Хохфогель высотой 2592 метра, расположенную в Алльгойских Альпах, рассекает надвое огромная трещина, ширина которой в отдельных местах достигает 5 метров. Каждый месяц пропасть расширяется. За прошедшие годы южная сторона горы просела ещё на несколько метров, и в какой-то момент 260 тысяч кубометров известняковой породы могут соскользнуть в долину Хорнбах в Австрии.
Исследователи из Потсдамского центра им. Гельмгольца – Немецкого исследовательского центра геофизических исследований GFZ в настоящее время работают с коллегами из Технического университета Мюнхена над разработкой нового метода мониторинга, основанного на сейсмических датчиках. Приборы фиксируют собственные колебания вершины подобно более или менее натянутой струне скрипки; высота горы также изменяется в зависимости от напряжения в скале, что позволяет сделать уникальные выводы о развитии надвигающегося оползня. Таким образом, также должно быть возможно своевременное предупреждение, даже если человеческие жилища не находятся под прямой угрозой на Хохфогеле.
Разбитые скалы формируют пейзаж
Снова и снова случаются большие отрывы от каменистых склонов. Они играют главенствующую роль в развитии ландшафтов, представляя фундаментальный интерес при планировании землепользования и оценке опасностей. Однако из-за того, что они возникают внезапно, а затем развиваются с большой скоростью, такие камнепады трудно изучать.
В целом очевидно, что на крутых склонах в породе накапливается напряжение, например из-за собственного веса, механической нагрузки или колебаний температуры, которое затем разряжается в процессе разрушения: возникают трещины разных размеров. В какой-то момент материал становится настолько нестабильным, что разрушается. Хотя сами процессы изучены, у нас все еще существуют значительные пробелы в знаниях, потому что до сих пор долгосрочный мониторинг часто проводился с использованием изображений дистанционного зондирования или выборочно установленных датчиков. Ни один из этих подходов до сих пор не смог зафиксировать процессы в горных породах в достаточном объеме времени и пространстве с достаточной детализацией, непрерывно и в широком пространственном контексте.
Новый метод мониторинга с помощью сейсмометров
Чтобы выяснить причины нестабильности горных масс Хохфогель, исследователи во главе с Майклом Дитце из GFZ создали там сеть из 6 сейсмометров, каждый – на расстоянии от 30 до 40 метров. В течение трёх месяцев регистрировалась частота, с которой гора колеблется. Подобно камертону, твердая порода также приводится в движение внешними стимулами, такими как ветер и сотрясения земной коры. Его частота зависит от таких факторов, как температура, напряжение материала и степень разрушения породы.
Исследователи смогли измерить повторяющийся пилообразный ход частоты: она снова и снова возрастала в течение пяти-семи дней с 26 до 29 Гц, а затем снижалась до исходного значения. Увеличение частоты сопровождается увеличением напряжения в породе.
Это циклическое нарастание и снятие напряжения, также известное как «прерывистое движение», является типичным предвестником разрушения горных пород. Решающий фактор заключается в том, что чем ближе событие, тем короче наблюдаемые циклы.
«С помощью сейсмического подхода мы можем регистрировать и обрабатывать это циклическое явление непрерывно и почти в реальном времени», – говорит Майкл Дитце (GFZ).
Прогноз: роль воды и льда
В ходе измерений исследователи сделали еще одно интересное открытие: в то время как пилообразное нарастание и уменьшение напряжений было ясно видно в первые месяцы после таяния снега, в конце засушливого лета оно пришло к полной остановке. Судя по всему, за лето у горы закончилась необходимая смазка – вода. Тогда только взлеты и падения частот в течение дня продолжали играть роль: в холодные ночные часы скала сжимается, зазоры становятся больше и связь с твердой скалой ослабляется, так что частота падает. Под воздействием солнечного тепла скала расширяется и генерирует более высокую частоту колебаний.