science >> Wetenschap >  >> Natuur

Bergen zwaaien naar het seismische lied van de aarde

Onderzoekers installeren het referentiestation aan de voet van de Matterhorn in de Zwitserse Alpen. Jeff Moore/Universiteit van Utah

Vanuit menselijk perspectief staan ​​bergen stoïcijns en stil, enorme symbolen van stil uithoudingsvermogen en onbeweeglijkheid.

Maar nieuw onderzoek onthult dat bergen in feite de hele tijd in beweging zijn, zachtjes deinend door de seismische ritmes die door de aarde razen waarop ze rusten.

Een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Earth and Planetary Science Letters meldt dat de Matterhorn, een van de beroemdste bergen ter wereld, constant ongeveer eens per twee seconden trilt vanwege de omringende seismische energie afkomstig van aardbevingen en oceaangolven over de hele wereld .

"Het is een soort waar lied van de berg", zegt Jeffrey Moore, een geoloog aan de Universiteit van Utah en hoofdauteur van het onderzoek. "Het is gewoon zoemend met deze energie, en het is een zeer lage frequentie; we kunnen het niet voelen, we kunnen het niet horen. Het is een toon van de aarde."

Continue gegevens over omgevingstrillingen, opgenomen vanaf de top van de Matterhorn, werden 80 keer versneld om hoorbaar te worden. Credit:Jeff Moore/Universiteit van Utah
Uw browser ondersteunt de audio . niet element.

Het 'Lied van de Berg' opnemen

Elk object "wil" trillen op bepaalde frequenties, afhankelijk van zijn vorm en waaruit het is gemaakt (een eigenschap die bekend staat als resonantie). Bekende voorbeelden zijn stemvorken en wijnglazen; wanneer energie met een resonantiefrequentie het object raakt, schudt het harder. Moore en zijn collega's veronderstelden dat bergen - zoals hoge gebouwen, bruggen en andere grote constructies - ook trillen met voorspelbare resonanties op basis van hun topografische vorm.

Maar in tegenstelling tot de wereld van de civiele techniek, waar men kan testen welke frequenties resoneren door grote schudders op de constructie te plaatsen of te wachten tot er voertuigen overheen rijden, zou het onpraktisch zijn om iets zo groot als een berg op te wekken.

In plaats daarvan probeerden Moore en zijn internationale team van medewerkers de effecten van seismische activiteit in de omgeving te meten op misschien wel een van de meest extreme bergen:de Matterhorn.

Onderzoekers hebben allerlei soorten sensoren op de Matterhorn geplaatst. Hier is Jan Beutel te zien tijdens onderhoudswerkzaamheden aan het PermaSense-sensornetwerk, dat continu data streamt over de toestand van steile rotswanden, permafrost en klimaat. Permasense/Jan Beutel/ETH Zürich

Gelegen op de grens van Italië en Zwitserland in de Alpen, is de piramidevormige Matterhorn de meest gefotografeerde berg ter wereld. Het torent bijna 4.500 meter hoog uit en de vier vlakken kijken uit op de windrichtingen.

Onderzoekers vlogen met een helikopter de Matterhorn op om op de top een seismometer op zonne-energie op te zetten die ongeveer zo groot was als een "grote kop koffie". Een andere werd onder de vloer van een hut een paar honderd meter onder de top geplaatst en een derde werd als referentie aan de voet van de berg geplaatst, zegt Samuel Weber, een onderzoeker aan het WSL Institute for Snow and Avalanche Research in Zwitserland en de hoofdauteur van de studie.

De seismometers registreerden continu bewegingen en stelden het team in staat om de frequentie en richting van de resonantie te extraheren.

De bewegingen zijn klein, in de orde van nanometers bij de basislijn tot millimeters tijdens een aardbeving, zegt Moore. "Maar het is heel echt. Het gebeurt altijd."

Uit de metingen bleek dat de Matterhorn consistent oscilleert in de noord-zuid richting met een frequentie van 0,42 hertz, of iets minder dan eens per twee seconden, en in de oost-west richting met een vergelijkbare frequentie.

Door de beweging op de top van de berg te vergelijken met metingen van de referentieseismometer aan de basis, ontdekten de onderzoekers dat de top veel meer bewoog dan de basis.

"Het was nogal verrassend dat we beweging op de top hebben gemeten, die tot 14 keer sterker was dan naast de berg", zegt Weber.

De onderzoekers hebben ook metingen gedaan aan Grosser Mythen, een vergelijkbaar gevormde (zij het kleinere) Zwitserse berg, en vonden vergelijkbare resonantie.

"Ik denk gewoon dat het een slimme combinatie is van keuzes in termen van de locatie die zo iconisch is en de zorgvuldige plaatsing van instrumenten", zegt David Wald, een seismoloog bij de U.S. Geological Survey die niet bij het onderzoek betrokken was. Door een gladde berg als de Matterhorn te kiezen, werden ook de problemen van bodem en sediment weggenomen, wat een extra laag complexiteit zou hebben toegevoegd aan het meten van beweging.

Deze animatie toont een gesimuleerd mode 1 vervormingsveld (sterk overdreven) van de Matterhorn bij 0,43 Hz; de kleurenkaart toont relatieve modale verplaatsingen. Jeff Moore/Universiteit van Utah

Wat de bergen doet zoemen

De basistrillingen van bergen zoals de Matterhorn worden veroorzaakt door het gezoem van seismische energie.

"Veel hiervan komt van aardbevingen die over de hele wereld ratelen, en echt verre aardbevingen kunnen energie en lage frequenties voortplanten", zegt Moore. "Ze bellen gewoon constant de wereld rond."

Maar de gegevens wezen ook op een andere, onverwachte bron:de oceanen.

Oceaangolven die over de zeebodem bewegen, creëren een continue achtergrond van seismische oscillaties, ook wel microseism genoemd, die over de hele wereld kunnen worden gemeten, zegt Moore. Intrigerend genoeg had het microseïsme een frequentie die vergelijkbaar was met de resonantie van de Matterhorn.

"Dus het interessante was dat er ... een verband is tussen de oceanen van de wereld en de opwinding van deze berg", zegt Moore.

Het onderzoek heeft praktische toepassingen om te begrijpen hoe aardbevingen invloed kunnen hebben op steile bergen waar aardverschuivingen en lawines een constante zorg zijn.

Maar het brengt ook een nieuwe manier tot leven om de Matterhorn en alle andere bergen te waarderen die op hun eigen manier deinen op een muziek die diep onder de aarde verborgen is.

"Je komt bij een van deze landvormen met het idee dat je iets verborgens, iets nieuws en onbekends probeert vast te leggen", zegt Moore. "Het is eigenlijk heel leuk omdat je er stil van gaat zitten en op een andere manier over de berg nadenkt."

Richard Sima is een wetenschappelijk schrijver gevestigd in Baltimore, Maryland. Hij heeft een Ph.D. in neurowetenschappen van de Johns Hopkins University en een bachelordiploma in neurobiologie van Harvard College.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit Eos onder een Creative Commons-licentie. U vindt de oorspronkelijk artikel hier .