I ungefär samma takt som ditt hjärta slår, en klippformation i Utah som heter Castleton Tower vibrerar försiktigt, hålla tid och hålla vakt över sandstensöknen. svajar som en skyskrapa, det röda bergstornet slår in i de djupa vibrationerna i jorden - vind, vågor och avlägsna jordbävningar.

Ny forskning från University of Utah geologer beskriver tornets naturliga vibrationer, mätt med hjälp av två skickliga bergsklättrare. Att förstå hur denna och andra naturliga stenformer vibrerar, de säger, hjälper oss att hålla ett öga (eller öra) på deras strukturella hälsa och hjälper oss att förstå hur mänskliga vibrationer påverkar till synes orörliga stenar. Resultaten publiceras i Bulletin från Seismological Society of America .

"Vi ser ofta sådana storslagna och framträdande landformer som permanenta drag i vårt landskap, när i verkligheten, de rör sig kontinuerligt och utvecklas, säger Riley Finnegan, en doktorand och medförfattare på tidningen.

"En stoisk kraft"

Castleton Tower är en spira av Wingate Sandstone nästan 400 fot (120 m) hög som står över Utahs Castle Valley. Klättrade första gången 1961, Castleton Tower blev en mycket känd klassisk destination efter att ha framträtt som en av två Utah -stigningar i boken "Fifty Classic Climbs of North America" ​​från 1979. Det är ett av de största fristående bergstornen.

"De flesta människor är förundrade över dess statiska stabilitet, i sin dramatiska fristående natur som ligger i slutet av en ås med utsikt över Castle Valley, "säger geologen Jeff Moore, som ledde studien. "Den har en slags stoisk kraft i sitt utseende."

Moore och hans kollegor studerar vibrationer i bergstrukturer, inklusive bågar och broar, att förstå vilka naturkrafter som verkar på dessa strukturer. De mäter också stenarnas resonans, eller hur strukturerna förstärker energin som passerar genom dem. Källor till denna energi kan vara så lokala som vindbyar eller trafik på en närliggande väg eller så långt borta som jordbävningar och till och med havsvågor. "Eftersom ingenting är riktigt statiskt, det sprider sig alltid energi över hela jorden, som fungerar som en konstant vibrationskälla för berget, Säger Finnegan.

Moore, Finnegan och doktoranden Paul Geimer har utvecklat och förfinat sina metoder för att mäta bergstrukturer när de har undersökt valv, broar och hoodoos, som är små spirliknande formationer-torn i mindre skala. De använder seismometrar för att mäta även den minsta rörelse i tre dimensioner. För några av deras mätningar, de har påskyndat lågfrekventa seismiska data till hörbart ljud-så att du kan lyssna på rösten från en sten.

Hör Castleton Tower här.

Som en del av forskningen, Geimer har lett ett försök att samla in 3D-bilder av bergstrukturerna för att exakt mäta stenarnas dimensioner-hjälpa forskarna att lära sig ännu mer om vad som får dessa stenar att mullra.

"För bara några år sedan fanns det nästan inga mätningar av det slag som existerade, "Moore säger, "så varje funktion vi mäter är något nytt."

"Något vi inte bara kunde gå fram till"

Placera en seismometer högst upp på Castleton Tower, dock, krävs att någon stiger upp till toppen för att installera och hämta utrustningen. Lyckligtvis, två professionella klättrare på ett säsongsuppehåll från sin anställning erbjöd sina kunskaper och utrustning. "De var alla med." Säger Moore. Forskargruppen slog till.

För att få nödvändig data, klättrare vandrade till tornets bas och placerade en seismometer för att fungera som referens. Geimer säger att dagen för experimentet, i mars 2018, vädret var bra och klättervägen upp till det populära tornet fylldes av en jämn ström av klättrare. "Jag kan föreställa mig att både ångest och spänning steg när laget gick bort från referensen och började klättra till toppen, "Säger Geimer, "att veta att det skulle ta timmar innan vi återvänder säkert till basen och verifierar en lyckad mätning."

Klättrarna bar ytterligare en tung seismometer till toppen och körde mätningar i tre timmar innan de lämnade tillbaka båda instrumenten till forskargruppen. "Deras kompetens gav oss en möjlighet att mäta något vi inte bara kunde gå fram till, Säger Finnegan.

Precis som förutspått

Från deras tidigare arbete, laget kunde förutsäga några av tornets egenskaper. Finnegan säger att större strukturer som Castleton Tower vibrerar vid lägre frekvenser än mindre strukturer. "Tänk på det som en gitarrsträng, "säger hon." De tjocka har lägre platser, och de tunna har högre tonhöjder."

Geimer tillägger att tornets geometri är relativt enkel, gör den lämplig för grundläggande modeller som kännetecknar hur den kan reagera på vibrationer, inklusive seismiska händelser.

Analysera data, forskarna fann att tornets två primära resonanslägen låg vid frekvenser på 0,8 och 1,0 hertz, respektive. En hertz är lika med en cykel per sekund, så dessa resultat innebär att tornet naturligt svajar runt en gång per sekund. Och den lilla svängningen är konstant, säger Geimer. "De avlägsna källorna som väcker den unika resonansen i Castleton Tower är alltid aktiva och överför energi till bergmassan."

En geologisk kontroll

Castleton Tower är den största stenstrukturen som Moore, Finnegan och Geimer har studerat. Än så länge, laget samlar baslinjemätningar om stenarnas rörelser. Geimer kommer att använda data för att se om upprepade mätningar kan bedöma skador på strukturerna, medan Finnegan studerar hur vibrationsenergi, både från naturliga och mänskliga källor, kan påverka den strukturella integriteten hos strukturer som Castleton Tower. "Även om vissa krafter människor skapar kan verka mindre, "Moore säger, "Vår forskning tar upp de långsiktiga effekterna av dessa krafter på erosionshastigheten och strukturell degradering över tid." Än så länge, laget kan berätta att Castleton Tower vibrationslägen sitter i en lugn del av frekvensspektrumet, relativt opåverkad av trafik eller till och med små jordbävningar.

"Jag hoppas att klättrare och alla som har turen att stå i skuggan av denna stenjätte kommer att se den i ett nytt ljus gå framåt, "Säger Geimer." Precis som med ökenlandskapet där det bor, Castleton Tower är dynamiskt och energiskt, svarar subtilt på förändringar i den omgivande miljön."