Romerska amfiteatrar fungerar som seismiska osynlighetskappor

En bild av det romerska Colosseum Lars | Unsplash

Romerska amfiteatrar är bland de äldsta mänskliga konstruktionerna på jorden. Dessa strukturer är anmärkningsvärt välbevarade på olika platser i det antika romerska riket.

Det är särskilt anmärkningsvärt eftersom mycket av detta territorium är seismiskt aktivt: det ligger på den tektoniska gränsen mellan de eurasiska och afrikanska plattorna och har upplevt många jordbävningar som har förstört andra typer av byggnader. Så hur dessa amfiteatrar har överlevt i 2 000 år är något av ett pussel.

Idag får vi ett potentiellt svar tack vare Stéphane Brûlés och kollegors arbete vid Aix-Marseille University i södra Frankrike. Dessa killar har studerat hur vissa strukturer begravda i marken, eller sitter ovanpå den, kan modifiera hur seismiska vågor färdas genom jorden. De har särskilt studerat seismiska osynlighetsmantel som kan styra seismiska vågor runt specifika regioner och därmed skydda dem.

Deras slutsats är att romerska amfiteatrar kan fungera som seismiska osynlighetskappor tack vare sin form. Detta, säger de, är anledningen till deras anmärkningsvärda livslängd.

Först lite bakgrund. Fysiker har länge vetat att vissa regelbundna mönster av föremål kan interagera med vågor på ett sätt som styr dem och modifierar deras beteende. En märklig egenskap hos detta fenomen är att själva föremålen är mycket mindre än själva vågorna. Men den kombinerade effekten av många föremål arrangerade i ett regelbundet mönster har en viktig inverkan på vågorna.

Redan 2006 använde fysiker denna idé för att skapa ett mönster av metallresonatorer som styr mikrovågor runt ett område i rymden. För en utomstående observatör som tittar med mikrovågsögon försvinner denna del av rymden, och allt i det. I själva verket hade teamet byggt världens första osynlighetsmantel.

Sedan dess har forskare byggt osynlighetskappor för ett brett spektrum av olika vågor i det elektromagnetiska spektrumet och bortom det. 2012 föreslog de att seismiska osynlighetskappor kunde skydda kraftverk och dammar från jordbävningar. Därefter byggde och testade Brûlé och kollegor faktiskt en .

Sedan dess har forskarna fortsatt sina studier av seismiska metamaterial, som de säger kan ta flera former. De tidiga experimenten involverade underjordiska strukturer eller tomrum. Men nyare arbete tyder på att ytegenskaper som träd och byggnader också kan påverka seismiska vågor.

En idé är att seismiska vågor får en skyskrapa att vibrera. Men denna vibration i sig skickar vågor genom marken. Så om de två uppsättningarna av vågor kunde fås att påverka eller till och med avbryta varandra, skulle byggnaden ha ett viktigt dämpande inflytande på vågorna.

Brûlé och kollegor har till och med utfört principiella mätningar på vågorna som genereras av en skyskrapa till följd av seismiskt brus. Byggnaden i fråga är LatinoAmericana Tower, en 282 meter lång skyskrapa i Mexico City som har överlevt flera stora jordbävningar sedan den byggdes 1956.

Forskarna utvecklade en datormodell för att studera hur skyskrapor arrangerade i en cirkel kunde fungera som en osynlighetsmantel som skapar en säker zon i dess centrum. Byggnaderna inom mantelns ringform och utanför manteln skulle påverkas hårt av den seismiska vågen, men regionen i centrum (t.ex. en park) skulle vara en säker zon där människor kunde samlas och förbli säkra under en jordbävning, säger de .

Under loppet av dessa studier noterade de en likhet mellan de cirkulära mönstren de genererade och designen av antika amfiteatrar. Det finns slående likheter mellan en osynlighetsmantel som testats för olika typer av vågor och himmelsvyer av antika gallo-romerska teatrar, säger de. Kanske är detta anledningen till att vissa av dessa megastrukturer, som amfiteatrar, har förblivit mestadels intakta genom århundradena.

Det är en intressant idé som kan ha viktiga konsekvenser för utformningen av framtida byggnader och studiet av gamla.

Ref: arxiv.org/abs/1904.05323 : Nanofotonikens roll i födelsen av seismiska megastrukturer

Dölj