În timp ce Kathryn Vollinger se pregătea să escaladeze Castleton Tower, o formațiune de gresie înaltă de 120 de metri în deșertul de lângă Moab, Utah, ghidul de outdoor și-a evaluat echipamentul. Frânghii? Verificat. Cască și hamuri? Da. Suport de cățărare? Da. În acea zi din martie 2018, lista de verificare a lui Vollinger a inclus și un echipament neobișnuit: un seismometru. Excursia nu era doar de plăcere, ci și pentru știință.
Turnul Castleton și colegii săi pot părea nemișcați. Dar aceste structuri geologice înalte sunt în continuă mișcare, vibrând ca răspuns la cutremure, la activitatea umană și chiar la valurile îndepărtate ale oceanului. Același lucru este valabil și pentru aripioare, formațiuni stâncoase care au o formă neregulată în loc să fie cilindrice sau dreptunghiulare ca turnurile, spune geofizicianul Riley Finnegan de la Universitatea din Utah din Salt Lake City.
Seismometrele măsoară cât de mult vibrează în mod natural turnurile și aripioarele. Aceste date sunt esențiale pentru evaluarea stabilității formațiunilor și ar putea chiar ajuta cercetătorii să caute în roci posibile semne de activitate seismică în trecutul îndepărtat (SN: 3/15/06).
Astfel de informații sunt importante nu doar pentru oamenii de știință, ci și pentru nativii americani, inclusiv pentru popoarele Eastern Shoshone, Hopi, Navajo, Southern Paiute, Ute și Zuni. Multe dintre formele de relief, care se află pe terenurile tradiționale ale acestor grupuri, au o semnificație culturală și religioasă, spune Finnegan.
Echipa lui Finnegan a lucrat cu Vollinger timp de aproape cinci ani pentru a asambla primul set de date privind proprietățile fizice dinamice ale celor 14 turnuri și aripioare, pe care cercetătorii l-au publicat la 16 februarie în Seismological Research Letters. Fără alpiniști experimentați precum Vollinger la bord, proiectul nu ar fi fost posibil, spune Finnegan.
Colectarea datelor a fost o provocare imensă. Escaladarea în siguranță a celor mai dificile formațiuni necesită abilități de alpinism, forță, rezistență și o doză considerabilă de planificare. „Nu sunt dispus să îmi asum decât un anumit risc pentru a urca acele seismometre”, spune Vollinger. „Când tragi un echipament suplimentar, asta adaugă un alt element la asta.”
Vollinger și partenerul ei de cățărare, soțul Nathan Richman, au trebuit să se asigure că pereții stâncoși erau suficient de verticali pentru a evita târârea echipamentului. Trăgând ar fi „probabil că ar fi aruncat rocile libere”, spune ea. Odată ce Vollinger ajungea în vârful unei formațiuni – după între una și șase ore de cățărare – ea citea cărți sau discuta cu soțul ei în timp ce un seismometru colecta date. Apoi au tras instrumentul și celelalte echipamente înapoi în jos.
Înapoi la Universitatea din Utah, Finnegan și colegii săi au analizat datele, descoperind că cele mai mici frecvențe naturale ale structurilor – numite frecvențe fundamentale – variază între 0,8 și 15 hertzi. Cu alte cuvinte, turnurile se balansează aproximativ de una până la 15 ori pe secundă.
Echipa a folosit, de asemenea, modele computerizate pentru a studia modul în care formațiunile se îndoaie și se răsucesc la o anumită frecvență. Aceste simulări au ajutat la furnizarea unei imagini mai complete a modului în care fizica influențează comportamentul turnurilor și aripioarelor, spune Finnegan.
Mai mult, introducerea înălțimii, densității, ariei secțiunii transversale și a altor proprietăți materiale ale formațiunilor în model a prezis frecvențele fundamentale ale formațiunilor.
Constatările „ne întăresc înțelegerea dependenței de înălțime și lățime pentru [fundamental frequencies] acestor caracteristici”, spune Ramon Arrowsmith, un geolog de la Arizona State University din Tempe care nu a fost implicat în această lucrare. Finnegan și colegii săi au dovedit că „geometria este suficientă pentru a vorbi cu adevărat despre frecvențele dominante pentru comportamentul pilonilor”.
În cele din urmă, un astfel de model ar putea elimina necesitatea ca alpiniștii să desfășoare seismometre pentru a măsura frecvența. Iar dacă viitorii oameni de știință vor avea nevoie de măsurători seismice, Arrowsmith are în vedere roboți care să pună seismometre la locul lor și drone care să zboare pentru a colecta datele ulterior. Dar, deocamdată, Vollinger va continua să escaladeze aceste formațiuni pentru știință.