À peu près au même rythme que votre cœur bat, une formation rocheuse de l'Utah appelée Castleton Tower vibre doucement, chronométrer et surveiller le désert de grès. Se balançant comme un gratte-ciel, la tour de roche rouge puise dans les vibrations profondes de la terre - le vent, vagues et tremblements de terre lointains.

Une nouvelle recherche de géologues de l'Université de l'Utah détaille la vibration naturelle de la tour, mesuré avec l'aide de deux grimpeurs qualifiés. Comprendre comment vibrent cette forme de roche naturelle et d'autres, ils disent, nous aide à garder un œil (ou une oreille) sur leur santé structurelle et nous aide à comprendre comment les vibrations d'origine humaine affectent les roches apparemment inamovibles. Les résultats sont publiés dans le Bulletin de la Société sismologique d'Amérique .

« Nous considérons souvent ces reliefs grandioses et proéminents comme des éléments permanents de notre paysage, alors qu'en réalité, ils bougent et évoluent en permanence, " dit Riley Finnegan, un étudiant diplômé et co-auteur de l'article.

"Un pouvoir stoïque"

Castleton Tower est une flèche de Wingate Sandstone de près de 120 m de haut qui se dresse au-dessus de Castle Valley dans l'Utah. Première ascension en 1961, Castleton Tower est devenu une destination classique largement renommée après avoir figuré comme l'une des deux ascensions de l'Utah dans le livre de 1979 "Fifty Classic Climbs of North America". C'est l'une des plus grandes tours rocheuses autoportantes.

"La plupart des gens sont impressionnés par sa stabilité statique, dans sa nature spectaculaire et autonome perchée au bout d'une crête surplombant la vallée du château, " dit le géologue Jeff Moore, qui a dirigé l'étude. "Il a une sorte de pouvoir stoïque dans son apparence."

Moore et ses collègues étudient les vibrations des structures rocheuses, y compris les arches et les ponts, comprendre quelles forces naturelles agissent sur ces structures. Ils mesurent également la résonance des roches, ou la façon dont les structures amplifient l'énergie qui les traverse. Les sources de cette énergie peuvent être aussi locales que les rafales de vent ou la circulation sur une route voisine ou aussi éloignées que les tremblements de terre lointains et même les vagues de l'océan. "Parce que rien n'est vraiment statique, il y a toujours de l'énergie qui se propage sur toute la terre, qui sert de source de vibration constante pour la roche, " dit Finnegan.

Moore, Finnegan et l'étudiant diplômé Paul Geimer ont développé et affiné leurs méthodes de mesure des structures rocheuses tout en arpentant les arches, ponts et cheminées, qui sont de petites formations en forme de flèche - des tours à plus petite échelle. Ils utilisent des sismomètres pour mesurer le moindre mouvement en trois dimensions. Pour certaines de leurs mesures, ils ont accéléré les données sismiques à basse fréquence en un son audible, vous permettant d'écouter la voix d'un rocher.

Écoutez la tour Castleton ici.

Dans le cadre de la recherche, Geimer a mené un effort pour collecter des images 3D des structures rocheuses afin de mesurer avec précision les dimensions des roches, aidant les chercheurs à en apprendre encore plus sur ce qui fait gronder ces roches.

« Il y a quelques années à peine, il n'existait pratiquement aucune mesure de ce type, "Moore dit, « donc chaque caractéristique que nous mesurons est quelque chose de nouveau. »

"Quelque chose que nous ne pouvions pas simplement marcher jusqu'à"

Placer un sismomètre au sommet de la Castleton Tower, cependant, exigeait que quelqu'un monte au sommet pour installer et récupérer l'équipement. Heureusement, deux grimpeurs professionnels en pause saisonnière de leur emploi ont offert leurs compétences et leur équipement. "Ils étaient tous dedans." dit Moore. L'équipe de recherche a sauté sur l'occasion.

Pour obtenir les données nécessaires, les grimpeurs ont marché jusqu'à la base de la tour et ont placé un sismomètre pour servir de référence. Geimer dit que le jour de l'expérience, en mars 2018, le temps était clément et la voie d'escalade de la tour populaire était remplie d'un flot constant d'alpinistes. "Je peux imaginer que les niveaux d'anxiété et d'excitation ont augmenté lorsque l'équipe s'est éloignée de la référence et a commencé la montée vers le sommet, " Geimer dit, "sachant qu'il faudrait des heures avant de retourner en toute sécurité à la base et de vérifier une mesure réussie."

Les grimpeurs ont transporté un autre sismomètre lourd au sommet et ont effectué des mesures pendant trois heures avant de rendre les deux instruments à l'équipe de recherche. « Leurs compétences nous ont permis de mesurer quelque chose que nous ne pouvions pas simplement atteindre, " dit Finnegan.

Tout comme prévu

De leurs travaux antérieurs, l'équipe a pu prédire certaines des propriétés de la tour. Finnegan dit que les structures plus grandes comme la tour Castleton vibrent à des fréquences plus basses que les structures plus petites. "Pensez-y comme une corde de guitare, " dit-elle. " Les grosses ont des notes plus basses, et les plus minces ont des hauteurs plus élevées."

Geimer ajoute que la géométrie de la tour est relativement simple, le rendant adapté aux modèles fondamentaux qui caractérisent la façon dont il pourrait répondre aux vibrations, y compris les événements sismiques.

Analyser les données, les chercheurs ont découvert que les deux principaux modes de résonance de la tour étaient à des fréquences de 0,8 et 1,0 hertz, respectivement. Un hertz équivaut à un cycle par seconde, ces résultats signifient donc que la tour oscille naturellement une fois par seconde. Et ce petit balancement est constant, dit Geimer. "Les sources lointaines qui excitent la résonance unique de la tour Castleton sont toujours actives et transfèrent de l'énergie dans la masse rocheuse."

Un bilan géologique

Castleton Tower est la plus grande structure rocheuse que Moore, Finnegan et Geimer ont étudié. Jusque là, l'équipe recueille des mesures de base sur les mouvements des roches. Geimer utilisera les données pour voir si des mesures répétées peuvent évaluer les dommages aux structures, tandis que Finnegan étudie comment l'énergie vibratoire, à la fois de sources naturelles et humaines, peut avoir un impact sur l'intégrité structurelle de structures comme la tour Castleton. "Bien que certaines forces créées par les humains puissent sembler mineures, "Moore dit, "notre recherche porte sur les effets à long terme de ces forces sur le taux d'érosion et de dégradation structurelle au fil du temps." Jusque là, l'équipe peut dire que les modes vibrationnels de Castleton Tower se situent dans une partie calme du spectre de fréquences, relativement peu affecté par le trafic ou même de petits tremblements de terre.

"J'espère que les grimpeurs et tous ceux qui ont la chance de se tenir à l'ombre de ce géant de pierre le verront sous un nouveau jour aller de l'avant, " Geimer dit. "Comme avec le paysage désertique dans lequel il réside, Castleton Tower est dynamique et énergique, réagissant subtilement aux changements de l'environnement environnant."