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ユタ州にそびえ立つ柱状の岩、キャッスルトンタワー。砂岩層からなるこの岩の振動特性を、ユタ大学の専門家らが地震学的手法を用いて初めて詳細に測定した。

米国地震学会の学会誌に掲載された論文によると、この岩は主にふたつの共振周波数をもつという。そこから、この岩が小規模から中規模の地震によって損傷を受ける可能性は低いことが示された。

今回の測定で用いられた手法を応用すれば、ほかの天然の岩石についても、地震や風揺れなどによる振動にどれだけ影響を受けるかを探れるだろう。

なぜ自然物の共振を調べるのか？

「このように壮大で特徴のある岩は、風景の一部としていつまでも変わらずにそこにあると思われがちですが、実際には絶えず動き続け、変化し続けています。なぜなら、地球上には真の意味で静止している物体は何ひとつなく、どんなところにも常にエネルギーの波動が伝わっており、それがこの岩を常に震わせているからです」と、論文の著者のひとりであるユタ大学の大学院生、ライリー・フィネガンは言う。

研究チームは、以前にもユタ州にあるアーチ状の岩石群を調査しており、それぞれのアーチの共鳴（可聴音に変換したもの）を専用のウェブサイトで公開している。

赤い砂岩からなるそれらの巨大なアーチは、モアブ市からおよそ10マイル（約16km）のところにあるキャッスルヴァレーに点在している。これらのアーチは、突風や遠方の微震、温度変化、クルマの振動など、さまざまな要因に応じて、しなったり、揺れたり、震えたりしているのだ。

エネルギーがアーチを通るとき、周波数が合えばエネルギーは増幅される。こうした動態を把握しておくことは、地震などのかく乱に対する岩の反応を予測するためには極めて重要だ。しかし、これまで人工構造物を対象とした調査は膨大な数行なわれてきたにもかかわらず、自然物を対象とした調査はあまり行われてこなかった。

これらのアーチを調査するうえで生じる主な問題のひとつに、測定地点への到達自体が難しいという点がある。アーチの多くは（後世まで保存するために）そもそも登ることが制限されており、そうでなくても上に登って測定器を設置することは難しい。それゆえ、高さ120mのキャッスルトンタワーについて新たに得られた常時微動のデータは、非常に重要なのだ。

「この種の測定は、ほんの数年前まで存在しないも同然でした。そのため、今回測定した要素は、どれも目新しいものばかりなのです」と、論文の著者のひとりで、今回の調査を主導したユタ大学の地質学者ジェフ・ムーアは言う。

一次共振周波数におけるキャッスルトンタワーの動きを、わかりやすく誇張して可視化したもの。IMAGE BY JEFF MOORE LAB/UNIVERSITY OF UTAH

自然や人間の活動に反応する岩石

今回の調査には、経験豊富な2人のロッククライマーの協力が欠かせなかった。

調査では、地震計をキャッスルトンタワーのふもと（基準値を得るため）と頂上の2カ所に設置する。クライマーたちは地震計を持ってタワーに登り、測定ポイントに設置。地震計がデータを記録するあいだ頂上で待ち、3時間後に再び地震計を持ってタワーを降りてくるのだ。

ムーアらは以前の調査で、キャッスルトンタワーのように背の高い特徴的な形の岩が、背の低い岩よりも低い共振周波数をもつという結果を得ていた。

今回得られたデータを解析した結果、0.8Hzと1.0Hzに明確なピークが認められ、これらがこのキャッスルトンタワーのふたつの共振周波数と特定された。共振する周波数が低いため、このタワーは大規模な地震によって損傷を受けやすい。だが幸いなことに、この地域では大規模な地震は極めてまれだ。小規模な地震や交通、建設機械の振動といった環境要因がキャッスルトンタワーの共振を引き起こす可能性は低い。

それでもムーアはこう話す。「人間の活動に由来するエネルギーの影響は小さいように思えるかもしれませんが、われわれは論文のなかで、それらのエネルギーが浸食速度や構造の劣化に及ぼす長期的な影響にも触れています」

今回キャッスルトンタワーのために作成されたモデルは、高さや太さ、組成といった要素を考慮すれば、ほかの岩石の解析にも応用できるはずだ。解析ができれば、経年変化を監視するうえで役立つだろう。

「ロッククライマーにしろ観光客にしろ、この巨大な岩を間近で見られた幸運な人たちが、この岩をいままでとは違った目で見てくれるようになったらうれしいです」と、論文の共著者でユタ大学大学院の学生ポール・ジェイマーは言う。「キャッスルトンタワーは、周囲の砂漠と同じように活動的でエネルギーに満ちており、かすかにではありますが環境の変化に反応しているんです」