Cheops-Pyramide: Geheimnis der Erdbebensicherheit gelüftet

Die Cheops-Pyramide ist nicht nur ein Wunder altägyptischer Baukunst, sie ist auch erstaunlich stabil: Selbst starke Erdbeben hat das rund 4500 Jahre alte Bauwerk schadlos überstanden. Warum das so ist, haben nun Geophysiker ermittelt. Demnach liegt das Geheimnis in der inneren Struktur der Pyramide. Sie ist so gebaut, dass sie mechanische Belastungen besonders gleichmäßig verteilt, zudem unterscheidet sich ihre Resonanzfrequenz deutlich von der des Untergrunds. Dies verhindert ein Aufschaukeln der Erschütterungen bei einem Beben.

Die vor 4.500 Jahren erbaute Cheops-Pyramide in Gizeh ist eines der größten von Menschenhand erschaffenen Bauwerke. Zusammen mit ihren beiden Nachbarpyramiden galt dieses königliche Grabmal schon in der Antike als eines der sieben Weltwunder. Kein Wunder: Die Cheops-Pyramide wiegt mehr als sechs Millionen Tonnen, umfasst mehr als 2,3 Millionen Steinblöcke und ist rund 139 Meter hoch. Wie die alten Ägypter es schafften, mit einfachsten Mitteln ein so komplexes und monumentales Bauwerk zu errichten, ist bis heute erst in Teilen geklärt.

Eine Besonderheit der Cheops-Pyramide ist ihre enorme Stabilität: Sie hat mehr als 4500 Jahre fast unbeschädigt überstanden, nur einige Steinplatten ihrer Verkleidung sind seit ihrem Bau abgefallen. Bemerkenswert ist dies vor allem deshalb, weil die Pyramiden von Gizeh auch schon einige Erdbeben überstanden haben. Das stärkste gemessene Beben hatte eine Magnitude von 6,8 und ereignete sich im August 1847 in nur rund 70 Kilometer Entfernung, 1992 erschütterte ein Beben der Stärke 5,8 das Bauwerk. Keines dieser Erdbeben verursachte jedoch größere Schäden an der Cheops-Pyramide.

Auf die Frequenzen kommt es an

Was aber verleiht diesem jahrtausendealten Bauwerk seine große Stabilität? Ein schon seit Längerem bekannter Faktor ist die Bauform der Pyramide: “Der größte Teil der Masse konzentriert sich nahe am Boden und nimmt dann nach oben hin allmählich ab“, erklären Mohamed ELGabry vom Nationalen Forschungszentrum für Astronomie und Geophysik in Kairo und seine Kollegen. Dies sorge für einen niedrigen Schwerpunkt. Die massive, symmetrische Bauweise und die breite Grundfläche liefern zusätzliche Stabilität.

Doch das ist noch nicht alles, wie nun ELGabry und sein Team festgestellt haben. „Einer der Hauptparameter, die die dynamische Reaktion eines Bauwerks bestimmen , ist die Wechselwirkung zwischen den intrinsischen Frequenzen innerhalb der Struktur und denen des umgebenden Untergrunds“, erklären die Forschenden. Konkret bedeutet dies: Je ähnlicher sich die natürlichen Vibrationen von Bauwerk und Untergrund sind, desto leichter kann ein Erdbeben die Resonanzfrequenz des Bauwerks treffen. Als Folge schaukeln sich die Schwingungen auf und können schwere Schäden verursachen.

Vibrationsmessungen in der Cheops-Pyramide

Wie es mit diesen Schwingungsfrequenzen bei der Cheops-Pyramide aussieht, haben die Forschenden jetzt genauer untersucht. Dafür platzierten sie hochsensible Beschleunigungsmesser und Seismometer an 37 Stellen innerhalb und außerhalb der Pyramide. Allein in der königlichen Grabkammer und dem zu ihr führenden Gang installierten sie zwölf Messgeräte, in der Königinnenkammer sieben und weitere in unterirdischen Gängen sowie in den Entlastungskammern über der Königskammer.

Die Messinstrumente zeichneten die schwachen Erschütterungen auf, die auch unabhängig von stärkeren Erdbeben auftreten – beispielsweise durch Bautätigkeiten, nahe vorbeifahrende Lkw und Autos, aber auch durch Meereswellen oder Wettereinflüsse. Aus diesen Daten ermittelte das Team die charakteristische Eigenschwingung des Untergrunds und verschiedener Pyramidenteile, aber auch, wie stark von außen einwirkende Vibrationen durch das Bauwerk verstärkt werden.

Andere Schwingungsfrequenz als der Untergrund

Die Messungen lieferten aufschlussreiche Einblicke in das Stabilitätsgeheimnis der Cheops-Pyramide. Denn sie enthüllten, dass sich die Eigenschwingungen verschiedener Teile des Bauwerks deutlich von denen des Untergrunds unterscheiden. „Der größte Teil der Messungen ergab eine fundamentale Schwingungsfrequenz zwischen2,0 und 2,6 Hertz, der Mittelwert liegt bei 2,3 Hertz“, berichten ELGabry und seine Kollegen. „Im Gegensatz dazu liegt die vorherrschende Frequenz im umgebenden Untergrund des Plateaus von Gizeh bei 0,6 Hertz.“

Nach Angaben der Forschenden liefern diese deutlich verschiedenen Eigenschwingungsfrequenzen eine zusätzliche Erklärung dafür, warum die Cheops-Pyramide selbst schwerere Erdbeben weitgehend schadlos überstanden hat. Ihre Messungen zeigten auch, dass die innere Struktur der Pyramide mechanische Belastungen besonders gleichmäßig ableitet und verteilt. Dadurch bilden bei Erdbeben keine Zonen mit besonders starkem Druck auf das Material.

Entlastungskonstruktion schützt die Königskammer zusätzlich

Die ägyptischen Baumeister nutzten zudem eine weitere Technik, um vor allem die Grabkammer des Pharaos vor Schäden zu bewahren: die Entlastungskammern. Sie werden von fünf massiven, übereinander platzierten Granitbalken gebildet, die kleine Hohlräume zwischen sich freilassen. Diese Konstruktion dient dazu, das Gewicht der auflastenden Steinmassen so umzulenken, dass die Königskammer und die zu ihr führende Große Galerie entlastet werden.

Wie sich jetzt zeigt, tragen die Entlastungskammern auch zur Widerstandsfähigkeit gegenüber Erdbeben bei. Die Messungen ergaben, dass sich Vibrationen auf Bodenniveau mit zunehmender Höhe verstärken. Auf Höhe der königlichen Grabkammer liegt der Verstärkungsfaktor zwar bei 4,0, die darüberliegenden Entlastungskammern senken ihn jedoch wieder auf den Faktor 3, wie ELGabry und sein Team ermittelten. „Dies passt zu der Annahme, dass das Design dieser Kammern dazu beiträgt, die Belastungen der Königskammer zu verringern“, erklären sie.

Quelle: Mohamed ELGabry (National Research Institute of Astronomy and Geophysics (NRIAG), Kairo) et al., Scientific Reports, 2026; doi: 10.1038/s41598-026-49962-6

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar