211service.com
Romerske amfiteatre fungerer som seismiske usynlighetskapper
Et bilde av det romerske Colosseum Lars | Unsplash
Romerske amfiteatre er blant de eldste menneskelige konstruksjonene på jorden. Disse strukturene er bemerkelsesverdig godt bevart på forskjellige steder i det gamle romerriket.
Det er spesielt bemerkelsesverdig fordi mye av dette territoriet er seismisk aktivt: det sitter på den tektoniske grensen mellom de eurasiske og afrikanske platene og har opplevd mange jordskjelv som har ødelagt andre typer bygninger. Så akkurat hvordan disse amfiteatrene har overlevd i 2000 år er noe av et puslespill.
I dag får vi et potensielt svar takket være arbeidet til Stéphane Brûlé og kolleger ved Aix-Marseille-universitetet i Sør-Frankrike. Disse karene har studert hvordan visse strukturer begravd i bakken, eller sitter på toppen av den, kan endre måten seismiske bølger reiser gjennom jorden. Spesielt har de studert seismiske usynlighetskapper som kan styre seismiske bølger rundt bestemte regioner og dermed beskytte dem.
Konklusjonen deres er at romerske amfiteatre kan fungere som seismiske usynlighetskapper takket være formen deres. Dette, sier de, er grunnen til deres bemerkelsesverdige levetid.
Først litt bakgrunn. Fysikere har lenge visst at visse vanlige mønstre av objekter kan samhandle med bølger på en måte som styrer dem og endrer oppførselen deres. Et merkelig trekk ved dette fenomenet er at gjenstandene i seg selv er mye mindre enn selve bølgene. Men den kombinerte effekten av mange gjenstander arrangert i et regelmessig mønster har en viktig innflytelse på bølgene.
Tilbake i 2006 brukte fysikere denne ideen til å lage et mønster av metallresonatorer som styrer mikrobølger rundt et område i verdensrommet. For en utenforstående observatør som ser med mikrobølgeøyne, forsvinner denne delen av rommet, og alt i det. Faktisk hadde teamet bygget verdens første usynlighetskappe.
Siden den gang har forskere bygget usynlighetskapper for et bredt spekter av forskjellige bølger i det elektromagnetiske spekteret og utover. I 2012 foreslo de at seismiske usynlighetskapper kunne beskytte kraftstasjoner og demninger mot jordskjelv. Deretter bygde og testet Brûlé og kollegene en .
Siden den gang har forskerne fortsatt sine studier av seismiske metamaterialer, som de sier kan ha flere former. De tidlige eksperimentene involverte underjordiske strukturer eller tomrom. Men nyere arbeid antyder at overflateegenskaper som trær og bygninger også kan påvirke seismiske bølger.
En idé er at seismiske bølger får en skyskraper til å vibrere. Men denne vibrasjonen i seg selv sender bølger gjennom bakken. Så hvis de to settene med bølger kunne fås til å påvirke eller til og med kansellere hverandre, ville bygningen ha en viktig dempende innflytelse på bølgene.
Brûlé og kolleger har til og med utført prinsippmålinger på bølgene som genereres av en skyskraper som et resultat av seismisk støy. Bygningen det er snakk om er LatinoAmericana Tower, en 282 meter høy skyskraper i Mexico City som har overlevd flere store jordskjelv siden den ble bygget i 1956.
Forskerne utviklet en datamodell for å studere hvordan skyskrapere arrangert i en sirkel kunne fungere som en usynlighetskappe som skaper en trygg sone i midten. Bygningene innenfor kappens ringrom og utenfor kappen ville bli hardt påvirket av den seismiske bølgen, men regionen i sentrum (f.eks. en park) vil være en trygg sone hvor folk kan samles og forbli trygge under et jordskjelv, sier de. .
I løpet av disse studiene bemerket de en likhet mellom de sirkulære mønstrene de genererte og utformingen av gamle amfiteatre. Det er slående likheter mellom en usynlighetskappe som er testet for ulike typer bølger og himmelutsikt over antikke gallo-romerske teatre, sier de. Kanskje dette er grunnen til at noen av disse megastrukturene, som amfiteatre, stort sett har holdt seg intakte gjennom århundrene.
Det er en interessant idé som kan ha viktige implikasjoner for utformingen av fremtidige bygninger og studiet av gamle bygninger.
Ref: arxiv.org/abs/1904.05323 : Rollen til nanofotonikk i fødselen av seismiske megastrukturer