Wetenschap
Over de top van de 2592 meter hoge Hochvogel in de Allgäu-regio in Duitsland, een gevaarlijke scheur gaapt en groeit. De zuidkant van de berg dreigt af te glijden in de Oostenrijkse Hornbach-vallei, vrijgeven tot 260, 000 kubieke meter kalksteenpuin - overeenkomend met ~260 eengezinswoningen. Krediet:TU München
De hele top van de 2592 meter hoge Hochvogel wordt doorsneden door een vijf meter brede en dertig meter lange breuk. Het blijft tot een halve centimeter per maand opengaan. Door de jaren heen, de zuidkant van de berg is al enkele meters gezakt; en op een gegeven moment gaat het mis vrijgeven tot 260, 000 kubieke meter kalksteenafval in de Hornbach-vallei in Oostenrijk. Een dergelijk volume zou ongeveer overeenkomen met 260 eengezinswoningen. Wanneer dit zal gebeuren, is met conventionele methoden moeilijk te voorspellen. Onderzoekers van het Helmholtz Center Potsdam - Duits onderzoekscentrum voor Geowetenschappen en de Technische Universiteit van München hebben deze vraag benaderd door seismische sensoren. De apparaten registreren de subtiele trilling van de top:vergelijkbaar met een vioolsnaar die min of meer wordt getrokken, verandert de toonhoogte van de top als deze wordt benadrukt, een effect dat een uniek inzicht geeft in de voorbereidingsfase van een aanstaande rotsdia. Dus, ook moet een tijdige waarschuwing mogelijk worden - zelfs als menselijke woningen niet direct op deze locatie worden bedreigd. De studie is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Processen en landvormen op het aardoppervlak .
Falen van rotshellingen vormen het landschap
Grote mislukkingen van rotshellingen gebeuren keer op keer. Ze spelen een centrale rol in de langetermijnevolutie van landschappen. En ze zijn van fundamenteel belang bij ruimtelijke ordening en gevarenaspecten. Echter, omdat ze plotseling optreden en vervolgens met hoge snelheid doorgaan, dergelijke massabewegingen zijn moeilijk te bestuderen. In het algemeen, het is duidelijk dat mechanische belasting of temperatuurschommelingen spanningen opbouwen in het gesteente, die vervolgens vrijkomt in processen van desintegratie:scheuren ontwikkelen zich op verschillende ruimtelijke schalen. Op een gegeven moment, de structuur is onstabiel genoeg geworden om uiteindelijk uit elkaar te vallen. Hoewel de faalfase al goed is bestudeerd, er zijn nog steeds aanzienlijke kennislacunes met betrekking tot hun voorlopers op de langere termijn. Een reden is dat de installatie van permanente meetapparatuur in het hooggebergte moeilijk en kostbaar is. De andere reden is dat langetermijnmonitoring tot nu toe vaak is uitgevoerd met behulp van teledetectiegegevens of sensoren die alleen puntgegevens verzamelen. Geen van deze benaderingen is in staat geweest om de processen in een gesteentevolume met voldoende temporele en ruimtelijke details vast te leggen, continu en in een grotere ruimtelijke context.
Om te begrijpen wanneer en waarom de instabiele rotsmassa bij de Hochvogel mobiel wordt, in 2018 hadden onderzoekers rond Michael Dietze van de GFZ een netwerk van zes seismometers ingezet op de top, elk op een afstand van dertig tot veertig meter van elkaar. Voor meerdere maanden, de sensoren hebben de frequentie geregistreerd waarmee de berg heen en weer zwaait. De trillingen worden veroorzaakt door wind en talrijke kleine excitaties van het aardoppervlak, en de frequentie van de top wordt bepaald door factoren zoals temperatuur, steenspanning en materiële verzwakking.
Rond de 5 meter brede en 30 meter lange scheur, de onderzoekers onder leiding van Michael Dietze van de GFZ hebben een netwerk van zes seismometers geïnstalleerd, die ze gebruiken om de bergtop af te luisteren als deze breekt. Credit:TU München
Nieuwe monitoringmethode met seismometers
Tijdens de zomer van 2018, de onderzoekers konden een terugkerend zaagtandachtig frequentiepatroon meten:over een periode van vijf tot zeven dagen, het steeg herhaaldelijk van 26 naar 29 Hertz, om binnen minder dan twee dagen terug te vallen naar de oorspronkelijke waarde. De toename in frequentie wordt veroorzaakt door een toename van de spanning in de rotsmassa. Naarmate de frequentie daalt, de sensoren registreerden ook een verhoogde snelheid van kraaksignalen, zoals bekend is wanneer steen uit elkaar wordt gescheurd. Deze cyclische toename en afname van stress door schokkerige bewegingen wordt ook stick slip-beweging genoemd. Het is een typische voorloper van grote massabewegingen. Doorslaggevend hierbij is dat hoe dichterbij dit evenement komt, hoe korter de waargenomen cycli worden, waardoor ze een belangrijke gevarenindicator zijn.
"Met behulp van de seismische benadering, we kunnen nu voor het eerst voelen, dit cyclische fenomeen continu en bijna realtime registreren en verwerken, " zegt Michael Dietze, postdoctoraal onderzoeker bij de sectie Geomorfologie van het GFZ. Hij werkt samen met collega's van de Technische Universiteit van München in het AlpSenseBench-project, die zich richt op instrumentatie van verdere Alpenpieken om de evolutie van progressieve rotsinstabiliteit te bestuderen.
Dietze schat dat de nieuwe seismische benadering nog niet zo heel veel is als een routinetoepassing:"We hebben momenteel de proof of concept laten zien, bij wijze van spreken, en nu moeten de resultaten elders worden herhaald." Vanuit technisch oogpunt, dat moet niet al te moeilijk zijn, Dietze gelooft. En met de toegenomen activiteit op de vele andere toppen in de Alpen, er zijn ook tal van toepassingsgebieden.
De onderzoekers zien een kenmerkend zaagtandpatroon in de frequentie van de berg (top):deze stijgt met de spanning in de rots en daalt na dagen weer. In het proces, seismische signalen worden geregistreerd (onder), die ontstaan wanneer steen openbarst. Als de cycli korter worden, een massale breuk nadert. Dit is ook een gevarenindicator. Krediet:Dietze/GFZ
Vooruitzichten:rol van water en ijs in de kloven
Tijdens hun metingen, die - met onderbrekingen door blikseminslagen - zich uitstrekte van juli tot oktober, de onderzoekers deden nog een interessante ontdekking:terwijl de zaagtandachtige opbouw en afgifte van stress duidelijk zichtbaar was in de eerste paar maanden na het smelten van de sneeuw, het verdween in de nazomer van het droogtejaar 2018. Blijkbaar de top kwam tijdens de zomer tekort aan een essentieel smeermiddel:water. Dan, alleen een dagelijkse op en neergaande trillingsfrequentie van de top speelde een rol:tijdens de koude nachtelijke uren trekt de rots samen, scheuren worden groter en de verbinding met het vaste gesteente wordt minder strikt, resulterend in een afnemende trillingsfrequentie. Beurtelings, de hitte van de zon laat de rotsmassa uitzetten, het sluiten van kleine scheurtjes en zo een stijging van de trillingsfrequentie veroorzaken.
Over een periode van nog eens twee jaar, de onderzoekers zullen nu onderzoeken hoe deze dagelijkse en langere periodecycli op elkaar inwerken en hoe de koude winters de diepe, met water gevulde spleten die de Hochvogel doorsnijden. Dit omvat het onderzoeken van de gevolgen van rotsmassa-activiteit op de top voor de op het zuiden gerichte helling door een groter seismisch netwerk dat zich uitstrekt naar het Hornbachtal. Nederzettingen in die vallei zullen niet worden bedreigd door massale verspilling langs de hellingen, maar de toegang van de piek vanuit dit gebied is al jaren geleden afgesloten vanwege een dreigend risico op steenslag.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com