物理故事三百篇（11 比萨斜塔不倒之谜）

11　比萨斜塔不倒之谜

比萨斜塔坐落在意大利古城比萨大教堂的广场上，1173年建筑师博纳诺·皮萨诺开始建造。当建到第3层时，塔身开始倾斜，博纳诺·皮萨诺只得把工程停了下来。94年后，建筑师焦旺尼·迪·西蒙内恢复建塔，他试图将倾斜的塔身调直，可是没有成功。由于迪·西蒙内死于1284年的战争中，建塔工程再度搁置。直到1350年，该塔才由建筑师托马索·皮萨诺最后完成。竣工时，因塔顶中心点已偏离垂直中心线2.1米，所以被人们称为“斜塔”。600多年来，塔身继续缓慢地向南倾斜。据自1911年以来的系统测量表明，它平均每年向南倾斜大约1毫米。如今，塔顶已南斜5.3米，斜度为5度6分。

塔身为什么倾斜？根据地下钻探的土样，已查明塔基下面地表至10米深度是混砂层，由10米至40米是含很多结合水的粘土层，再往下是含自由水的砂层。这层粘土层在建筑物的压力作用下，部分结合水就会被挤出来，跑到下面的砂层中去，造成粘土层的压缩和沉降，使塔倾斜。当下面砂层自由水被人为地抽汲而造成压力下降时，这种粘土层的压缩和沉降还会大大地加速，引起斜塔的倾斜速度加快。据测定，在从砂层中抽汲地下水的时期，斜塔的倾斜速度曾增至每年2毫米，比以前加快了约一倍。后来，人们发现了这个问题，停止抽汲砂层中的地下水，斜塔的倾斜速度才恢复原来的数值。这座塔为什么向南倾斜？据比萨大学一位老教授的解释说，可能是太阳的影响。因为意大利是在北半球，南面的大理石受日照强，热胀冷缩产生的力对下面的土层起着不间断的冲击作用，所以向南倾斜。另外，斜塔是在比萨城北部，原来城内蒙林取地下水的位置在它南面，南部地面沉降也可能造成塔身加速南倾。

眼下，塔顶中心点偏离垂直中心线已近5米。不过，按照目前的倾斜速度，比萨斜塔在未来的200年内还不会倒塌。这是因为从它的重心引下的竖直线并没有越出它的底面的缘故。