Met ongeveer hetzelfde tempo als je hart klopt, een rotsformatie in Utah genaamd Castleton Tower trilt zachtjes, de tijd bijhouden en waken over de zandsteenwoestijn. Zwaaiend als een wolkenkrabber, de rode rotstoren maakt gebruik van de diepe trillingen in de aarde - wind, golven en verre aardbevingen.

Nieuw onderzoek van geologen van de Universiteit van Utah geeft details over de natuurlijke vibratie van de toren, gemeten met de hulp van twee ervaren bergbeklimmers. Begrijpen hoe deze en andere natuurlijke rotsvormen trillen, ze zeggen, helpt ons een oog (of oor) te houden op hun structurele gezondheid en helpt ons te begrijpen hoe door de mens gemaakte trillingen schijnbaar onbeweeglijke rotsen beïnvloeden. De resultaten worden gepubliceerd in de Bulletin van de Seismologische Vereniging van Amerika .

"We beschouwen zulke grootse en prominente landvormen vaak als permanente kenmerken van ons landschap, wanneer in werkelijkheid, ze zijn continu in beweging en evoluerend, " zegt Riley Finnegan, een afgestudeerde student en co-auteur op het papier.

"Een stoïcijnse kracht"

Castleton Tower is een torenspits van Wingate Sandstone van bijna 120 meter hoog die boven Utah's Castle Valley uitsteekt. Voor het eerst beklommen in 1961, Castleton Tower werd een alom bekende klassieke bestemming nadat hij verscheen als een van de twee beklimmingen in Utah in het boek 'Fifty Classic Climbs of North America' uit 1979. Het is een van de grootste vrijstaande rotstorens.

"De meeste mensen hebben ontzag voor de statische stabiliteit, in zijn dramatische vrijstaande natuur gelegen aan het einde van een heuvelrug met uitzicht op Castle Valley, " zegt geoloog Jeff Moore, die de studie leidde. "Het heeft een soort stoïcijnse kracht in zijn uiterlijk."

Moore en zijn collega's bestuderen de trillingen van rotsstructuren, inclusief bogen en bruggen, om te begrijpen welke natuurlijke krachten op deze structuren inwerken. Ze meten ook de resonantie van de rotsen, of de manier waarop de structuren de energie versterken die er doorheen gaat. Bronnen van deze energie kunnen zo lokaal zijn als windstoten of verkeer op een nabijgelegen weg of zo ver weg als aardbevingen in de verte en zelfs oceaangolven. "Omdat niets echt statisch is, er is altijd energie die zich over de aarde voortplant, die dient als een constante trillingsbron voor het gesteente, ' zegt Finnegan.

Moor, Finnegan en afgestudeerde student Paul Geimer hebben hun methoden voor het meten van rotsstructuren ontwikkeld en verfijnd terwijl ze bogen hebben onderzocht, bruggen en hoodoos, dat zijn kleine torenspitsachtige formaties - torens op kleinere schaal. Ze gebruiken seismometers om zelfs de kleinste beweging in drie dimensies te meten. Voor sommige van hun metingen, ze hebben de laagfrequente seismische gegevens versneld tot hoorbaar geluid, zodat u naar de stem van een rots kunt luisteren.

Luister hier naar Castleton Tower.

Als onderdeel van het onderzoek, Geimer heeft een poging gedaan om 3D-beelden van de rotsstructuren te verzamelen om de afmetingen van de rotsen nauwkeurig te meten - waardoor de onderzoekers nog meer leren over wat deze rotsen doet rommelen.

"Sinds een paar jaar geleden waren er bijna geen metingen van dit soort, "Moor zegt, "Dus elke functie die we meten is iets nieuws."

"Iets waar we niet zomaar naar toe konden lopen"

Het plaatsen van een seismometer op de top van Castleton Tower, echter, vereist dat iemand naar de top klimt om de apparatuur te installeren en op te halen. Gelukkig, twee professionele klimmers met een seizoenspauze van hun werk boden hun vaardigheden en uitrusting aan. "Ze waren allemaal binnen." zegt Moor. Het onderzoeksteam greep de kans.

Om de benodigde gegevens te krijgen, de klimmers trokken naar de voet van de toren en plaatsten een seismometer om als referentie te dienen. Geimer zegt dat op de dag van het experiment, in maart 2018, het weer was goed en de klimroute naar de populaire toren was gevuld met een constante stroom klimmers. "Ik kan me voorstellen dat zowel de angst als de opwinding een hoogtepunt bereikten toen het team wegliep van de referentie en begon aan de klim naar de top. "Geimer zegt, "wetend dat het uren zou duren voordat we veilig naar de basis zouden terugkeren en een succesvolle meting zouden verifiëren."

De klimmers droegen nog een zware seismometer naar de top en voerden drie uur lang metingen uit voordat ze beide instrumenten teruggaven aan het onderzoeksteam. "Hun vaardigheden gaven ons de mogelijkheid om iets te meten waar we niet zomaar naar toe konden lopen, ' zegt Finnegan.

Net zoals voorspeld

Uit hun eerdere werk het team was in staat om enkele eigenschappen van de toren te voorspellen. Finnegan zegt dat grotere structuren zoals Castleton Tower bij lagere frequenties trillen dan kleinere structuren. "Zie het als een gitaarsnaar, "zegt ze. "De dikke hebben een lagere toon, en de dunne hebben een hogere toonhoogte."

Geimer voegt eraan toe dat de geometrie van de toren relatief eenvoudig is, waardoor het geschikt is voor fundamentele modellen die karakteriseren hoe het zou kunnen reageren op trillingen, inclusief seismische gebeurtenissen.

Analyseren van de gegevens, de onderzoekers ontdekten dat de twee primaire resonantiemodi van de toren frequenties van 0,8 en 1,0 hertz hadden, respectievelijk. Eén hertz is gelijk aan één cyclus per seconde, dus deze resultaten betekenen dat de toren van nature eenmaal per seconde rondzwaait. En die kleine zwaai is constant, zegt Geimer. "De verre bronnen die de unieke resonantie van Castleton Tower opwekken, zijn altijd actief en brengen energie over naar de rotsmassa."

Een geologische checkup

Castleton Tower is de grootste rotsstructuur die Moore, Finnegan en Geimer hebben gestudeerd. Tot dusver, het team verzamelt nulmetingen over de bewegingen van de rotsen. Geimer zal de gegevens gebruiken om te zien of herhaalde metingen schade aan de constructies kunnen beoordelen, terwijl Finnegan bestudeert hoe trillingsenergie, zowel uit natuurlijke als menselijke bronnen, kan de structurele integriteit van constructies zoals Castleton Tower beïnvloeden. "Hoewel sommige krachten die mensen creëren misschien klein lijken, "Moor zegt, "Ons onderzoek richt zich op de langetermijneffecten van deze krachten op de snelheid van erosie en structurele degradatie in de loop van de tijd." Tot dusver, het team kan zien dat de trillingsmodi van Castleton Tower in een rustig deel van het frequentiespectrum zitten, relatief onaangetast door verkeer of zelfs kleine aardbevingen.

"Ik hoop dat klimmers en iedereen die het geluk heeft om in de schaduw van deze stenen reus te staan, het in een nieuw licht zullen zien vooruitgaan, " zegt Geimer. "Net als bij het woestijnlandschap waarin het zich bevindt, Castleton Tower is dynamisch en energiek, subtiel reageren op veranderingen in de omgeving."