Вся вершина горы Хохфогель высотой 2592 метра изрезана разломом шириной пять метров и длиной тридцать метров. Он продолжает открываться на полсантиметра в месяц. За прошедшие годы южная сторона горы уже опустилась на несколько метров; и в какой-то момент он выйдет из строя, выпустив до 260 000 кубометров обломков известняка в долину Хорнбах в Австрии. Такой объем примерно соответствует 260 семейным домам. Когда это произойдет, трудно предсказать обычными методами. Исследователи Центра Гельмгольца в Потсдаме - Немецкого исследовательского центра геонаук и Мюнхенского технического университета подошли к этому вопросу с помощью сейсмических датчиков. Устройства регистрируют едва уловимую вибрацию вершины: подобно скрипичной струне, которую более или менее натягивают, высота тона вершины изменяется по мере того, как она становится напряжённой, - эффект, который позволяет получить уникальную информацию о фазе подготовки к предстоящему камнепаду. Таким образом, должно стать возможным и своевременное оповещение - даже если жилищам людей не угрожает опасность непосредственно на этом участке. Исследование недавно было опубликовано в журнале Earth Surface Processes and Landforms.
Обрушения горных склонов формируют ландшафт
Крупные обвалы каменных склонов случаются снова и снова. Они играют центральную роль в долгосрочной эволюции ландшафтов. И они представляют фундаментальный интерес в планировании землепользования и аспектах опасностей. Однако из-за того, что они возникают внезапно, а затем протекают с большой скоростью, такие массовые движения трудно изучать. В целом понятно, что механическая нагрузка или температурные колебания создают внутри породы напряжение, которое затем высвобождается в процессах разрушения: трещины развиваются в разных пространственных масштабах. В какой-то момент структура стала достаточно нестабильной, чтобы в конечном итоге разрушиться. Хотя фаза отказа уже хорошо изучена, все еще существуют значительные пробелы в знаниях об их более долгосрочных предшественниках. Одна из причин заключается в том, что установка стационарного измерительного оборудования в высокогорье сложна и дорогостояща. Другая причина заключается в том, что до сих пор долгосрочный мониторинг часто осуществлялся с использованием данных дистанционного зондирования или датчиков, которые собирают только точечные данные. Ни один из этих подходов не смог зафиксировать процессы внутри объема породы с достаточной временной и пространственной детализацией, непрерывно и в более широком пространственном контексте.
Чтобы понять, когда и почему нестабильная горная масса в Хохфогеле становится подвижной, в 2018 году исследователи под руководством Михаэля Дитце из GFZ развернули на вершине сеть из шести сейсмометров, каждый на расстоянии от тридцати до сорока метров от друг друга. В течение нескольких месяцев датчики фиксировали частоту, с которой гора качается вперед и назад. Колебания вызываются ветром и многочисленными мелкими возмущениями земной поверхности, а частота вершины определяется такими факторами, как температура, напряжение горных пород и ослабление материала.
Новый метод мониторинга с помощью сейсмометров
Летом 2018 года исследователи смогли измерить повторяющийся пилообразный частотный паттерн: в течение пяти-семи дней он неоднократно повышался с 26 до 29 герц только для того, чтобы вернуться к исходному уровню. стоимость менее чем за два дня. Увеличение частоты вызвано увеличением напряжения в массиве горных пород. По мере снижения частоты датчики также зафиксировали повышенную частоту сигналов трещин, поскольку они, как известно, происходят, когда горная порода разрывается на части. Это циклическое увеличение и уменьшение напряжения за счет рывкового движения также называется прерывистым движением. Это типичный предшественник больших массовых движений. Решающим фактором здесь является то, что чем ближе приближается это событие, тем короче становятся наблюдаемые циклы, что делает их важным индикатором опасности.
«С помощью сейсмического подхода мы впервые можем ощущать, записывать и обрабатывать это циклическое явление непрерывно и почти в режиме реального времени», - говорит Майкл Дитце, исследователь с докторской степенью в отделе геоморфологии в ГФЗ. Он сотрудничает с коллегами из Технического университета Мюнхена в проекте AlpSenseBench, который фокусируется на инструментировании других альпийских пиков для изучения эволюции нестабильности прогрессивного рока.
Дитце считает, что новый сейсмический подход все еще далек от того, чтобы стать рутинным приложением: «В настоящее время мы продемонстрировали, так сказать, доказательство концепции, и теперь результаты должны быть повторены в другом месте». С технической точки зрения это не должно быть слишком сложно, считает Дитце. А с возросшей активностью на многих других вершинах Альп также есть множество областей применения.
Взгляд: Роль воды и льда в трещинах
В ходе своих измерений, которые с перерывами из-за ударов молнии продолжались с июля по октябрь, исследователи сделали еще одно интересное открытие: первые несколько месяцев после таяния снега он исчез в конце лета засушливого 2018 года. Очевидно, летом на вершине не хватило важной смазки: воды. К тому времени сыграло роль только дневное повышение и понижение частоты вибрации вершины: в холодные ночные часы скала сжимается, трещины становятся больше, а связь с твердой скалой становится менее жесткой, что приводит к снижению частоты вибрации. В свою очередь, солнечное тепло позволяет скальной массе расширяться, закрывая небольшие трещины и тем самым вызывая повышение частоты вибрации.
В течение еще двух лет исследователи будут изучать, как взаимодействуют эти суточные и более длительные циклы и как холодные зимы повлияют на глубокие, заполненные водой расщелины, которые прорезают Хохвогель. Это включает в себя исследование последствий активности массива горных пород на вершине для склона холма, обращенного к югу, с помощью более крупной сейсмической сети, которая простирается вниз к Хорнбахталь. Поселениям в этой долине не будет угрожать массовое опустошение склонов, но доступ к вершине из этой области уже был закрыт много лет назад из-за неминуемой опасности камнепада.