211service.com
Romeinse amfitheaters gedragen zich als seismische onzichtbaarheidsmantels
Een afbeelding van het Romeinse Colosseum Lars | Unsplash
Romeinse amfitheaters behoren tot de oudste menselijke constructies op aarde. Deze structuren zijn opmerkelijk goed bewaard gebleven op verschillende plaatsen in het oude Romeinse rijk.
Dat is vooral opmerkelijk omdat een groot deel van dit gebied seismisch actief is: het ligt op de tektonische grens tussen de Euraziatische en Afrikaanse platen en heeft talloze aardbevingen meegemaakt die andere soorten gebouwen hebben vernietigd. Dus hoe deze amfitheaters 2000 jaar hebben overleefd, is een beetje een puzzel.
Vandaag krijgen we een mogelijk antwoord dankzij het werk van Stéphane Brûlé en collega's van de universiteit van Aix-Marseille in Zuid-Frankrijk. Deze jongens hebben de manier bestudeerd waarop bepaalde structuren die in de grond zijn begraven, of erop zitten, de manier kunnen wijzigen waarop seismische golven door de aarde reizen. Ze hebben met name seismische onzichtbaarheidsmantels bestudeerd die seismische golven rond specifieke regio's kunnen sturen en ze daardoor kunnen beschermen.
Hun conclusie is dat Romeinse amfitheaters dankzij hun vorm kunnen fungeren als seismische onzichtbaarheidsmantels. Dit, zeggen ze, is de reden voor hun opmerkelijke lange levensduur.
Eerst wat achtergrond. Natuurkundigen weten al lang dat bepaalde regelmatige patronen van objecten met golven kunnen interageren op een manier die hen stuurt en hun gedrag wijzigt. Een merkwaardig kenmerk van dit fenomeen is dat de objecten zelf veel kleiner zijn dan de golven zelf. Maar het gecombineerde effect van veel objecten die in een regelmatig patroon zijn gerangschikt, heeft een belangrijke invloed op de golven.
In 2006 gebruikten natuurkundigen dit idee om een patroon van metalen resonatoren te creëren die microgolven door een gebied in de ruimte sturen. Voor een externe waarnemer die met microgolfogen kijkt, verdwijnt dit gebied van de ruimte, en alles wat erin zit. In feite had het team 's werelds eerste onzichtbaarheidsmantel gebouwd.
Sindsdien hebben onderzoekers onzichtbaarheidsmantels gebouwd voor een breed scala aan verschillende golven in het elektromagnetische spectrum en daarbuiten. In 2012 suggereerden ze dat seismische onzichtbaarheidsmantels elektriciteitscentrales en dammen zouden kunnen beschermen tegen aardbevingen. Vervolgens hebben Brûlé en collega's er een gebouwd en getest.
Sindsdien hebben de onderzoekers hun onderzoek naar seismische metamaterialen voortgezet, die naar eigen zeggen verschillende vormen kunnen aannemen. De vroege experimenten hadden betrekking op ondergrondse constructies of holtes. Maar recenter werk suggereert dat oppervlaktekenmerken zoals bomen en gebouwen ook seismische golven kunnen beïnvloeden.
Een idee is dat seismische golven een wolkenkrabber doen trillen. Maar deze trilling zelf stuurt golven door de grond. Dus als de twee sets golven elkaar zouden kunnen beïnvloeden of zelfs opheffen, dan zou het gebouw een belangrijke verzachtende invloed hebben op de golven.
Brûlé en collega's hebben zelfs proof-of-principle-metingen uitgevoerd op de golven die door een wolkenkrabber worden gegenereerd als gevolg van seismisch geluid. Het gebouw in kwestie is de LatinoAmericana Tower, een 282 meter hoge wolkenkrabber in Mexico-Stad die sinds de bouw in 1956 verschillende grote aardbevingen heeft doorstaan.
De onderzoekers ontwikkelden een computermodel om te bestuderen hoe wolkenkrabbers die in een cirkel zijn gerangschikt, kunnen fungeren als een onzichtbaarheidsmantel die een veilige zone in het midden creëert. De gebouwen binnen de ring van de mantel en buiten de mantel zouden zwaar worden aangetast door de seismische golf, maar de regio in het centrum (bijvoorbeeld een park) zou een veilige zone zijn waar mensen zich kunnen verzamelen en veilig blijven tijdens een aardbeving, zeggen ze .
Tijdens deze studies merkten ze een gelijkenis op tussen de cirkelvormige patronen die ze creëerden en het ontwerp van oude amfitheaters. Er zijn opvallende overeenkomsten tussen een onzichtbaarheidsmantel die is getest op verschillende soorten golven en luchtgezichten van antieke Gallo-Romeinse theaters, zeggen ze. Misschien is dit de reden waarom sommige van deze megastructuren, zoals amfitheaters, door de eeuwen heen grotendeels intact zijn gebleven.
Dat is een interessant idee dat belangrijke implicaties kan hebben voor het ontwerp van toekomstige gebouwen en de studie van oude gebouwen.
Referentie: arxiv.org/abs/1904.05323 : De rol van nanofotonica bij de geboorte van seismische megastructuren