Árulkodóak a természetes kőhidak rezgései és alakjai
Az amerikai középnyugat sokszínű sziklavilágának leglátványosabbjai a kőívek, kőhidak, ezek viselkedését és kialakulását taglalta két új vizsgálat.
Utah állam egyik leglátogatottabb turistacélpontja az Arches Nemzeti Park, ahol a különleges sziklaformációk sokaságát lehet megcsodálni. Az Utahi Egyetem kutatói nemrégiben két külön vizsgálatot is szenteltek az oly látványos és oly sérülékeny kőhidaknak: szeizmikus mérésekkel vallatták az olyan természeti csodákat, mint a Delicate Arch, illetve a kőívek alaktani felépítéséből kiindulva végeztek erősségükre, stabilitására vonatkozó méréseket. A számos vizsgálathoz fontos volt, hogy a felmérésben részt vett alakzatokról precíz 3D számítógépes modellek is készültek, amelyeket interaktív módon megnézegethetünk mi is (lásd alább, egérrel mozgatható, forgatható, illetve nagyítható a modell). A modellek célja azonban az volt, hogy segítségükkel a mérhető vibrációkat is modellezni lehessen.
A kőhidak, kőívek sérülékenyek, hisz maguk is a sziklarétegek sérülései révén alakultak ki összetett tektonikus, üledékképződési és eróziós folyamatok sorozatának hatására. Az ívek maguk a környezet rezgéseire reagálnak, beleértve ebbe az emberi tevékenység okozta vibrációt is. Miként hatnak ezek a rezgések a sziklaképződményekre?
Az ívek rezgéseit sok tényező határozza meg: az ív mérete, alakja, anyaga, az ív és az aljkőzet közti kapcsolat, szerkezeti réteghatárok; ezek mérhető tulajdonságok. A rezgések maguk is jól mérhetőek, hordozható érzékelők kihelyezésével – e módszert választották a kutatók, hogy az ívek roncsolása nélkül lehessen vizsgálódni azok fizikai tulajdonságaiban. Az így elvégzett szeizmikus mérésekhez igen kevés eszközre van szükség, olcsón elvégezhetőek. A rezgésekből a sziklaívek kimozdulásai kiszámíthatóak, és ezzel az is, hogy mik a gyenge pontok rajtuk, s hol fogja őket tovább bontani az erózió.
Paul Geimer fiatal kutató, a vizsgálat vezetője elmondta: „Ezek a beavatkozás-mentes mérések jelentik az első lépést ahhoz, hogy kiderítsük, hol károsodhatnak ezek a kőívek s más sziklaalakzatok.” Mivel számos kőív kulturális jelentőséggel is bír, ezért különösen fontos, hogy a kőzet megbontása nélkül lehessen elvégezni a vizsgálatokat. 17 kőhidat mértek fel úgy, hogy 2-2 szeizmométert a sziklaív felületére helyeztek, egy kőhidat pedig 30, sorba rendezett szeizmométerrel vizsgáltak meg. Hasonló méréseket eddig csak ember alkotta hidakon végeztek, a mostani átfogó felmérés volt az első, amellyel természetes kőhidakról gyűjtöttek információkat. Kiderült, hogy minden egyes kőhíd hosszasan rezonál a beérkező rezgés (pl. széllökés, vagy távoli földrengés hullámai) után, s csak lassan csillapodnak le a rezonanciái. A kőzetekre vonatkozó fizikai tulajdonságokra is fény derült a mérésekből, pl. a Navahó homokkő formációba tartozó sziklák merevsége attól függ, mennyi a vastartalma a homokkőnek egy adott rétegben.
A kőhidak alaktani felmérése kapcsán is érdekes információk születtek. Kiderült például, hogy ideálisnak tekinthetőek azok a kőhidak, amelyek fordított láncgörbe alakúak, ezeken ugyanis egyenletesen oszlik el a feszültség. E kategóriába tartozik például a Rainbow Arch nevű kőív, az ilyen ívek a vastag, masszív kőzetrétegekből alakulnak ki általában, és a gravitációs feszültség a fő alakító erő. A másik típus a gerendahíd jellegű kőhidakat jelenti, ezek általában a többféle, eltérő szilárdságú szikla rétegződéséből születnek, mégpedig úgy, hogy a gyengébb kőzetrétegeket az erózió elkoptatta, s a híd egy közel egyenes kőzetréteg legfelül, ilyen pl. a Musselman Bridge Utahban. A kutatók a 3D modellek segítségével kiszámították, hogy a gravitáció hogyan hat az egyes kőívekre, s ez alapján be tudták sorolni őket a láncgörbe alakúak, vagy a gerendahíd alakúak körébe.
Bár a láncgörbe alakú ívek stabilitása jelenlegi formájukban igen jónak tekinthető, ez nem jelenti azt, hogy nem tudnak, pont a gravitáció hatására beomlani. Az is veszélyt jelenthet, ha a kőív olyan sziklarétegen áll, amely könnyebben kopik el, így pl. a Delicate Arch (nyitóképünkön) egy vékony agyagos kőzetrétegen nyugszik, míg a Rainbow Arch az alapjával együtt egyazon kőzetből áll. A kutatások abban segítenek, hogy a különböző kőhidak stabilitását, esetleges várható leomlását feltárják, mégpedig pusztán az ívek alakja alapján. A szeizmikus mérések még a sziklában terjedő repedésekről is árulkodnak, így ez is kiegészíti a természetes kőhidak állapotáról készült felméréseket. Az információk nagy segítséget nyújtanak például a természetes formákat felügyelő nemzeti parki szakemberek számára.