Wetenschappers die de trillingen van natuurlijke rotsbogen volgen, hebben ontdekt dat de resonantiefrequenties van bogen van dag tot dag dynamische veranderingen ondergaan, volgens onderzoek gepresenteerd op de 2018 SSA Annual Meeting.

Doctoraalstudent Paul Geimer en collega's van de Universiteit van Utah analyseren deze frequentieveranderingen om te bepalen of ze kunnen worden gebruikt om te voorspellen wanneer een natuurlijke brug op instorten staat.

Natuurlijke rotsbogen, zoals Rainbow Bridge, een van 's werelds grootste, of de duizenden die in de woestijn van Zuid-Utah liggen, trillen als wind, aardbevingen en menselijke verstoringen schudden ze op kleine manieren.

"Een van de belangrijkste drijfveren van het onderzoek was de ineenstorting van Wall Arch in 2008 in Arches National Park [in Utah], direct langs het pad, "zei Geimer. "Het gebeurde midden in een rustige nacht in de zomer zonder enige aanwijzing dat er iets stond te gebeuren."

Geimer's adviseur, geowetenschapper Jeff Moore van de Universiteit van Utah, had ook een verzoek ontvangen van de National Park Service en inheemse Amerikaanse stammen die zich zorgen maakten over de toekomst van Rainbow Bridge, waar toeristische helikopters over het nabijgelegen Lake Powell vliegen. "Ze wilden kijken of we ze meer konden vertellen over de mogelijke gevaren van helikopters, en over de trillingsniveaus die de brug mogelijk ervaart van deze door de mens gemaakte bronnen, ’ zei Geiger.

"Trillingmonitoring van door de mens gemaakte constructies om schade te detecteren en te meten is een gevestigde techniek binnen de civiele techniek, en nu kunnen we veel van dezelfde methoden toepassen op natuurlijke structuren waar we niet hetzelfde niveau van voorkennis hebben over de stabiliteit van de structuur of materiaaleigenschappen, " hij merkte.

Een focus van het werk van Geimer was Aqueduct Arch in Utah, waar de onderzoekers een jaar aan continue gegevens hebben verzameld over de trillingsfrequenties van de brug, gedetecteerd door breedband seismische stations die in de buurt van de boog zijn geplaatst. Het ongewoon lange record stelt de wetenschappers in staat frequentieveranderingen te correleren met veranderingen in de omgeving en voorspellende modellen te maken voor hoe omgevingsomstandigheden de spanningen in de rots veranderen.

"Ik ben verrast door de dynamische aard van de boog en hoeveel frequenties verschuiven, " Zei Geimer. "De elastische dagelijkse en jaarlijkse veranderingen zijn echt dramatisch geweest."

Resonantiefrequenties pieken zowel wanneer de temperatuur onder het vriespunt daalt als wanneer de omgevingstemperaturen het warmst zijn in de zomer. Geimer zei dat deze omstandigheden de schaal van de brug veranderen en ervoor zorgen dat de rotsmassa verstijft, veranderen hoe de boog trilt.

Hoewel deze veranderingen de boog in de loop van de tijd waarschijnlijk zullen verzwakken, de onderzoekers hebben nog geen frequentieverandering kunnen identificeren die zou wijzen op een dreigende ineenstorting van een boog. "We geloven niet dat we een site hebben gemeten met significant genoeg veranderingen om een ​​storing aan te geven - alle variaties die tot nu toe zijn gemeten, zijn veroorzaakt door tijdelijke, herstelbare veranderingen in de rots, ' zei Geiger.

Niet elke boog is zo dynamisch als Aquaduct, hij merkte. "We hebben meer dan een dozijn bogen gemeten, en een openstaande vraag die we nog steeds proberen te beantwoorden, is waarom elastische frequentieveranderingen niet gebruikelijk zijn in alle bogen en wat een gebrek aan verandering betekent voor stabiliteit op de lange termijn."

De jaarvergadering van 2018, gehouden van 14-17 mei in Miami, Florida, is een gezamenlijke conferentie tussen de Seismological Society of America en de Latin American and Caribbean Seismological Commission (LACSC).