Wissenschaftler entdecken, dass Berge schwanken wie Wolkenkratzer!
Berge können sich nicht bewegen - das dachten wir zumindest. Tatsächlich schwanken große Berge ständig, fast wie Bäume im Wind, nur in einem viel kleineren Maßstab, sagen Wissenschaftler, die winzige Bewegungen des Matterhorns untersucht haben.
Jedes Objekt schwingt mit einer natürlichen Frequenz, die von der Geometrie des Objekts und seinen Materialeigenschaften abhängt. Und genau wie hohe Gebäude und Brücken schwingen auch Berge, angeregt durch seismische Energie, die von den Weltmeeren, Erdbeben und anthropogenen Aktivitäten ausgeht.
Diese Schwingungen sind zwar sehr subtil - für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar -, aber ein internationales Forscherteam hat diese Resonanzschwingungen gemessen und ihre Bewegung mit Hilfe von Computersimulationen sichtbar gemacht.
Auf dem Matterhorn in den Alpen wurden zwei seismische Messstationen installiert - eine auf dem Gipfel, 4.470 m ü. NN., und eine weitere in einer Notunterkunft am Hörnligrat, 4.004 m ü. NN. Eine dritte Station am Fuß des Alpenbergs diente als Referenz, wobei die Daten aller drei Stationen automatisch an den Schweizerischen Erdbebendienst der ETH Zürich übermittelt wurden.
Die Seismometer zeichneten alle Bewegungen des Berges mit hoher Auflösung auf, so dass die Forscher die Frequenz und Richtung der Resonanz bestimmen konnten. Die Daten zeigten, dass das Matterhorn in Nord-Süd-Richtung mit einer Frequenz von 0,43 Hertz schwingt und in Ost-West-Richtung mit einer ähnlichen Frequenz.
Die Forscher beschleunigten die Messungen der Umgebungsvibrationen um das 80-fache, so dass die Vibrationen des Matterhorns für das menschliche Ohr hörbar wurden.
Größere Bewegung auf dem Gipfel
Die Bewegungen des Matterhorns waren klein, im Bereich von Nanometern bis Mikrometern, wobei die Bewegungen auf dem Gipfel des Berges bis zu 14 Mal stärker waren als die an der Referenzstation am Fuß. Diese Zunahme der Bodenbewegung mit der Höhe erklärt sich aus der Tatsache, dass sich der Gipfel frei bewegt, während der Fuß fixiert ist - ein bisschen wie ein Baum, der sich im Wind wiegt.
Eine solche Verstärkung könnte bei Erdbeben gemessen werden, was bei starken seismischen Erschütterungen wichtige Auswirkungen auf die Hangstabilität haben könnte.
"Gebirgsregionen, die verstärkten Bodenbewegungen ausgesetzt sind, sind wahrscheinlich anfälliger für Erdrutsche, Felsstürze und Felsschäden, wenn sie von einem starken Erdbeben erschüttert werden", erklärt Jeff Moore von der University of Utah, der die Studie am Matterhorn initiiert hat.
Alle Berge bewegen sich
Das Matterhorn ist kein Einzelfall. Es wird erwartet, dass viele Berge in ähnlicher Weise vibrieren. Um dies zu bestätigen, führten Forscher des Schweizerischen Erdbebendienstes ein ergänzendes Experiment auf dem Großen Mythen durch, einem ähnlichen, aber kleineren Gipfel in der Zentralschweiz.
Der Große Mythen schwingt mit einer rund viermal höheren Frequenz als das Matterhorn, was die Wissenschaftler erwartet hatten, da er deutlich kleiner ist.
Wissenschaftler der Universität Utah haben die Resonanz des Matterhorns und der Großen Mythen mit Hilfe von Computermodellen simuliert und damit die Resonanzschwingungen sichtbar gemacht. Zuvor hatten die Wissenschaftler kleinere Objekte simuliert, wie etwa die Felsbögen im Arches-Nationalpark in den USA.
"Es war spannend zu sehen, dass unser Simulationsansatz auch für einen großen Berg wie das Matterhorn funktioniert und dass die Ergebnisse durch Messdaten bestätigt wurden", sagt Moore.