Отчего «поет» знаменитая природная арка в штате Юта

Ученые выяснили, отчего и как вибрирует знаменитый Радужный мост в штате Юта. Оказалось, что конструкция «слышит» волны далекого озера и реагирует на устроенные человеком землетрясения.

Геологи из США исследовали устойчивость знаменитого Радужного моста. Оказалось, что воздействие человека раскачивает арку из песчаника едва ли не сильнее, чем порывы ветра и природная сейсмическая активность. Радужный мост считается одним из чудес природы. Он расположен в южной части штата Юта на землях племени Навахо и считается крупнейшей естественной аркой в природе.

Мост состоит из песчаника и представляет собой арку длиной 94 м, которая соединяет склоны каньона шириной 85 м. Высота природного образования достигает 88 м, что немногим выше знаменитой колокольни Ивана Великого в Москве (81 м). Ширина моста составляет 10 м. Этого было бы достаточно для размещения на нем двухполосного автомобильного шоссе. Радужный мост был открыт в 1909 году, когда несколько исследователей, вдохновившись рассказами индейцев об огромной каменной арке, отправились на ее поиски. Формой обнаруженный мост напоминал радугу, откуда и получил свое название. В 1910 году Радужный мост был объявлен национальным достоянием США.

Однако Джефри Мур, геофизик в Университете штата Юта в Солт-Лейк-Сити, заинтересовался, насколько устойчива каменная арка и какие факторы влияют на ее стабильность. Вместе с коллегами он получил разрешение местных индейских племен на проведение масштабного исследования моста. Результаты работы опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Для исследования стабильности каменной арки ученые разместили на мосту сейсмические датчики. Такое прослушивание позволило разобраться в основных движениях конструкции. «Радужный мост постоянно балансирует на грани стабильности, — поясняет Мур. — Это очень тонкая настройка, и цель исследования — попытаться понять, какие силы влияют на его устойчивость».

На основании показаний датчиков и подробных фотографий моста ученым удалось построить динамическую 3D-модель арки. Оказалось, что вес всей конструкции — примерно 110 тыс. т. Как заметил Джефри Мур, это примерно вес одного авианосца класса «Нимиц».

В ходе исследования выяснилось, что Радужный мост постоянно испытывает множество деформаций. Он скручивается, качается из стороны в сторону и вперед-назад, а также колеблется в вертикальной плоскости.

Всего ученые насчитали восемь мод колебаний каменной арки.

Мур сравнивает это с игрой на гитаре: «Когда вы дергаете струну, вы создаете основной тон и несколько обертонов. Это и будут разные моды колебаний». Обычно мост совершает колебания с небольшой амплитудой. Но более серьезное воздействие на Радужный мост оказывают внешние факторы, заставляющие весь каменный массив вибрировать на резонансных частотах.

«Нет, человек не может услышать звуки колебаний арки, — пояснил в интервью «Газете.Ru» Джефри Мур. — Даже если бы уровень звукового давления был достаточно высок (у нас нет доказательств, что такое возможно), частоты колебаний находятся сильно ниже возможностей восприятия человеческого уха».

В ходе исследования выяснилось, что ответственная за изгиб и движения вперед-назад первая мода колебаний частотой 1,1 Гц совпадает с частотой волн на озере Пауэлл на границе Юты и Аризоны.

Также мост оказался чувствителен к далеким землетрясениям. За время наблюдений исследователи зафиксировали три случая подземных толчков, два из которых были местные, но одно событие произошло в штате Оклахома на расстоянии 1600 км от арки. Оклахомское событие имело техногенную природу, возможно, оно было связано с фрекингом — процессом добычи сланцевой нефти. Авторы исследования особо подчеркивают возросшую роль антропогенных воздействий на природу. «Многое из того, что мы делаем, отражается на устойчивости Радужного моста, — поясняет Мур. — На сегодняшний день сложно точно установить, что оказывает более сильное воздействие на мост — ветер или человек».

Исследователи надеются, что изучение устойчивости Радужного моста поможет предсказать момент его обрушения. Именно эффекты, связанные с резонансом в опорных конструкциях, стали причиной разрушения Такомского моста 7 ноября 1940 года.

20 мая 2010 года было прекращено движение по Волгоградскому мосту из-за сообщения диспетчеров о сильном раскачивании конструкции.

По словам очевидцев, амплитуда колебаний составляла около 1 м. С тех пор за мостом закрепилось прозвище Танцующий. 23 сентября 2016 года обрушилась знаменитая арка пляжа Лезгира в Марокко, знакомая многим по кинофильмам и рекламным роликам.

Источник: zen.yandex.ru