоящее время в египетском музее Турина, представляет собой древний набросок, обнаруженный между 1814 и 1821 годами в Дейр-эль-Медина недалеко от Луксора. Он считается самой старой геологической картой (рис. 1). Около 1160 г. до н.э. для экспедиции Рамзеса IV в Вади-Хаммамат в Восточной пустыне, где докембрийские породы Арабо-Нубийского щита выходят на поверхность был нарисован этот план на папирусе. Цель экспедиции состояла в том, чтобы добыть блоки из камня бехен (песчаник метагравак), который будет использоваться для статуй короля.

Чтобы понятнее было дальнейшее, поясню, что ущелья, где некогда текли воды Нила (вади), после пересыхания русел, изпользовались в качестве торговых путей. Туринский папирус изображает 15-километровый отрезок Вади-Хаммамата и показывает слияние этого вади с Вади-Аталлой и Вади-эль-Сидом, окружающими холмами, каменным карьером Бехен, а также золотым рудником и поселением в Бир-Умм-Фавахире. Карьер использовался с раннего династического периода до римских времен (около 3000 г. до н.э. до 400 г. н.э.). Золотой рудник был активным во время Нового царства и в период Птолемеев через ранний византийский период (примерно с 1500 г. до н.э. до 600 г. н.э.).

Туринский папирус с многочисленными аннотациями точно показывает пространственное распределение различных типов горных пород (черные холмы с кремнеземами и розовые холмы с вулканитами, серпентинитом и гранитом) и литологически разнообразный вади (речной) гравий (коричневые, зеленые и белые точки в основном долины, которые представляют различные виды горных пород), а также содержит информацию о разработке карьеров (рисунок 2).

Рисунок 1. Папирус Турина. Вверху: левая половина карты туринского папируса. Внизу: правая половина карты туринского папируса

Туринский папирус считается старейшей известной геологической и топографической картой в мире. Примечательно, что пройдет еще 2900 лет, прежде чем в 1700-х годах во Франции будет составлена следующая геологическая карта (Harrell and Brown, 1992; Janssen1994).

Рисунок 2. Сведения, извлечённые из папируса Турина с аннотациями и идентификацией различных топографических и геологических особенностей

Египетские пирамиды

Для многих Египет и пирамиды являются синонимами. Миллионы людей приезжают со всего мира, чтобы увидеть египетские пирамиды - самые большие каменные сооружения, когда-либо построенные. Пирамиды Гизы (рисунки 3 и 4) считаются величайшими гробницами в мире. Это могилы великих царей, которые почти 5000 лет назад приготовили славные места для своих тел независимо от усилий, затрат или времени, затраченных на их строительство. Многие считают их величайшими зданиями из когда-либо построенных.

Общеизвестно, что пирамиды Гизы являются потомками древних египетских ранних опытов строительства сооружений гробниц, имеющих форму пирамиды. Имхотеп, который был первым известным архитектором и инженером в Старом Королевстве, спроектировал ступенчатую пирамиду для своего царя Зосера примерно в 2686 - 2613 годах до нашей эры. Позже, царь Снеферу, который правил Египтом с 2613 до 2589 года до н.э., построил три пирамиды (а именно, пирамиду Мейдума, ломанную пирамиду и розовую пирамиду) в поисках «полной» формы пирамиды. Эти пирамиды показаны на рисунке 5.

Рисунок 3. Пирамиды Гизы

Великая пирамида в Гизе (также известная как пирамида Хуфу или Хеопса) - последнее выжившее из «Семи чудес древнего мира». Великая пирамида была построена в третьем тысячелетии до Рождества Христова (ее строительство было завершено в 2560 году до нашей эры).

Рисунок 4. Карта пирамид Гизы.

Считается, что эта пирамида была построена в качестве гробницы для четвертой династии египетского фараона Хуфу (Хеопса по-гречески), и на ее сооружение ушло около 20 лет. Ниже приведены некоторые удивительные факты, связанные с Великой пирамидой (Petrie, 1883; Fakhry, 1961; Lehner, 1997, Jackson & Stamp, 2003; Parry, 2005; Houdin, 2006; Hawass, 2006; Hawass, 2010):

1. Считается, что первоначальная её высота составляет 146,5 метра (около 50 этажей), но с эрозией и потерей пирамидности её нынешняя высота сегодня составляет 138,8 метра. До постройки собора Линкольна в 1300 г. н.э. она оставалась самым высоким искусственным сооружением (т.е. более 3800 лет).

2. Её сторона составляет около 230,4 метра в длину. 4 стороны основания имеют среднюю ошибку в длине только 58 миллиметров. Готовая база была возведена в квадрат со средней угловой ошибкой всего 12 секунд дуги. Основание является горизонтальным и плоским с точностью до ± 15 мм. Стороны квадратного основания точно выровнены по четырем сторонам света (в пределах 4 минут от дуги) на основе истинного Севера (не магнитного Севера).

3. Отношение периметра к высоте равно 2π с точностью более 0,05%. Петри (1883) заключил: «но эти соотношения площадей и круговых соотношений настолько системны, что мы должны признать, что они были в замысле строителя».

Рисунок 5. Предшественники пирамид Гизы.

4. Масса пирамиды оценивается в 5,9 миллиона тонн. Её объем составляет около 2 500 000 кубометров. Строительные материалы включают: известняковые и гранитные блоки, и строительный раствор.

а. При её строительстве было использовано 2,3 миллиона известняковых блоков (то есть около 5,5 миллиона тонн известняка). Главным образом, известняковые блоки транспортировались из карьеров Гизы, которые находятся всего в паре сотен метров к югу от Великой пирамиды (рис. 6).

б. Строители пирамиды для разных слоёв изпользовали камни разных размеров и высот. В нижних слоях каменные блоки пирамиды Хуфу были очень большими  (размеры основания 1,0 х 2,5 м и высота 1,0-1,5 м, -  6,5-10 тонн). Для слоев выше, было легче транспортировать меньшие блоки (1,0 х 1,0 м х 0,5 м, - около 1,3 тонны). Для расчетов большинство египтологов используют 2,5 тонны в качестве веса среднего пирамидального каменного блока.

в. 8 000 тонн гранита были импортированы из Асуана, разположенного на расстоянии более 800 км. Самые большие гранитные камни в пирамиде, найденные над «королевской» камерой, весят от 25 до 80 тонн каждый.

г. При строительстве Великой пирамиды было использовано около 500 000 тонн строительного раствора.

д. Изходя из общепринятого предположения о том, что для строительства потребовалось 20 лет (следует отметить, что по этому поводу существует очень много теорий), потребуется обработка около 800 тонн камня в день, и строители должны были укладывать по 12 таких блоков на место каждый час (днём и ночью).

е. Многие из обсадных камней и внутренних камерных блоков Великой пирамиды были соединены с чрезвычайно высокой точностью. На основании измерений, проведенных на северо-восточных обсадных колоннах, среднее раскрытие швов составляет всего 0,5 миллиметра в ширину (1/50 дюйма).

5. Внутри Великой Пирамиды (рис. 7) есть три известные камеры: а). Самая низкая камера вырезана в скале, на которой была построена пирамида, и она была не закончена. б). Так называемая камера царицы и камера царя находятся в структуре пирамиды выше.

6. Великая пирамида в Гизе - единственная в Египте пирамида, в которой есть как восходящие, так и нисходящие проходы.

7. Первоначально Великая пирамида была снабжена каменной облицовкой, которая образовывала гладкую внешнюю поверхность; то, что видно сегодня, является базовой структурой ядра. Облицовку все еще можно увидеть вокруг верхней части пирамиды.

Строительство Пирамид

Как древние египтяне строили пирамиды? Этот вопрос был предметом спекуляций на протяжении веков. Было много разных теорий о методах строительства, в частности, Великой пирамиды. На самом деле, никаких определенных выводов в этом отношении не было сделано даже при современных исследованиях.

Рисунок 6. Карьеры и гавани для пирамид. Оранжевый = Известняковые карьеры на плато Гиза. Услуги порта (точное местоположение неизвестно)

Рисунок 7. Схема Великой Пирамиды

Самое древнее объяснение было предложено Геродотом в пятом веке до нашей эры. на основе сказок, рассказанных ему египетскими жрецами. Наиболее распространённые гипотезы поддерживают идею о том, что она была построен путем транспортировки огромных камней из карьеров в Гизе / Каире и в Асуане, а затем перетаскивания их на место. Считается, что древние египтяне вырезали каменные блоки, вбивая в породу деревянные клинья, которые затем пропитывали водой. Когда вода была поглощена, клинья разбухали, что приводило к растрескиванию камня. После того как они были вырезаны, их доставили на лодке вверх или вниз по реке Нил к месту строительства пирамиды. Предполагается, что ближайший карьер обезпечивал достаточное количество известняка для ядра пирамиды (то, что находилось под облицовкой). Чтобы мочь транспортировать камень на пирамиду, был необходим пандус для доставки . Порт и / или каналы были необходимы для транспортировки и разгрузки «неместных» (привозных) материалов (рис. 6). Этим путём были доставлены: мелкий белый известняк для облицовки, базальт для храмов, алебастр для статуй, гранит для погребальных камер и храмов, а также материалы, необходимые для строительства деревни рабочих. Каждый из вышеуказанных элементов должен был быть расположен и транспортирован / обработан таким образом, чтобы обеспечить эффективный поток людей и материалов. Харрис (2010) собрал некоторую конфигурацию для пандусов и каменных подъемников, которые могли бы быть использованы при строительстве Пирамиды. Некоторые из этих конфигураций показаны на фиг.8-8. 10.

Davidovits (2009), ведущий пионер в геополимерах (современная отрасль химии, которая занимается синтетическими минералами и горными породами), предложил теорию, что фараоны были знакомы с методами, подобными используемым в производстве геополимеров (наука, известная современной цивилизации только в 1970-х годах). Он предположил, что известняковые блоки в пирамидах были перестроены, используя геохимические реакции для образования твердых и прочных повторно агломерированных блоков. Он предположил, что древние египтяне не строили пирамиду из естественного прочного известняка; они использовали мягкий глинистый известняк, который содержал природные реактивы - геополимерные ингредиенты, такие как каолиновая глина, - эта порода легко дезагрегируется с водой Нила во время наводнений с образованием известняковой грязи.

Строители фараона смешивали реактивные геологические материалы (мафкат, гидратированный глинозем и силикат меди, перерабатываемые во времена Хеопса на Синайских рудниках), египетскую натроновую соль (карбонат натрия, широко распространенный в Вади-Натруме) и известь, получаемый из растительности древесный пепел  с известняковой грязью. Они несли эту известняковую грязь в корзинах, выливали ее, затем укладывали в формы (из дерева, камня, сырого кирпича) прямо на строительной площадке. Согласно теории Давыдовица, блоки, таким образом, состоят из 90-95% природных агрегатов известняка с его ископаемыми раковинами и от 5 до 10% из геологического цементного клея, известного как «геополимерное» связующее на основе алюмосиликатов.

Чтобы продемонстрировать практические знания фараонов в изпользовании полимеров, Давидовиц использует вазу, напоминающую пепельницу, с удивительно тонкими стенками, сложенными по краям (рис. 11). Любой, кто не знает, что она сделана из камня, поверит, что она из какого-то гибкого материала, но, что удивительно, ваза была сделана из одной из самых твердых пород, известных в природе (анортозитовый гнейс). Такая ваза никогда не могла бы быть высечена из камня такого типа, используя долото скульптора, даже с особой тщательностью. Возможно, что фараоны использовали каменную пасту, произведенную химической реакцией, чтобы сформировать камень.

Рисунок 8. Полная рампа в египетском музее (по Харрису, 2010)

Геотехнические соображения, применяемые для Пирамиды Гизы, достигнуты после многих изпытаний древних египтян по достижению стабильности в сооружении пирамид. Первым изпытанием (опытом) была ступенчатая пирамида, которая строилась поэтапно, начиная с квадратной мастабы и заканчивая внутренней ступенчатой пирамидой (она же пирамида 1); эта пирамида была дополнительно изменена, чтобы получить большую пирамиду (она же, пирамида 2), как показано на рисунке 12.

Рисунок 9. Концепция двойной рампы для строительства Великой пирамиды до  максимальной высоты рампы 64 м (по Harris, 2010)

Рисунок 10. Поперечное сечение север-юг, иллюстрирующее двухэтапный метод строительства с рампой  до уровня 64 м и подъемниками для камня выше (по Harris, 2010)

Король Снеферу, с целью создания совершенной пирамиды, построил три пирамиды. Первая, пирамида Мейдума, потерпела неудачу во время её строительства из-за слабых рыхлых камней, использованных при ее строительстве, и из-за внешнего толчка, вызванного большим уклоном (74 град.), Хотя она строилась поэтапно, с остатками каменных вырезов в сопряжениях, по-видимому, чтобы уменьшить эту тягу (рис. 13). Несмотря на эту неудачу, сам этот поэтапный подход может указывать на то, что древние египтяне знали о стабильности склонов, построенных из каменных блоков.

Снеферу также извлек уроки из трещин в своей второй пирамиде, ломанной пирамиде, которые появились, когда строилась нижняя часть с уклоном 54 градуса. Наклон верхней части был доведен до 43 град. (Рисунок 14). Снеферу использовал тот же наклон (43 градуса) в своей последней пирамиде (Розовая пирамида).

Рисунок 11. Ваза из древней египетской империи (от 3000 до 2400 г. до н.э.) (по Давидовицу, 2009 г.)

Рисунок 12. Эскиз, показывающий поперечное сечение в ступенчатой пирамиде с ее элементами (М: Мастаба, P1: Пирамида 1 и P2: Пирамида 2)

Интересно отметить, что крутые склоны, принятые Снеферу в его первых двух пирамидах, даже не пытались применять в пирамидах Гизы; Великие пирамиды Хуфу имеют уклон 51,8 град. Детали, показанные на рисунке 15, показывают, что в Великой пирамиде изпользовались каменные ключи для стабилизации склона от проскальзывания (очень функционально, особенно во время землетрясений). На сегодняшний день многие исследователи до сих пор изучают секреты стабильности пирамид Гизы, включая связанные с ними геотехнические аспекты (Sasaki et al., 2011).

Рисунок 13. Этапы построения пирамиды Мейдума /лучше картинки не нашла :о(

Рисунок 14. Наклон нижней и верхней частей изогнутой пирамиды

Рисунок 15. Каменный ключ для стабилизации склонов в Великой пирамиде

Подход, применявшийся 4-й династией для определения безопасного склона для пирамид, известен в настоящее время как метод геотехнических наблюдений. В своем простейшем определении это метод, позволяющий заполнить пробелы в доступной информации, и метод анализа с помощью наблюдений (Peck, 1969).

Независимо от неразгаданных загадок, по какой причине строились пирамиды и какую технику применяли для возведения этих массивных сооружений, различные геотехнические неудачи были бы неизбежны, если бы фараоны выбрали для строительства Пирамид место вдоль долины Нила, где они жили. Удивительно отметить, что максимальное статическое напряжение под Большими пирамидами составляет около 3500 кПа; все же это огромное значение напряжения не повлекло за собой какого-либо наблюдаемого или вероятного разрушения фундамента (по несущей способности или чрезмерное оседание). Геологически говоря, место пирамид Гизы упоминается как плато Гизы и расположено к западу от Каира (29,97922 ° с.ш., 31,13442 ° в.д.) на западной стороне Нила в соответствии с религиозными убеждениями фараонов в ту эпоху. Геологические исследования (Said, 1990) показывают, что огромные памятники четвертой династии на плато Гизы выстроены в осадочной последовательности, состоящей в основном из карбонатных образований, откладываемых в морской среде с переменными глубинами. Эти седиментарные (осадочные) слои имеют характеристики формации Мокаттам и формации Мади, от среднего до позднего эоценового возраста, которая состоит из вулканических известняков и доломитов. Это образование считается подходящим фундаментом, который может безопасно поддерживать массивную каменную структуру. Этот выбор местоположения впечатляет и демонстрирует знания по проектированию фундаментов, ставшие известными инженерам и ученым только через 5000 лет после постройки Пирамид (Kerisel, 19855). Выбор места для пирамид Гизы был геологически и экономически обоснованным. Карьеры хороших пород находятся возле пирамид (Рисунок 6). Более того, изследование, посвященное изучению памятников четвертой династии (Raynaud, et al., 20008), показывает, что обнажения скальных пород были хорошо использованы инженерами четвертой династии. Изследование показало, что до строительства двух валиких пирамид на их месте существовал  холм большого объема. Объем этого холма, по оценкам, составляет не менее 11,5% пирамиды Хефрена и около 23% для пирамиды Хеопса. Лишь недавно инженеры могли предвидеть, что наиболее критические напряжения и деформации внутри земных сооружений могут фактически находиться не на его дне, а располагаться внутри него. Кулхави и Дункан (1972) смоделировали плотину Оровилля и обнаружили, что наиболее критические напряжения и деформации находятся внутри ее ядра и над основанием.

Авторы со всей тщательностью сравнили точку максимальной деформации плотины Оровилля, изображенной Кулхави и Дунканом, с местом захоронения внутри Великой пирамиды и обнаружили, что местоположение комнаты захоронения совпадает с наиболее напряженной точкой на нормализованном участке (рисунок 16). Могло ли это быть предусмотрено строителем пирамиды, который «намеренно» разместил в этом месте захоронение, чтобы ослабить напряжения внутри пирамиды?

Горные раскопки и тоннели в Фиванском некрополе

Фиванский Некрополь (Theban Necropolis) близ Луксора является одним из крупнейших археологических памятников в мире. Могилы великих фараонов Нового царства (1570–1070 гг. До н.э.), в том числе знаменитых Тутанхамонов, находились в Долине Царей (рис. 17) в пределах Некрополя. На Рисунке 18 показана Карта Структурной Геологии для Фиванского Некрополя.

Известный фараонский некрополь показан относительно структурных геологических элементов Фиванской горы. Темно-синяя пунктирная линия показывает границу аллювиальной равнины Нила; зеленые пунктирные линии обозначают разлом списков, отделяющий табличную структуру от наклонных отсеков, в то время как желтые пунктирные линии показывают границы северного бассейна.

Рис. 16. Контуры урегулирования (линии напряжений) плотины Оровилль и соответствующее  расположение царской могильной комнаты в Великой пирамиде.

Скалы, лежащие в области Долины Царей, имеют осадочное происхождение эпохи нижнего эоцена; были определены две формации: верхняя формация известнякового камня и нижняя формация сланца Эсна (El Salam, 2002). Они обе плоско лежащие. В районе, где было извлечено большинство гробниц, сланцы Эсна находятся глубоко под поверхностью. Возможно, что строители гробниц искали места, где можно спрятать гробницы в массивных, пластинчатых, плоских слоях эоценового известняка. Места захоронений были выбраны в виде массивных скальных образований для поддержки галерей, шахт и крыш погребальных камер. Большинство гробниц в долине были вырублены и построены из известняка формации Фив. Лишь немногие гробницы были вырыты достаточно глубоко, чтобы они пересеклись с нижележащим сланцем Эсны (рис. 19). Могилы, расположенные в сланце Эсна, страдают от  повышенной влажности, которая вызывает набухание сланца.

(продолжение следует)

Научная статья тут

Ссылки на статьи по пирамидам

Предыдущая статья: Бедные египтяне даже не знали, что пирамиды построить невозможно

В следующей статье про пирамиды продолжу отвечать на вопросы.