Neue Studie zur Großen Pyramide des Khufu in Gizeh und ihrer Erdbebenresistenz

Irgendwie steht sie noch immer da: Während rundherum vieles aus der Welt des Alten Ägypten zerfallen ist, hat die Große Pyramide des Khufu in Gizeh selbst nach 4.600 Jahren überdauert.

Trotz heftiger Erdbeben und obwohl ihre einst strahlend weissen Verkleidungssteine nach und nach verloren gingen, hält der Kernbau stand. Die Blöcke aus Granit und Kalkstein sitzen weiterhin fest, fast so, als würde das riesige Bauwerk gerade erst aus der Bauphase hervorgehen – und nicht langsam dem Verfall entgegengehen.

Archäologinnen und Archäologen versuchen bis heute, die gesamte Palette an technischen Kniffen zu entschlüsseln, die dazu führte, dass die Große Pyramide als einziges Mitglied der Sieben Weltwunder der Antike erhalten blieb.

Ein neuer Hinweis zur Konstruktion könnte der ägyptischen Ingenieurskunst nun ein weiteres Ausrufezeichen hinzufügen.

Die Große Pyramide des Khufu und ihre mögliche Erdbebenresistenz

Neuen Forschungsergebnissen zufolge besitzt die Struktur mehrere Eigenschaften, die sie überraschend widerstandsfähig gegen Erdbeben machen könnten – unabhängig davon, ob die Baumeister das beabsichtigten oder nicht. Zu diesen verstärkenden Merkmalen zählen auch die leeren „Entlastungskammern“ direkt über der Grabkammer von Pharao Khufu.

Der Bau der Großen Pyramide war ein Vorhaben von gewaltigem Ausmass: Sie besteht aus etwa 2,3 Millionen Steinblöcken mit einem Gesamtgewicht von rund 6 Millionen metrischen Tonnen. Ein Teil des Materials wurde über Entfernungen von mehreren Hundert Kilometern zur Baustelle transportiert.

Anschliessend setzte man die Blöcke sorgfältig, fügte sie passgenau zusammen und errichtete so ein überwiegend massives Bauwerk von etwa 147 Metern (482 Fuss) Höhe – mit nur wenigen, im Inneren verborgenen Hohlräumen.

Als weitgehend kompakte Struktur ist die Pyramide ausserordentlich robust: Ihr Gewicht liegt vor allem in Bodennähe und verteilt sich über die Grundfläche. Allein das würde sie jedoch weder vor Erdbebenschäden noch vor den Einwirkungen der Zeit vollständig schützen.

Warum andere Pyramiden zerfielen

Mehrere Pyramiden sind zumindest teilweise zu Ruinen geworden. Bei der Meidum-Pyramide etwa brach die Aussenstruktur bereits in der Antike spektakulär zusammen. Die Pyramiden von Userkaf, Sahure und Unas wirken heute eher wie grobe Schutthaufen.

Auch aus Mesoamerika gibt es Hinweise darauf, dass Pyramiden – errichtet aus Steinmaterial, das gegenüber den bei Erdbeben entstehenden Scherkräften anfällig ist – durch das Beben des Untergrunds regelrecht auseinandergerissen werden können.

Ägypten gilt zwar nicht als besonders erdbebengefährdet, dennoch wurden mindestens zwei starke Beben in einem Umkreis von 80 Kilometern (50 Meilen) rund um die Große Pyramide dokumentiert.

1847 erschütterte ein Beben mit einer geschätzten Magnitude von 6,8 die Region. 1992 wurde ein Beben der Magnitude 5,8 registriert; dabei lösten sich mehrere Verkleidungssteine aus dem oberen Bereich der Gizeh-Pyramide.

Als grösste noch stehende Pyramide und zugleich eine der ältesten brachte die Große Pyramide Forschende zu einer naheliegenden Frage: Weshalb hat dieses enorme Bauwerk überlebt, während andere einstürzten?

Messungen in der Cheops-Pyramide: Sensoren, Kammern und Frequenzen

Um dem nachzugehen, installierte ein Team um den Seismologen Asem Salama vom National Research Institute of Astronomy and Geophysics in Ägypten Schwingungssensoren in und um die Pyramide. Ziel war zu bestimmen, wie das Bauwerk auf Bewegungen in seiner Umgebung „mitschwingt“.

Dafür verteilten sie 37 tragbare Beschleunigungsmesser an zahlreichen Positionen: in der Königskammer und der Königinnenkammer, in den vertikal übereinander liegenden Entlastungskammern unmittelbar über der Königskammer, in Gängen und Tunneln, auf den Aussensteinen sowie auf dem Boden rund um die Pyramide.

Die Geräte erfassen winzige, allgegenwärtige Umgebungserschütterungen – etwa durch weit entfernten Verkehr, Wind, durch Ozeanwellenenergie, die sich durch die Erde fortpflanzt, und durch kaum wahrnehmbare Mikrobeben, die fortlaufend durch die Erdkruste ziehen.

Im Boden um die Pyramide ergaben diese Quellen zusammen eine gleichmässige Hintergrundfrequenz von rund 0,6 Hertz (Hz).

Innerhalb der Pyramide lag die Frequenz an den meisten Messpunkten hingegen bei etwa 2,0 bis 2,6 Hz.

Gerade dieser Unterschied zwischen der Schwingungsfrequenz des Untergrunds und jener der Pyramide könnte erklären, warum Erdbeben bislang vergleichsweise wenig Schaden angerichtet haben.

Da beide nicht in derselben Frequenz schwingen, könnte seismische Energie weniger effizient vom Boden in die Struktur übertragen werden. Das würde helfen, jene Resonanzverstärkungen zu vermeiden, die Gebäude schwer beschädigen können.

Die Rolle der „Entlastungskammern“

Obwohl die Schwingungen innerhalb der Pyramide überwiegend gleichförmig waren und die Verstärkung mit der Höhe zunahm, fiel eine Ausnahme deutlich auf: die Entlastungskammern.

Üblicherweise werden sie als Konstruktionselement verstanden, das die Last reduziert, die auf die Königskammer drückt. In diesen Kammern sank die Schwingungsverstärkung jedoch abrupt – ein Hinweis darauf, dass die Hohlräume auch Spannungen umverteilen und Schwingungen unterbrechen.

Selbst wenn ihre Funktion ursprünglich vor allem statisch gedacht war, deutet das Ergebnis darauf hin, dass diese Leerräume die Pyramide unbeabsichtigt zusätzlich gegen Erdbeben abgesichert haben könnten.

Dabei verhält sich die Pyramide – gedrungen, schwer und massiv – ganz anders als moderne, erdbebensichere Gebäude, deren Konzepte meist auf Flexibilität beruhen.

Was das Team (noch) nicht behauptet

Die Forschenden betonen ausdrücklich, dass jede Aussage, Erdbebenresistenz sei ein bewusstes Ziel der Planung gewesen, zum jetzigen Zeitpunkt reine Spekulation ist – auch wenn sie offenbar gerne Belege in diese Richtung finden würden.

„Diese Ergebnisse liefern überzeugende quantitative Hinweise darauf, dass die Architekten des Alten Ägypten über ein tiefgreifendes geotechnisches Verständnis verfügten und Strukturdesign sowie Standortcharakterisierung so optimierten, dass eine Stabilität über Jahrtausende gegenüber seismischen Gefahren gewährleistet ist“, schreibt das Team in seiner Arbeit.

In künftigen Arbeiten möchte die Gruppe einige Messungen an Schlüsselstellen wiederholen, die „kleine Anomalien“ zeigten. Man sei zuversichtlich, die Resultate „werden die Khufu-Pyramide sowohl als architektonisches Wunder als auch als Zeugnis antiker seismischer Ingenieurprinzipien bestätigen, die für den modernen Erhalt geoarchäologischer Kulturerbestätten relevant sind“.

Die Ergebnisse wurden in Scientific Reports veröffentlicht.