摘要：黑科技/APP/游戏，「狂丸科学」可能是你见过最好玩的 今日头条号在科学史中出镜很多的比萨斜塔最近爆出新闻，在改「斜」归正的路上又前进了4厘米。也就一根火柴的长度吧，值得上新闻？然而狂丸深入研究之后发现，这「4厘米」，背后的故事还真不简单。...
在科学史中出镜很多的比萨斜塔最近爆出新闻，在改「斜」归正的路上又前进了4厘米。也就一根火柴的长度吧，值得上新闻？然而狂丸深入研究之后发现，这「4厘米」，背后的故事还真不简单。
让我们从比萨斜塔的建造开始讲起。比萨钟塔从1173年开始建造，然而开工建到第三层的时候，人们发现由于地基不均匀和土质松软，钟楼已经开始往北歪了。
说歪就歪，难道建造的时候对地基土壤的勘测不是基本要求吗？事实上，那个时候人们还真没有这种意识。尤其是圆柱形的筒子建筑，这种形制更容易遇到地基失稳的问题。
而当时的比萨人民对于歪掉的建筑早已是见怪不怪了，因为比萨城里还有其他几座倾斜的塔楼：圣米歇尔德斯卡尔齐教堂的钟楼和圣尼古拉教堂的钟楼。
如此之多的烂尾楼，得归咎于比萨城那糟糕的地理位置。比萨在希腊词中意为「沼泽地」，顾名思义，它的土地十分松软，土层结构也比较复杂。
一条河流贯穿城市
比如比萨斜塔的下面就有好几层不同材质的土层，由各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间构成，而且在深约一米的地方就是地下水层。建立在这样复杂的环境上，比萨斜塔没立刻倒下来，已经很不错了......
所以，钟楼歪了怎么办？建造者们也是见招拆招。之前在建造第三层的时候，人们尝试通过对下沉侧的拱门和柱子进行增高来补偿倾斜。后来在1231年钟楼继续建造的时候，他们刻意将上层建筑往反方向倾斜。
结果一不小心用力过猛，在建造到第七层的时候，塔身已经不再是直线，而是变成了凹形——香蕉的样子大家了解一下。
而在这个过程中，比萨塔的倾斜方向也由向北变成了向南。不愧是神奇的意大利人，愣是把塔掉了个头。
这些变化让工程足足延期了近一个世纪，直到1360年斜塔才开始重新建造。最终，斜塔在1372年完工了，但无论如何努力，在往后的几个世纪里，倾斜的情况依然在恶化。顺便说一句，为了避免「刺激」到比萨斜塔，悬挂在钟室内的七口钟愣是从没有被撞响过，一直被当做摆设......
时间快进到1838年，一位好奇心过重的建筑师Alessandro della Gherardesca为了研究地基的形态，把比萨塔的周边挖开了。这一行为直接让整个塔的倾斜加剧了20厘米，人们不得不采取紧急维护措施——真是好奇差点害死「塔」。
不过比萨塔的灾难还没有结束，接下来跑过来祸害它的人是意大利独裁者墨索里尼。1934年，他认为这座「歪塔」丢了意大利的脸，于是决定把它给拉直。他让工程师们在地基周围打了361个洞，然后往洞里面注入了90立方米的水泥。结果，塔身倾斜更严重了。
放弃成为「建筑师」的墨索里尼
到了1990年，随着塔身变得越来越危险，意大利政府不得不关闭了比萨斜塔。负责维护工作的委员会主席Salvatore Settis宣称「如果我们没有介入，那么该塔将在2030年至2040年之间倒塌」。
为了减缓比萨斜塔的倒塌趋势，他们采取了一系列措施；第一步是用钢筋环绕在比萨斜塔一、二层的周围，用来稳定砖石结构，这可以消除一些裂缝并减少弯曲坍塌的可能性。
束腰
第二步，在塔底部铺设一道混凝土环，然后在北面堆积了600吨重的特制铅块。目的是通过向北面施加重量，改变整个塔身向南倾斜的趋势。这一招十分管用，塔身的倾斜停止了，甚至往回倒了约0.828度。
压腿
但爱美的比萨人民不干了——这一堆铅块实在不太美观了。原本关闭比萨斜塔就让当地的旅游收入减少了45%，这样一来，岂不是让当地旅游业崩溃？
维护委员会只好反复向公众保证这只是临时措施。随后他们找来10根锚杆，这些锚杆将会扎入塔身北侧的地下40多米处用来取代铅块产生的重量。
但比萨斜塔下方的地下水位过高是一个很麻烦的问题，聪明的委员会想到了一个办法——提前用液氮把整个地基冻结起来，但是，悲剧却再度发生。
因为一个简单的常识被委员会给忽略了：水冻结后体积会膨胀。所以地下水解冻后，地基下产生缝隙，塔身于是迅速下沉并倾斜。
1995年9月7日晚，塔楼向南倾斜的程度超过了前一年的总和，工程操作也被紧急停止了。
这个失败的举措让比萨从官方到民间都异常愤怒，委员会成员出门的时候遭受了西红柿的热情招呼，而其中一位美国工程师在1996年因心脏病去世——据推测是压力过大导致的。
到了1998年，让事情迎来转机的是一位英国工程师John Burland。他提出的解决方案是土壤开采——通过把斜塔北部的土壤掏掉一部分，让塔身自动回正。
力挽狂澜的英国教授John Burland
这个思路实际上是由维多利亚时代的工程师James Trubshaw，于1832年在修正Nantwich倾斜的教堂塔楼时开创的。该方案得到了委员会的一致认可，它的好处在于不用触及斜塔本身，意味着不用再往伤痕累累的比萨斜塔上添更多伤口。
这项工程于1999年开始并于2001年结束，为了避免重蹈覆辙，挖掘工作进行的十分谨慎，工程人员在宽度仅为18英尺的地方开了十几个钻孔，每天严格控制挖取的速度和土壤体积。
现场还有技术人员在对120个传感器的数据进行监控。到工程结束后，共有77吨的土壤被从北侧移除，斜塔也被扶正了近40厘米，整体恢复到了1838年的水平。
对此，委员会信心十足地宣称：比萨斜塔在未来300年内都是安全的。即便再次发生倾斜，工程师也可以采取同样的方式进行挽救。
但是，这项工程并没有真正解决斜塔的倒下的趋势。不过，Burland通过数据分析找到了斜塔向南倾斜的真正原因：在塔基下方有一个波动的水位线，每年雨季的时候，北侧的水位都会升高，从而使得塔身向南倾斜。
Burland的解决办法是，在比萨塔所在的奇迹广场北侧引入一个新的排水系统。让地基下的土地与雨水隔离开来，以减少季节性的变动。
这一历时10年的工程共花费了3000万欧元，并最终挽救了这座有800年历史的名胜古迹。后来的修复工程也基本是复制了这次的成功经验，包括之前提到的4厘米成果。
所以说，虽然小小的几厘米看起来并不起眼，却凝聚了工程师和学者们多年的努力和智慧。如果以后有机会亲自到比萨去看看这座塔，大家可以好好感受这座数百年的工程奇迹。毕竟，「烂尾200年，扶正600年」的历史，全球大概就独此一家了。
参考资料：
https://www.youtube.com/watch?v=trZgC8icFVU
https://www.telegraph.co.uk/culture/art/architecture/7907298/Solving-the-800-year-mystery-of-Pisas-Leaning-Tower.html
https://www.pbs.org/wgbh/nova/pisa/interventions2.html
https://leaningtowerpisa.com/facts/how/how-pisa-leaning-tower-was-stabilized
http://madridengineering.com/case-study-the-leaning-tower-of-pisa/
↓猛戳左下角「了解更多」，1分钱包邮送纸质书！
