研究人員實現對馬特洪峰諧振搖擺的測量和計算機類比
馬特洪峰看起來是一座不可移動的巨大山峰,數千年來一直聳立在采爾馬特附近的風景中。 現在一項研究表明,這種印象是錯誤的。 一個國際研究小組已經證明,馬特洪峰不僅不是靜態的,反而不斷地在運動,大約每兩秒鐘就輕輕地來回搖擺一次。 這種通常難以察覺的微妙振動是由地球上來自世界海洋、地震以及人類活動的地震能量所帶動的。
每個物體在受到刺激時都會以一定的頻率振動,如音叉或吉他的琴弦。 這些所謂的自然頻率主要取決於物體的幾何形狀和它的材料特性。 這種現象在橋樑、高層建築,甚至現在的山峰上也能觀察到。
Samuel Weber說:”我們想知道這種共振振動是否也能在像馬特洪峰這樣的大山上檢測到。 “他在慕尼黑工業大學(TUM)滑坡研究教授的博士後期間開展了這項研究,現在在WSL雪崩研究所SLF工作。 他強調,蘇黎世聯邦理工學院的瑞士地震局、蘇黎世聯邦理工學院的計算機工程和通信網路研究所以及猶他大學(美國)的地質災害研究小組的研究人員之間的跨學科合作對於這個專案的成功尤為重要。
為了實現這項研究,科學家們在馬特洪峰上安裝了幾個地震儀,其中一個直接安裝在海拔4470米的山頂上,另一個安裝在Solvay bivouac,一個位於東北山脊上的緊急避難所,也就是更有名的Hörnligrat。 山腳下的另一個測量站則作為參考。 Jan Beutel(蘇黎世聯邦理工學院/因斯布魯克大學)和Samuel Weber過去在高山上安裝測量岩石運動的設備的豐富經驗使測量網路的部署成為可能。 這些數據被自動傳送到瑞士地震局。
地震儀以高解析度記錄了山體的所有運動,團隊可以從中得出共振的頻率和方向。 測量結果顯示,馬特洪峰大致在南北方向以0.42赫茲的頻率振蕩,而在東西方向以第二種類似的頻率振蕩(見動畫)。 反過來,通過將這些環境振動測量速度提高80倍,研究小組能夠使人耳聽到馬特洪峰的振動景觀,將共振頻率轉化為可聽音調。
山頂上被放大的振動
與馬特洪峰腳下的參考站相比,在山頂測得的運動強度最高達14倍。 對於研究小組的大多數數據來說,這些運動都很小,通常在納米到微米的範圍內。 地面運動隨高度的增加可以解釋為山頂自由移動而山腳是固定的,相當於一棵在風中搖擺的樹。 馬特洪峰上的這種地面運動放大也可以在地震時測量到,研究小組指出這種放大可能對發生強烈地震時的斜坡穩定性有重要影響。 發起馬特洪峰研究的猶他大學的Jeff Moore解釋說。 “經歷了放大的地面運動的山體區域,在受到強震搖晃時,可能更容易發生滑坡、落石和岩石破壞”。
這種振動並不是馬特洪峰特有的,研究小組指出,許多山脈都會以類似的方式進行振動。 作為研究的一部分,瑞士地震局的研究人員在Grosse Mythen進行了一個補充實驗。 這座位於瑞士中部的山峰與馬特洪峰的形狀相似,但明顯較小。 正如預期的那樣,Grosse Mythen的振動頻率比馬特洪峰高四倍左右,因為較小的物體通常振動的頻率較高。 來自猶他大學的科學家們隨後能夠在計算機上模擬馬特洪峰和格羅斯邁騰的共振,使這些共振振動變得清晰可見。 在此之前,美國科學家主要研究了較小的物體,如猶他州拱門國家公園的岩石拱門。 “傑夫-摩爾說:”看到我們的類比方法對馬特洪峰這樣的大山也有效,而且結果得到了測量數據的證實,這令人激動。 “