揭秘“比薩斜塔” 百年不倒之謎

●吳聯芳 文 一博 編

比薩斜塔位于意大利托斯卡納省比薩城北面，是比薩大教堂的一座獨立式鐘樓，塔高54.45米，傾斜角度約為3.99度，始建于1173年，至今已有800多年的歷史，是意大利知名景點。

相傳1590年，偉大的意大利科學家伽利略曾在比薩斜塔的頂層做過自由落體運動的實驗，從此，人們同時記住了伽利略和壯觀且斜而不倒的比薩斜塔。

比薩斜塔為什么會傾斜？

比薩斜塔的傾斜是建筑師為追求個性而特意設計的嗎？還是建造過程中無法預料的問題導致的呢？這些問題曾一度引起相關專家的熱議，到了20世紀，隨著科技的發展，對比薩斜塔的測量越來越精確、對地基土層的勘測設備越來越先進，最終這個問題的答案才浮出水面。比薩斜塔在最初的設計中實際上是一幢垂直建筑，但是在建造初期就偏離了正確位置。

究其原因，是因為它地基下土層的特殊性造成的。比薩斜塔下有好幾層不同材質的土層，各種軟質土層的沉淀物和非常軟的粘土相間而成，在約一米深的地方則是地下水層。而地基上的鐘樓塔身又重又高，加上地基僅3米深，因此造成了塔身的不均衡下沉。比薩斜塔在建造過程中曾一度停工，直到170多年后，人們又繼續施工。為防止傾斜，設計師曾設法將塔的重心轉移，但由于塔身底部三層傾斜已成事實，所以塔在建成后形成了現在的特殊風格。

“比薩斜塔”斜而不倒之謎

比薩斜塔所在地區自1280年以來發生過至少4次強烈地震，但它仍屹立不倒，這個謎團一直困擾著無數專家。2018年，羅馬第三大學建筑學教授努提與16名英國和意大利工程學、地震學專家組成的研究團隊給出了答案。

他們從地震學、地質工藝學及比薩斜塔結構等方面進行分析，認為這是斜塔結構、高度和堅硬建筑材料以及塔下松軟土壤相互配合的結果。一般來說，當地震發生時，建筑物本身的共振頻率與地震頻率相近時，就會引發共振效應，增加建筑物受搖晃程度。但比薩斜塔底下的泥土較為松軟，而塔的建筑結構本身相對堅硬，兩者配合下產生了“動態土壤——結構互動”現象，改變了斜塔本身的共振頻率，使它不會在地震發生時產生共振，從而減低搖晃的劇烈程度，致使比薩斜塔能夠在經歷數次強烈地震后依然安然無恙。

可以說，比薩斜塔地基下方的土壤既是風險又是功臣，正是迫使塔傾斜的土壤幫助了斜塔在地震中幸存下來。

比薩斜塔1990年因塔身傾斜4.5米面臨倒塌，從而停止接待游客。為此當地成立了負責修復工程的監督小組，該小組自1993至2001年，通過填埋重物、挖掘傾斜對側土壤的方式，將比薩斜塔“扶正”了約40厘米。直至2018年，比薩斜塔已經被拉直約44厘米，目前監測小組專家證實，比薩斜塔現處于“健康狀態”，以目前的狀態，塔變直還需要大概4000年左右。