Мониторинг дрожания — и потенциального обрушения — природных каменных арок

Ученые, отслеживающие вибрации природных каменных арок, обнаружили, что их резонансные частоты динамически меняются изо дня в день. Это исследование было представлено на Ежегодном собрании Сейсмологического общества Америки (SSA) в 2018 году.

Докторант Университета Юты Пол Геймер и его коллеги анализируют эти изменения частоты, чтобы определить, можно ли использовать их для прогнозирования готовности природной арки к обрушению. Мотивацией послужило неожиданное падение арки Уолл-Арч в Национальном парке Арчес в 2008 году, а также запрос от Службы национальных парков и коренных американских племен, обеспокоенных будущим крупнейшей в мире арки Рейнбоу-Бридж из-за пролетающих рядом туристических вертолетов.

Мониторинг вибраций для обнаружения повреждений — хорошо зарекомендовавший себя метод в гражданском строительстве. Теперь его применяют к природным структурам, о стабильности и свойствах материала которых известно гораздо меньше. Один из ключевых объектов исследования — арка Акведук в Юте, где ученые собрали год непрерывных данных о частотах вибраций с помощью широкополосных сейсмических станций.

Исследователей удивила высокая динамичность арки и значительные сдвиги частот, особенно выраженные при экстремальных температурах — как при заморозках, так и в летнюю жару. Эти условия изменяют состояние породы, заставляя массив становиться жестче и иначе вибрировать. Хотя такие циклические изменения, вероятно, со временем ослабляют арку, ученым пока не удалось идентифицировать изменение частоты, которое указывало бы на неминуемое обрушение. Все зафиксированные вариации вызваны временными, обратимыми изменениями в породе.

Не все арки столь же динамичны, как Акведук. Геймер отметил, что измерено более десятка арок, и ключевой вопрос, над которым еще предстоит работать, — почему упругие изменения частоты не являются общими для всех арок и что отсутствие изменений означает для долгосрочной стабильности.