【倾斜的原因和趋势】
几个世纪以来,钟楼的倾斜问题始终吸引着好奇的游客、艺术家和学者,使得比萨斜塔世界闻名。
比萨斜塔为什么会倾斜,专家们曾为此争论不休。尤其是在14世纪,人们在两种论调中徘徊,比萨斜塔究竟是建造过程中无法预料和避免的地面下沉累积效应的结果,还是建筑师有意而为之。进入20世纪,随着对比萨斜塔越来越精确的测量、使用各种先进设备对地基土层进行的深入勘测,以及对历史档案的研究,一些事实逐渐浮出水面:比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑,但是在建造初期就开始偏离了正确位置。
比萨斜塔之所以会倾斜,是由于它地基下面土层的特殊性造成的。比萨斜塔下的有好几层不同材质的土层,各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成,而在深约一米的地方则是地下水层。这个结论是在对地基土层成份进行观测后得出的。最新的挖掘表明,钟楼建造在了古代的海岸边缘,因此土质在建造时便已经沙化和下沉。
根据现有的文字记载,比萨斜塔在几个世纪以来的倾斜是缓慢的,它和它地基下方的土层实际上达到了某种程度上的平衡。在建造的第一阶段第3层结束时,钟塔向北倾斜约1/4°,在第二阶段由于纠偏过度,1278年第7层完成时反而向南倾斜约0.6°,1360年建造顶层钟房时增加到1.6°。1817年,两位英国学者Cresy和Taylor用铅垂线测量倾斜,那时的结果是5°。1550年Giorgio Vasari的勘测与1817年Cresy和Taylor的勘测之间相隔267年,倾斜仅增加了5厘米。因此人们也没有对斜塔进行特意的维修。
然而1838年的一次工程导致了比萨斜塔突然加速倾斜,人们不得不采取紧急维护措施。当时建筑师Alessandro della Gherardesca在原本密封的斜塔地基周围进行了挖掘,以探究地基的形态,揭示圆柱柱础和地基台阶是否与设想的相同。这一行为使得斜塔失去了原有的平衡,地基开始开裂,最严重的是发生了地下水涌入的现象。这次工程后的勘测结果表明倾斜加剧了20厘米,而此前267年的倾斜总和不过5厘米。
1838年的工程结束以后,比萨斜塔的加速倾斜又持续了几年,然后又趋于平稳,减少到每年倾斜约1毫米。
【维修】
因为比萨斜塔的倾斜和它同时具有的美丽,从1173年建造伊始至今,它一直受到人们的关注。在建造过程中,起初人们先是采用特殊的建筑设备试图阻止倾斜的继续,其后又替换掉柱子和其他破损的部件,现在人们又在地基间插入材料,大大地减少了倾斜程度,保证塔楼能够维持更长时间而不倒塌。
进入20世纪以后,随着科学技术的发展和政府部门的投入,对比萨斜塔维护的研究工作有了进展,专家成立委员会评估任何一个可能导致倾斜加剧的危险可能性,并研发阻止继续倾斜直至逆转倾斜的方法。
由于倾斜程度过于危险,比萨斜塔曾在1990年1月7日停止向游客开放,经过12年的修缮,耗资约2500万美元,斜塔被扶正44厘米,基本达到了预期的效果。专家认为,只要不出现不可抗拒的自然因素,经过修复的比萨斜塔,300年内将不会倒塌。2001年12月15日起再次向游人开放。
【数据】
比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米,从地面到塔顶高55米,钟楼墙体在地面上的宽度是4.09米,在塔顶宽2.48米,总重约14453吨,重心在地基上方22.6米处。圆形地基面积为285平方米,对地面的平均压强为497千帕。目前的倾斜约10%,即5.5度,偏离地基外沿2.3米,顶层突出4.5米。
【文化】
伽利略的自由落体实验
传说1590年,出生在比萨城的意大利物理学家伽利略,曾在比萨斜塔上做自由落体实验,将两个重量不同的球体从相同的高度同时扔下,结果两个铅球同时落地,由此发现了自由落体定律,推翻了此前亚里士多德认为的重的物体会先到达地面,落体的速度同它的质量成正比的观点。
伽利略在比萨斜塔做自由落体实验的故事,记载在他的学生维维安尼(Vincenzo Viviani,1622年—1703年)在1654年写的《伽利略生平的历史故事》(1717年出版)一书中,但伽利略、比萨大学和同时代的其他人都没有关于这次实验的的记载。对于伽利略是否在比萨斜塔做过自由落体实验,历史上一直存在着支持和反对两种不同的看法。