Römische Amphitheater wirken wie seismische Tarnumhänge

Ein Bild des römischen Kolosseums Lars | Unsplash

Römische Amphitheater gehören zu den ältesten menschlichen Bauwerken der Erde. Diese Strukturen sind an verschiedenen Orten im antiken Römischen Reich bemerkenswert gut erhalten.

Das ist besonders bemerkenswert, weil ein Großteil dieses Territoriums seismisch aktiv ist: Es liegt an der tektonischen Grenze zwischen der eurasischen und der afrikanischen Platte und hat zahlreiche Erdbeben erlebt, die andere Arten von Gebäuden zerstört haben. Wie also diese Amphitheater 2.000 Jahre überlebt haben, ist ein Rätsel.

Heute erhalten wir dank der Arbeit von Stéphane Brûlé und Kollegen von der Universität Aix-Marseille in Südfrankreich eine mögliche Antwort. Diese Jungs haben untersucht, wie bestimmte im Boden vergrabene oder darauf sitzende Strukturen die Art und Weise verändern können, wie sich seismische Wellen durch die Erde ausbreiten. Insbesondere haben sie seismische Tarnkappen untersucht, die seismische Wellen um bestimmte Regionen lenken und diese dadurch schützen können.

Ihre Schlussfolgerung ist, dass römische Amphitheater dank ihrer Form als seismische Tarnkappen fungieren können. Dies, sagen sie, ist der Grund für ihre bemerkenswerte Langlebigkeit.

Zuerst etwas Hintergrund. Physiker wissen seit langem, dass bestimmte regelmäßige Muster von Objekten mit Wellen auf eine Weise interagieren können, die sie lenkt und ihr Verhalten verändert. Ein merkwürdiges Merkmal dieses Phänomens ist, dass die Objekte selbst viel kleiner sind als die Wellen selbst. Aber die kombinierte Wirkung vieler Objekte, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, hat einen wichtigen Einfluss auf die Wellen.

Bereits 2006 nutzten Physiker diese Idee, um ein Muster aus Metallresonatoren zu erstellen, die Mikrowellen durch eine Region des Weltraums lenken. Für einen außenstehenden Beobachter, der mit Mikrowellenaugen schaut, verschwindet dieser Raumbereich und alles darin. Tatsächlich hatte das Team den ersten Unsichtbarkeitsumhang der Welt gebaut.

Seitdem haben Forscher Tarnumhänge für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellen im elektromagnetischen Spektrum und darüber hinaus gebaut. 2012 schlugen sie vor, dass seismische Unsichtbarkeitsmäntel Kraftwerke und Dämme vor Erdbeben schützen könnten. Als nächstes bauten und testeten Brûlé und seine Kollegen tatsächlich einen .

Seitdem haben die Forscher ihre Studien zu seismischen Metamaterialien fortgesetzt, von denen sie sagen, dass sie verschiedene Formen annehmen können. Die frühen Experimente betrafen unterirdische Strukturen oder Hohlräume. Neuere Arbeiten deuten jedoch darauf hin, dass Oberflächenmerkmale wie Bäume und Gebäude auch seismische Wellen beeinflussen können.

Eine Idee ist, dass seismische Wellen einen Wolkenkratzer zum Schwingen bringen. Aber diese Vibration selbst sendet Wellen durch den Boden. Wenn also die beiden Wellensätze dazu gebracht werden könnten, sich gegenseitig zu beeinflussen oder sogar aufzuheben, dann hätte das Gebäude einen wichtigen mildernden Einfluss auf die Wellen.

Brûlé und Kollegen haben sogar Proof-of-Principle-Messungen an den Wellen durchgeführt, die von einem Wolkenkratzer als Folge von seismischem Lärm erzeugt werden. Das fragliche Gebäude ist der LatinoAmericana Tower, ein 282 Meter hoher Wolkenkratzer in Mexiko-Stadt, der seit seiner Errichtung im Jahr 1956 mehrere schwere Erdbeben überstanden hat.

Die Forscher entwickelten ein Computermodell, um zu untersuchen, wie kreisförmig angeordnete Wolkenkratzer als Tarnkappe fungieren könnten, die in ihrer Mitte eine sichere Zone schafft. Die Gebäude innerhalb des Rings des Umhangs und außerhalb des Umhangs würden von der seismischen Welle stark in Mitleidenschaft gezogen, aber die Region in der Mitte (z. B. ein Park) wäre eine sichere Zone, in der sich Menschen versammeln und während eines Erdbebens sicher bleiben könnten, sagen sie .

Im Laufe dieser Studien stellten sie eine Ähnlichkeit zwischen den von ihnen erzeugten kreisförmigen Mustern und dem Design antiker Amphitheater fest. Es gibt bemerkenswerte Ähnlichkeiten zwischen einem Tarnumhang, der für verschiedene Arten von Wellen getestet wurde, und Himmelsansichten antiker gallo-römischer Theater, heißt es. Vielleicht ist dies der Grund, warum einige dieser Megastrukturen als Amphitheater im Laufe der Jahrhunderte größtenteils intakt geblieben sind.

Das ist eine interessante Idee, die wichtige Auswirkungen auf die Gestaltung zukünftiger Gebäude und das Studium antiker Gebäude haben könnte.

Ref: arxiv.org/abs/1904.05323 : Rolle der Nanophotonik bei der Entstehung seismischer Megastrukturen

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