Geowissenschaften: Das Matterhorn in den Alpen bewegt sich alle zwei Sekunden sanft hin und her

Das scheinbar starre Gebäude des Matterhorns – einer der höchsten Gipfel der Alpen – bewegt sich tatsächlich etwa alle zwei Sekunden hin und her.

Zu diesem Ergebnis kommen Forscher der Technischen Universität München, die die normalerweise nicht wahrnehmbaren Schwingungen des ikonischen Berges gemessen haben.

Die Bewegungen, erklärt das Team, werden durch Erdbebenenergie angetrieben, die aus den Weltmeeren, Erdbeben und menschlichen Aktivitäten stammt.

Das Matterhorn liegt an der Grenze zwischen der Schweiz und Italien und erhebt sich auf 4478 m über dem Meeresspiegel mit Blick auf die Stadt Zermatt.

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Zu diesem Ergebnis kommen Forscher der Technischen Universität München, die die normalerweise nicht wahrnehmbaren Schwingungen des ikonischen Berges gemessen haben. Auf dem Foto: Oben auf dem Matterhorn ist ein Seismometer installiert

Von der Stimmgabel bis zur Brücke schwingen alle Objekte bei Anregung mit ihrer sogenannten Eigenfrequenz, die von ihrer Geometrie und den Eigenschaften ihres Materials abhängt.

„Wir wollten wissen, ob sich solche Resonanzschwingungen auch auf einem großen Berg wie dem Matterhorn nachweisen lassen“, sagt Artikelautor und Geowissenschaftler Samuel Weber, der die Studie während seines Studiums an der Technischen Universität München durchgeführt hat.

Um das herauszufinden, installierten Dr. Weber und seine Kollegen mehrere Seismometer auf dem Matterhorn, von denen sich das höchste knapp unterhalb des Gipfels auf einer Höhe von 4470 Metern über dem Meeresspiegel befand.

Ein anderer wurde im Biwak Solvay – einer Notunterkunft auf dem Hörnligrat, dem Nordostgrat des Matterhorns aus dem Jahr 1917 – aufgestellt, während eine Messstation am Fuße des Berges als Referenz diente.

Jeder der Sensoren im Messnetz ist so konfiguriert, dass er seine Bewegungsaufzeichnungen automatisch an den Schweizerischen Erdbebendienst übermittelt.

Durch die Analyse der Messwerte des Seismometers konnten die Forscher die Frequenz und Resonanz der Bergresonanz ableiten.

Sie fanden heraus, dass das Matterhorn sowohl in Nord-Süd-Richtung mit einer Frequenz von 0,42 Hertz als auch in Ost-West-Richtung mit einer ähnlichen Frequenz schwingt.

Durch 80-fache Beschleunigung der gemessenen Schwingungen konnte das Team die Umgebungsschwingungen des Matterhorns für das menschliche Ohr hörbar machen – wie im Video unten gezeigt. (Kopfhörer werden für sehr niedrige Frequenzen empfohlen.)

Im Durchschnitt waren die Bewegungen des Matterhorns klein, in der Größenordnung von Nanometern bis Mikrometern, aber an der Spitze waren sie bis zu 14-mal stärker als die am Fuße des Berges aufgezeichneten.

Der Grund dafür sei, so erklärte das Team, dass sich der Gipfel freier bewegen kann, während der Fuß des Berges fixiert ist, ähnlich wie eine Baumspitze, die mehr im Wind schwankt.

Das Team fand auch heraus, dass die Verstärkung der Bodenbewegung höher im Matterhorn auch Erdbeben beeinflusst – eine Tatsache, die auch im Falle eines starken Erdbebens wichtige Auswirkungen auf die Hangstabilität haben kann.

„Gebiete des Berges, die verstärkte Bodenbewegungen erfahren, sind wahrscheinlich anfälliger für Erdrutsche, Steinschlag und Felsschäden, wenn sie von einem starken Erdbeben erschüttert werden“, sagte der Autor und Geologe Jeff Moore von der University of Utah.

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Ein Seismometer steht im Biwak Solvay (Foto) – einer Notunterkunft auf dem Hörnligrat, dem Nordostgrat des Matterhorns aus dem Jahr 1917

Die Bewegungen, erklärt das Team, werden durch Erdbebenenergie angetrieben, die aus den Weltmeeren, Erdbeben und menschlichen Aktivitäten stammt. Auf dem Foto: Oben auf dem Matterhorn ist ein Seismometer installiert

Vibrationen, wie sie vom Team festgestellt wurden, sind nicht nur am Matterhorn zu finden, da sich viele Gipfel auf die gleiche Weise bewegen müssen, sagte das Team.

Tatsächlich führten Forschende des Schweizerischen Erdbebendienstes im Rahmen der Studie eine ergänzende Vermessung des Zentralschweizer Gipfels Grosse Mythen durch, einem Berg ähnlich dem Matterhorn, aber deutlich kleiner.

Die Analyse zeigt, dass der Big Mythen mit einer Frequenz schwingt, die etwa viermal höher ist als die des Matterhorns, da kleinere Objekte mit höheren Frequenzen schwingen als größere Objekte.

Diese Beispiele sind eines der ersten Male, in denen das Team die Schwingungen von Objekten dieser Größe untersucht hat, da sich frühere Studien auf kleine Merkmale wie die Felsformationen im Arches-Nationalpark in Utah konzentriert haben.

„Es war spannend zu sehen, dass unser Simulationsansatz auch für einen großen Berg wie das Matterhorn funktioniert und die Ergebnisse durch Messdaten bestätigt wurden“, so Professor Moore.

Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe der Erd- und Planetenwissenschaften.

Das Matterhorn – das an der Grenze zwischen der Schweiz und Italien liegt – erhebt sich auf 4478 m über dem Meeresspiegel und überblickt die Stadt Zermatt

ERDBEBEN WERDEN VERURSACHT, WENN ZWEI TEKTONISCHE PLATTEN IN GEGENSEITIGE RICHTUNGEN GLEIBEN

Katastrophale Erdbeben werden verursacht, wenn zwei tektonische Platten, die in entgegengesetzte Richtungen gleiten, zusammenkleben und dann plötzlich rutschen.

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Tektonische Platten bestehen aus der Erdkruste und dem oberen Teil des Erdmantels.

Darunter befindet sich die Asthenosphäre: das Förderband aus heißem, zähflüssigem Gestein, über das sich tektonische Platten bewegen.

Sie bewegen sich nicht alle in die gleiche Richtung und kollidieren oft. Dadurch entsteht ein enormer Druck zwischen den beiden Platten.

Dieser Druck führt schließlich dazu, dass eine Platte unter oder über der anderen wackelt.

Dadurch wird eine enorme Energiemenge freigesetzt, die Erschütterungen erzeugt und alle nahe gelegenen Grundstücke oder Infrastrukturen zerstört.

Schwere Erdbeben treten normalerweise an Verwerfungslinien auf, an denen sich tektonische Platten treffen, aber kleinere Erschütterungen – die immer beim Richter-Verkauf registriert werden – können in der Mitte dieser Platten auftreten.

Die Erde hat fünfzehn tektonische Platten (im Bild), die zusammen die Form der Landschaft formten, die wir heute um uns herum sehen

Sie werden als Intraplatten-Erdbeben bezeichnet.

Diese bleiben weitgehend missverstanden, es wird jedoch angenommen, dass sie entlang kleinerer Verwerfungen auf der Platte selbst auftreten oder wenn alte Verwerfungen oder Risse weit unter der Oberfläche reaktivieren.

Diese Bereiche sind im Vergleich zur umgebenden Platte relativ klein und können leicht verrutschen und ein Erdbeben verursachen.

Erdbeben werden anhand der Größe oder Amplitude und Intensität der von ihnen erzeugten Stoßwellen erkannt, die als seismische Wellen bezeichnet werden.

Die Stärke eines Erdbebens unterscheidet sich von seiner Intensität.

Die Magnitude eines Erdbebens bezieht sich auf das Maß der freigesetzten Energie, die das Erdbeben verursacht.

Erdbeben entstehen unter der Erdoberfläche in einem Bereich, der als Hypozentrum bezeichnet wird.

Während eines Erdbebens bleibt ein Teil eines Seismographen stationär und ein Teil bewegt sich mit der Erdoberfläche.

Das Erdbeben wird dann durch den Positionsunterschied der stationären und beweglichen Teile des Seismographen gemessen.