Интересные факты о строительстве: древние технологии. Пирамида Хеопса.

Пирамида Хеопса (араб. هرم خوفو), или Великая пирамида Гизы - крупнейшая из египетских пирамид, памятник архитектурного искусства Древнего Египта; единственное из «Семи чудес света», сохранившееся до наших дней, и самое древнее из них: её возраст оценивается примерно в 4500 лет.

Изображения с сайта ru.wikipedia.org.

Пирамида расположена на плато Гиза в окрестностях Каира, египетской столицы, и дельты Нила, на его левом берегу; самая северная из трёх больших пирамид плато, носящих имена трёх фараонов Древнего царства из четвёртой династии, предполагаемых заказчиков строительства, - Хеопса (Хуфу), Хефрена (Хафры) и Микерина (Менкауры). Три пирамиды со сторонами, точно ориентированными по четырём сторонам света, были сооружены в окрестностях городов Мемфиса (столицы Древнего царства) и Гелиополя за тысячелетия до основания Каира.

Пирамида Хеопса -- одноярусная пирамида с гладкими сторонами и квадратным основанием, облицовка с которой была снята при султане Баркуке в 1395 году, а вершина представляет платформу в 10-ть метров длины и ширины. С первоначальной высотой почти 147 метров, на протяжении более трёх тысячелетий (до возведения собора в Линкольне, Англия, около 1300 года) пирамида была самой высокой постройкой на Земле. С 1979 года, как и многие другие пирамиды комплекса «Мемфис и его некрополи - район пирамид от Гизы до Дахшура», является частью Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Архитектором Великой пирамиды считается Хемиун, визирь и племянник Хеопса. Он также носил титул «Управляющий всеми стройками фараона». Предполагается, что строительство, продолжавшееся 20 лет (время правления Хеопса), закончилось около 2540 года до н. э.

Статистические данные о пирамиде Хеопса:

• высота (в настоящее время): ≈ 137 м;
• высота (изначально): 146,6 м;
• угол наклона боковой грани (в настоящее время): 51°50′;
• длина бокового ребра (изначально): 230,33 м или ≈ 440 королевских локтей (мера изм. Древнего Египта);
• длина бокового ребра (в настоящее время): ≈ 225 м;
• длина сторон основания пирамиды: юг - 230,45 м; север - 230,25 м; запад - 230,36 м; восток - 230,39 м;
• площадь основания (изначально): ≈ 53 000 м² (5,3 га);
• площадь боковой поверхности пирамиды (изначально): ≈ 85 500 м²;
• периметр основания: 922 м;
• общий объём пирамиды без вычета полостей внутри пирамиды (изначально): ≈ 2,58 млн м³;
• общий объём пирамиды за вычетом всех известных полостей (изначально): 2,50 млн м³;
• средний объём известняковых блоков: 1,147 м³;
• средняя масса известняковых блоков: 2,5 т;
• самый тяжёлый гранитный блок: около 35 т; расположен над входом в «Камеру царя»;

• количество блоков усреднённого объёма не превышает 1,65 млн (2,50 млн м³ − 0,6 млн м³ скального основания внутри пирамиды = 1,8 млн м³/1,147 м³ = 1,65 млн блоков указанного объёма физически может поместиться в пирамиде, без учёта объёма раствора в межблочных швах); отнесение к 20-летнему сроку строительства × 300 рабочих дней в году × 10 рабочих часов в день × 60 минут в часе приводит к скорости укладки (и доставки к месту строительства) - около блока в 2 минуты;
  
  
• по подсчётам, общая масса пирамиды (изначально) - около 6,7 млн т (исходя из объёма пирамиды 2,5 млн м³ и плотности известняка 2,7 т/м³); более тщательные подсчёты массы дают 5,5 млн т известняка, 8 тыс. т гранита и 0,5 млн т строительного раствора (гипс с известью);
  
  
• основание пирамиды покоится на природном скальном возвышении высотой в центре около 12-14 м, которое занимает, по последним данным, минимум 23 % от первоначального объёма пирамиды;
  
  
• количество слоёв (ярусов) каменных блоков - 210 (на момент постройки), в настоящее время слоёв - 203.

Великая пирамида была построена из крупных каменных блоков (камней), которые неоднородны по размеру и форме и обработаны лишь в общих чертах. Внешние слои были скреплены раствором. Для строительства использовался в основном местный известняк с плато Гиза. Другие блоки были завезены на лодках по Нилу: белый известняк из Туры для облицовки и блоки гранита из Асуана весом до 80 т для конструкции «Царской палаты».

Внутри пирамиды Хеопса находятся три известные камеры. Самая нижняя была вырублена в скальной породе, на которой была построена пирамида, но осталась незавершённой. Так называемые Камера царицы и Камера царя, в которых находится гранитный саркофаг, находятся над землёй, внутри пирамиды. Множество различных научных и альтернативных гипотез пытаются объяснить точные методы строительства, но, как и в случае с другими подобными сооружениями, единого мнения нет. В данной статье мы расскажем лишь о самых распространенных в научной среде гипотезах.

Большинство блоков были добыты в Гизе, к югу от пирамиды, на территории, которая сейчас известна как Центральное поле. Это особый тип нуммулитового известняка (светло-жёлтого и серого цветов), состоящего из окаменелостей доисторических моллюсков, чьи маленькие диски до сих пор можно увидеть на некоторых блоках пирамиды при ближайшем рассмотрении.

Карьер у пирамиды Хеопса:

Изображения с сайта ru.wikipedia.org.

Белый известняк, использованный для облицовки, перевозили на лодке через Нил из карьеров Тура на плато Восточная пустыня, примерно в 10-ти километров к юго-востоку от плато Гиза. В 2013 году были обнаружены свитки папируса под названием «Дневник Мерера», написанные начальником по доставке известняка из Туры в Гизу на 27-м году правления Хуфу.

Изображения с сайта ru.wikipedia.org.

Гранитные камни для пирамиды были привезены из Асуана, расположенного более чем в 900 километрах к югу. Самые большие из них, весом от 25 до 80 тонн, образуют потолок «Царской камеры» и «разгрузочных камер» над ней. Древние египтяне вырезали из камня грубые блоки, выбивая канавки на поверхности натурального камня, вставляя деревянные клинья, а затем смачивая их водой. По мере впитывания воды клинья расширялись, отламывая пригодные для работы куски. После того как блоки были «вырезаны», их перевозили на лодке по Нилу к пирамиде и использовали теперь уже высохший рукав реки, чтобы доставить блоки ближе к месту строительства.

Древние греки считали, что использовался рабский труд, но современные открытия, сделанные в близлежащих рабочих лагерях, связанных со строительством в Гизе, позволяют предположить, что она была построена тысячами добровольных, в большинстве своем квалифицированных рабочих, которые получали зарплату.

Что касается вопроса о том, как более двух миллионов блоков могли быть вырезаны при жизни Хуфу, то каменщик Франк Бургос провёл археологический эксперимент на основе заброшенного карьера Хуфу, обнаруженного в 2017 году. В нём были найдены почти готовый блок и инструменты, которыми его вырезали: закалённые медно-мышьяковые долота, деревянные молотки, верёвки и каменные инструменты. В ходе эксперимента были использованы их копии для распиливания блока весом около 2,5 тонн (средний размер блока, использовавшегося при строительстве Великой пирамиды). Четырём рабочим потребовалось 4 дня (каждый работал по 6 часов в день), чтобы распилить его. Изначально медленные темпы работы ускорились в шесть раз, когда камень смочили водой. Основываясь на этих данных, Бургос делает вывод, что около 3500 рабочих в каменоломнях могли бы производить 250 блоков в день, необходимых для завершения строительства Великой пирамиды за 27 лет.

Исследование в области управления строительством, проведённое в 1999 году совместно с Марком Леннером и другими египтологами, показало, что для реализации всего проекта в среднем требовалось около 13 200 человек, а в пиковые периоды - примерно 40 000 рабочих.

Светло-жёлтый и серый известняк добывался на Ливийском плато, неподалёку от строящихся пирамид. Сложнее обстояло дело с доставкой камня издалека. Белый облицовочный известняк добывали на противоположном берегу Нила. Базальт - около оазиса Фаюм. Гранит привозили из Асуана, за тысячу километров от Гизы. Диорит добывался в районе Тушка, в сотнях километров от Асуана. Соответственно различались и способы транспортировки.

В 2013 году, при раскопках на объекте Вали-Эль-Джарф на побережье Красного моря, группа французских и египетских исследователей обнаружила архив папирусов, относящийся ко времени конца царствования Хеопса, самый старый из когда-либо найденных в Египте (так называемые папирусы Красного моря). Большинство документов представляет собой счета на доставлявшуюся работникам провизию и журналы регистрации их деятельности. Два документа являются посуточным описанием действий, выполнявшихся бригадой (филой) из 40 рабочих под руководством человека по имени Мерер, вероятно, автора этих документов, в течение 3-5 месяцев (видимо, с июля по ноябрь последнего года правления Хеопса). В текстах раскрывается техника перевозки известняковых блоков из каменоломни Тура к пирамиде Хеопса, находящейся ниже по Нилу в 12 км от Туры. Команда использовала парусную деревянную лодку и перемещала на них несколько десятков блоков за один рейс через систему каналов от Нила почти до самой пирамиды; оценочно одна команда перевозила около 1000 блоков за сезон (в течение ежегодного разлива Нила), делая один полный рейс с погрузкой, разгрузкой и ночёвками в среднем за 5 дней. Папирусы подтверждают, что камень из Туры и Асуана доставлялся к пирамидам Гизы по воде, через соединявшееся с Нилом искусственное озеро к пристани, открытой в последние годы археологами под руководством Марка Лерера.

В то же время, огромные карьеры менее качественного, чернового известняка Гизы, равно как и места строительства пирамид в Гизе, расположены на возвышении относительно Нила, следов обводнённых каналов между ними нет; в других местах, например, в Саккаре, река удалена от этих объектов ещё дальше.

В 2022 году группа археологов под руководством Кристофа Моранжа собрала образцы осадочных речных пород в разных точках древней поймы Нила для изучения изменения его судоходности в окрестностях Гизы. Расчеты показали, что 6-5,5 тыс. лет назад уровень воды был высоким, однако после появления первых династий фараонов он начал быстро снижаться, что привело к обмелению боковых протоков Нила, а позже и к их исчезновению. По мнению Моранжа, выбор места для строительства был обусловлен соседством с близким и удобным для навигации протоком Нила.

Одной из наиболее сложных задач строителей была необходимость перемещения тяжёлых камней. Известна фреска времён XII династии в некрополе Дейр-эль-Берше, на которой изображены 172 человека, тянущих на санях-волокушах алебастровую статую номарха XV нома Джехутихотепа II. Песок по пути следования работник поливает водой, отчего скольжение облегчается. Экспериментальным путём нидерландские физики из Амстердамского университета подтвердили данную теорию в 2014 году.

Прорисовка фрески Джехутихотепа II с изображением метода передвижения колосса:

Изображения с сайта ru.wikipedia.org.

Оценивая её вес в 60 тонн, Дэнис Стокс экстраполировал: чтобы привести в движение блок весом 16,3 т, с условием использования смазки было бы достаточно 45, а для веса 2750 кг - 8 рабочих. Поэтому, наиболее распространённым способом было перемещение груза на санях-волокушах. Салазки (сани) являлись наиболее распространённым средством передвижения тяжестей и применялись ещё в Древнем царстве (иероглиф, обозначающий салазки, встречается в Текстах пирамид - ).

Для доставки камней известняка с Ливийского плато к месту строительства пирамид времени III-VIII династий большие камни подкатывали, подкладывая под них каменные катки-цилиндры диаметром 10-20 см и длиной до 80 см. По мере продвижения их подбирали и вновь подкладывали спереди. У подножия пирамиды Джосера найдено много каменных шаров диаметром 12-19 см, иногда до 40 см, которые применялись в качестве катков. Меньшие тяжести, например каменный саркофаг, перекатывали с помощью шаров диаметром до 6 см. Подставив груз на катки, один человек мог передвинуть саркофаг весом в несколько тонн. Чтобы шары-катки могли выдержать большую нагрузку, их делали из твёрдых пород камня (долерита).

К такому приёму прибегали при перемещении крупных блоков на небольшое расстояние. Катки-шары и катки-цилиндры можно было применять только на твёрдой гладкой площадке. Древние египтяне подводили грунтовые и каменные дороги к карьерам и строительным площадкам. В Амарне, городе на мягком песке пустыни, для того, чтобы ролики, на которых перекатывали грузы, не тонули в песке, строители устроили мощёную дорогу шириной 3 метра. Недалеко от одной из пирамид Гизы сохранились остатки каменной дороги, ведущей к известняковому карьеру. Сложнее обстояло дело с доставкой камня издалека.

Египтяне также знали способ перекатывания по двум параллельным желобам, заполненным шарами, по мощёным кирпичом дорогам. Остатки выложенных кирпичом дорог найдены возле каменоломен и некоторых пирамид. Однако широкого применения такой способ транспортировки, по-видимому, не имел.

На стене гробницы Рехмира и в папирусе Анастаси I изображена рампа, наклонная плоскость, по которой камень тащили на салазках, помогая себе рычагами. В настоящее время известны остатки нескольких таких рамп. Малочисленность остатков рамп объясняется тем, что по окончании построек их разбирали. При раскопках Медумской пирамиды в 1929-1930 годах были найдены остатки наклонной плоскости. Остатки насыпи у пирамиды Медума нашёл Борхардт в 1926 году. В Лиште, к северу от пирамиды Аменемхета I, была расчищена часть насыпи, по-видимому сделанной при сооружении этой пирамиды.

Существует отдельная проблема, связанная с завершением строительства верхней части пирамид, где традиционно устанавливался пирамидион (пирамидион - греческое название камня пирамидальной формы, который древние египтяне устанавливали на вершине египетской пирамиды или обелиска). Пипамидон пирамиды Хеолпса не сохранился, но он мог весить более 10 тонн, и камень таких размеров и сложной формы надо было доставить на высоту порядка 140 метров, где не оставалось ничего кроме гладких боковых граней пирамиды и небольшого посадочного места под сам пирамидион. Это была трудная и очень опасная задача.

В настоящее время наиболее реальной моделью, предложенной египтологами, является возведение лесов в виде «шалаша», внутри которых сам пирамидион подвешивался на канате. Закручиванием каната можно было немного приподнять камень и подставив под него подставку, ослабить канат и поднять леса чуть выше. Не исключено, что пирамидион, таким образом, находился на строительной площадке (слоях) пирамиды бо́льшую часть времени её возведения, вплоть до самого конца строительства, поднимаясь все выше и выше. Тем самым являясь, как бы, контрольным репером всего строительства. Начиная строительство пирамиды с углов, в центре возводили и поднимали пирамидион, подливая под него песок с водой на высоту ряда укладки. Снаружи песчаную подушку обкладывали блоками, не пропускающими воду, и устраивали коробчатые пустоты жесткости, которые тоже заливали песком с водой, которая сама уходила по каналам, а уровень и пирамидион постепенно поднимались выше.

В первой половине 1980-х годов, в результате исследования методом микрогравиметрии, в Пирамиде Хеопса были выявлены скрытые пустоты, имеющие явную спиральную структуру. В 2005 году Жан-Пьер Уден и Боб Браер выдвинули предположение об использовании внутреннего пандуса при строительстве Большой пирамиды и провели компьютерное моделирование, на основе чего был снят документальный фильм «Разгадка тайны пирамиды Хеопса» (в 2008 году). Впоследствии теория спирального пандуса получила широкое признание. К недостаткам этой теории относят то, что она не даёт четкого ответа на вопрос о том, как строились остальные пирамиды Гизы; в частности, Пирамида Микерина имеет очень глубокие вертикальные повреждения кладки, и если бы внутри неё были пандусы (даже заложенные позднее), они были бы давно известны.

Ещё одна проблема возникает в связи с раствором, используемым для заполнения пустот между камнями, так как для этого требовалось немалое количество гипса. Связующий материал хоть и не играет основной роли для стабилизации постройки, он всё же был необходим в качестве смазки для облегчения перемещения тяжёлых блоков. Причина предпочтения, оказанного гипсу, несмотря на обилие извести в Египте и более удобное расположение её месторождений, кроется в дефиците топлива. Известь требует гораздо более высокой температуры для обжига и, следовательно, больше топлива. Лишь после появления в Египте греков и римлян, привыкших к извести в Европе, где влажный климат делает гипс бесполезным для наружных работ, египтяне также перешли к обжигу извести.

Процесс производства строительного гипса требует дегидратации исходного сырья, для чего, в свою очередь, нужно топливо – древесина. Исходя из этого Дэвид Кох, проводивший исследования по программе радиоуглеродного обследования пирамид, высказал предположение, что для постройки пирамид в Гизе Египту пришлось бы свести все свои леса до последней щепки. Гигантские каменные пирамиды Древнего царства могут знаменовать собой значительное потребление древесного покрова Египта. Радиоуглеродный проект Дэвида Х. Коха «Пирамиды» заставляет нас задуматься об экологии лесов, процессах формирования местности, древней промышленности и её воздействии на окружающую среду.

Сам фундамент постройки по горизонту выравнивали, вероятно, путём заполнения водой вырытых вокруг основания траншей (как предполагают Марк Леннер и Йорверт Эдвардс), либо же с помощью обычного квадратного уровня и опытных разметчиков.