Las rocas sonoras , también conocidas como rocas sonoras o rocas litofónicas, son rocas que resuenan como una campana cuando se las golpea. Algunos ejemplos son las piedras musicales de Skiddaw en el Distrito de los Lagos de Inglaterra ; las piedras del parque Ringing Rocks, en Upper Black Eddy , condado de Bucks, Pensilvania ; las rocas sonoras de Kiandra, Nueva Gales del Sur ; y la cordillera Bell Rock de Australia Occidental . Las rocas sonoras se utilizan en instrumentos musicales idiófonos llamados litófonos .
Varios científicos pioneros se interesaron por el sonido de las rocas; sin embargo, ninguno fue capaz de formular una teoría creíble sobre la capacidad de las rocas para emitir sonidos o sobre la formación de los campos de rocas.
Edgar T. Wherry (1885–1982), mineralogista y botánico , se interesó en las rocas con sonido mientras enseñaba en la Universidad de Lehigh . Wherry teorizó que el sonido se debía a la textura de las rocas diabasas y que estas estaban sostenidas por otras rocas. Identificó los campos de rocas como un tipo de felsenmeer . [1]
En la 13.ª reunión anual de la Sociedad Histórica de Bucks en junio de 1900, Charles Laubach, un destacado geólogo y naturalista local , describió la geología de los umbrales de "trampa" de diabasa con referencia a sitios como Bridgeton, Stony Garden y otros. [2]
Benjamin Franklin Fackenthal (1851–1941), industrial local y fideicomisario del Franklin & Marshall College , se interesó por las rocas que resonaban. Aunque no era un geólogo profesional, Fackenthal hizo extensas observaciones en todos los campos de rocas. [3]
En 1965, el geólogo Richard Faas, del Lafayette College, llevó algunas rocas a su laboratorio para realizar pruebas. Descubrió que, cuando se golpeaban, creaban una serie de tonos a frecuencias inferiores a las que el oído humano puede percibir . Un sonido audible solo se produce porque estos tonos interactúan entre sí. Aunque los experimentos de Faas explicaron la naturaleza de los tonos, no identificaron el mecanismo físico específico de la roca que los generaba. [4]
Aunque se han identificado más de una docena de campos de rocas de diabasa en forma de anillo en el área de Pensilvania y Nueva Jersey , [5] [ cita completa requerida ] la mayoría se encuentran en propiedades privadas o han sido arrasadas por el desarrollo urbano . Hay tres sitios al norte de Filadelfia que son fácilmente accesibles al público: Ringing Rocks County Park, Stony Garden y Ringing Hill Park.
Ringing Rocks County Park es un parque del condado de Bucks en Upper Black Eddy . [6] Originalmente, la tierra fue adquirida por la familia Penn de los Lenape ( nación Delaware ) a través de la infame Compra Caminante de 1737. No está claro quién hizo la orden de compra de tierra original para el área ahora cubierta por el Ringing Rocks County Park. En el mapa de propiedades de 1850 del condado de Bucks, el propietario parece ser Tunis Lippincott; sin embargo, no hay ninguna orden de compra con ese nombre. La primera descripción publicada del campo de rocas de Bridgetown se encuentra en Davis 1876. [7] El campo de rocas de siete acres fue comprado en 1895 por Abel B. Haring, presidente del Union National Bank en Frenchtown, Nueva Jersey . Aparentemente, Haring deseaba proteger las rocas de Ringing del desarrollo, e incluso rechazó una oferta de un fabricante de bloques belgas por el derecho a extraer las piedras. [8] [9] El 22 de agosto de 1918, Haring donó el terreno que contiene el Bridgeton Boulder Field a la Sociedad Histórica del Condado de Bucks. La concesión incluía 7 acres (8,08 hectáreas) de tierra. John O. McEntee otorgó un derecho de paso para acceder al parque. [3] Más tarde, el terreno se transfirió al condado de Bucks y funcionó como un parque del condado. Las adquisiciones de tierras adicionales han aumentado el tamaño del parque a 129 acres.
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El parque Ringing Hill está ubicado a tres millas al noreste de Pottstown, Pensilvania, en el condado de Montgomery . El campo de rocas fue identificado por primera vez en 1742 cuando se abrió una carretera entre Pottstown y New Gosenhoppen ( Pennsburg ). En 1894, se constituyó la Ringing Rocks Electric Railway Company para comprar el remoto Ringing Hill para un parque de diversiones y proporcionar servicio de tranvía (de 1894 a 1932). En el momento de su creación, el parque estaba aproximadamente a 2 millas (3,2 km) de la ciudad. El parque fue comprado en 1932 por Walter J. Wolf y funcionó como parque de diversiones y pista de patinaje. El 1 de septiembre de 1957, el parque fue vendido a la Ringing Hill Fire Company. [10]
El Stony Garden, el más grande de los tres campos públicos de rocas circulares, está ubicado en la ladera noroeste de la montaña Haycock en el condado de Bucks, Pensilvania, cerca de Bucksville. El jardín es en realidad una serie de campos de rocas desconectados que se extienden por casi media milla y se formaron donde la unidad de diabasa de olivino aflora a lo largo de la base de la montaña. El sitio no está desarrollado y se puede acceder a él por un sendero para caminatas que conduce desde un área de estacionamiento de PA Game Lands en Stony Garden Road. Fue comprado por la Mancomunidad de Pensilvania alrededor de 1920 como parte de PA Game Lands Tract #157, que cubre Haycock Mountain. [11]
Los campos de rocas ondulantes eran lugares populares para las reuniones de la Sociedad Histórica local de Buckwampun. Se celebraron dos reuniones anuales en el sitio de Bridgeton (en 1893 y 1898), y una en Stony Garden (en 1890). [9] La Sociedad Histórica del Condado de Bucks también celebró una reunión en el sitio de Bridgeton en 1919, el año después de que adquirieran la propiedad. [3]
En la tercera reunión anual de la BHS en junio de 1890, un médico local, John J. Ott de Pleasant Valley , ofreció una interpretación musical utilizando rocas tomadas del campo de rocas de Stony Garden. La sugerencia para la construcción del litófono fue hecha por el historiador William J. Buck. Las rocas pesaban aproximadamente 200 libras (91 kg) cada una, y aparentemente Ott pudo cambiar su sonido picando ligeramente las rocas. Tocó varias selecciones utilizando un martillo de acero y acompañado por una banda de metales. "Los tonos claros y similares a campanas de las rocas se podían escuchar por encima de las notas de los cuernos". [3] [8] [9] Las melodías incluían "Home Sweet Home" y una composición propia titulada "Sounds from the Ringing Rocks", posiblemente una versión de la partitura para piano de 1873 del mismo nombre. [12]
Estos campos de rocas en el sureste de Pensilvania y el centro de Nueva Jersey se formaron a partir de un grupo de umbrales de diabasa en la cuenca de Newark . Los umbrales se formaron cuando el estiramiento de la corteza terrestre permitió que el magma máfico viajara desde el manto superior para inyectarse en la cuenca sedimentaria hace 200 millones de años (principios del período Jurásico ). Los fenocristales de dos minerales que se habían cristalizado en el manto superior, olivino y piroxeno , se sedimentaron rápidamente del magma y se acumularon a lo largo de la base de los umbrales. Cuando se solidificó por completo, esta capa rica en cristales formó una unidad de roca separada de 10 a 15 pies (3,0 a 4,6 m) de espesor. [13] En la época del Pleistoceno , los umbrales habían quedado expuestos a la superficie por el levantamiento y la erosión de la corteza . Durante el Pleistoceno, los afloramientos de la diabasa de olivino no quedaron enterrados por las capas glaciares ; sin embargo, estuvieron sujetos a condiciones severas de congelación o periglaciares. El ambiente periglacial provocó que los afloramientos se rompieran en extensos campos de rocas.
La unidad de olivino basal es similar a la que se encuentra en el alféizar de Palisades en Nueva Jersey y Nueva York. La unidad de diabasa de olivino es significativamente más dura, más densa y más resistente a la intemperie que las partes superiores del alféizar de diabasa.
La mayoría de los observadores no hicieron distinción entre la diabasa "normal" superior, que se encuentra en áreas extensas, y la delgada unidad de diabasa de olivino que se encuentra en la base de los umbrales y que en realidad produce los campos de rocas resonantes. Un factor principal en la confusión es la apariencia externa de las rocas. Tanto las rocas normales como las de diabasa de olivino son de color gris oscuro a negro. A menudo se requiere un examen microscópico para identificar las diferencias.
Aunque los umbrales de diabasa de la serie Newark afloran en un cinturón a lo largo de los montes Apalaches , solo una estrecha franja de afloramientos en el sureste de Pensilvania y Nueva Jersey desarrolla campos de rocas en forma de anillo. La razón probable es que estas áreas estaban en el borde sur de los glaciares del Pleistoceno y habrían estado sujetas a condiciones periglaciares extremas. Los campos de rocas periglaciares son una característica común en Pensilvania y Nueva Jersey.
Todos los campos de rocas en forma de anillo observados en el sureste de Pensilvania y Nueva Jersey son una forma de felsenmeer ( felsenmeer es un término alemán que significa "mar de rocas"). Estos campos de bloques estériles se producen en entornos periglaciares donde los afloramientos de roca resistente están expuestos con una pendiente de menos de 25°. El acuñamiento por congelación rompe la parte superior de la formación rocosa, y la ligera inclinación del campo permite que los materiales finos de la meteorización se eliminen antes de que pueda desarrollarse el suelo . A menudo, las rocas se levantan y giran por la acumulación de nieve y hielo , lo que deja una cantidad considerable de espacio vacío entre ellas. Los campos de rocas de felsenmeer se forman in situ debido a los ángulos de pendiente bajos. En situaciones en las que los ángulos de pendiente son más pronunciados que 25°, la gravedad tiende a mover las rocas cuesta abajo para formar pendientes de pedregal o talud. En los campos donde el ángulo es demasiado plano, los espacios entre las rocas se llenan de tierra y las rocas se rompen debido a la erosión.
Debido a que la unidad de diabasa de olivino es relativamente delgada, hubo un requisito adicional para la formación de los campos de rocas en forma de anillo: la unidad de diabasa de olivino tenía que estar inclinada en la misma dirección que la pendiente de la superficie del suelo. Esta situación específica de inclinación-pendiente permitió que amplias extensiones de diabasa de olivino quedaran expuestas y proporcionó suficiente material para crear los campos. En todos los campos de rocas observados, la inclinación estructural de la unidad fue de aproximadamente 8-10°, y la pendiente de la superficie del suelo fue <15° en la misma dirección. Por lo general, esto ocurrió donde la unidad de diabasa de olivino se inclinó en ángulos rectos en un drenaje poco profundo. Donde la diabasa de olivino no se inclina en la misma dirección que la superficie del suelo, generalmente hay numerosos cantos rodados incrustados en el suelo (coluvio de cantos rodados), pero no hay campos de cantos rodados.
Ha habido mucha controversia en relación con la capacidad de los cantos rodados para hacer sonar sus sonidos; por el contrario, ha habido una falta casi total de pruebas que respalden las conjeturas. Las condiciones como el tamaño y la forma de los cantos rodados y la forma en que se sostienen o apilan los cantos rodados ciertamente influyen en los sonidos que hacen los cantos rodados, pero no imparten por sí mismas la capacidad de hacer sonar sus sonidos.
Aunque el sonido suele describirse como metálico, lo más probable es que se deba a una combinación de la densidad de la roca y un alto grado de tensión interna. El sonido puede reproducirse a pequeña escala golpeando el asa de una taza de café de cerámica .
El contenido de hierro de la diabasa se identifica a menudo como la fuente de la capacidad de sonar. El análisis químico real de la diabasa de Coffman Hill [13] muestra que el contenido de hierro (como óxido férrico ) de la roca varía entre el 9% y el 12%. Aunque comparativamente alto para una roca ígnea promedio (3% es típico para el granito ), está dentro del rango normal para un basalto . Este punto sugiere que el contenido de hierro no es un factor primario en la capacidad de sonar.
Hasta ahora, sólo se ha publicado un experimento científico sobre el origen de la capacidad de sonar. En la década de 1960, un profesor de la Universidad Rutgers realizó un experimento informal en el que especímenes de rocas sonoras "vivas" y "muertas" del parque del condado de Bucks se cortaron en rodajas finas y luego se midieron los cambios de forma. [14] Las rodajas de roca se midieron con delicados extensómetros de láminas, que podían medir cambios minúsculos de tamaño. Según el profesor, las rocas muertas no mostraron ningún cambio después de ser serradas; sin embargo, las rocas vivas mostraron una expansión o "relajación" distintiva dentro de las 24 horas posteriores al corte. Esta relajación indica que la roca estaba bajo tensiones elásticas internas que se liberaron mediante el serrado mecánico de la roca. El profesor continuó haciendo la observación de que las rocas vivas se encontraban generalmente hacia el medio de los campos de rocas, donde no entraban en contacto con el suelo y la sombra de los árboles circundantes. Luego teorizó que la lenta tasa de erosión en el "microclima" seco de los campos causaba las tensiones, porque la capa exterior de las rocas se expandía debido a la conversión de piroxeno en montmorillonita (un mineral arcilloso ). Las rocas a lo largo de la periferia de los campos se erosionan demasiado rápido y se rompen antes de que puedan desarrollarse las tensiones.
Aunque se necesitan pruebas más rigurosas para verificar estos resultados, sí sugieren firmemente que la capacidad de producir vibraciones es un resultado directo de tensiones internas. Menos probable es la afirmación de que las condiciones de meteorización externas crearon las tensiones. Es muy improbable que la expansión de una fina capa alrededor del exterior de una gran roca pudiera establecer un equilibrio de fuerzas que creara las tensiones severas encontradas en las rocas de sonido. El resultado de tal situación sería que la capa exterior de las rocas se pelaría o exfoliaría, una condición que es prácticamente inexistente en cualquiera de los sitios de rocas de sonido. Además, la mayor parte de la meteorización en las rocas ocurre en las superficies superiores expuestas, no en las inferiores; por lo tanto, las tensiones no estarían equilibradas. Además, si la meteorización lenta creara las tensiones, entonces habría campos de rocas de sonido en los desiertos de todo el mundo, una condición que no ocurre.
Un punto importante que se planteó en el experimento fue la observación de que las láminas de roca se expandieron cuando se liberó la tensión. Esta distinción requiere que la roca estuviera sometida a una tensión de compresión extrema, no a una tensión como implica la teoría de la erosión lenta.
Una teoría más plausible es que las tensiones elásticas permanecieron en la roca cuando se formaron los campos de rocas, y la lenta tasa de meteorización evita que las tensiones se disipen. Una posible fuente de las tensiones probablemente serían las tensiones de carga del momento en que la roca cristalizó. El umbral de diabasa se formó aproximadamente a 1,2-1,9 millas (2-3 km) debajo de la superficie. [15] La columna de roca suprayacente crea tensiones severas en las rocas. Los efectos de estas tensiones se pueden ver en minas profundas con una profundidad de más de una milla, donde la descompresión repentina crea estallidos de rocas . Las tensiones de carga residuales se distribuirían uniformemente por todas las rocas. Esta teoría respalda la observación de que, por lo general, menos de un tercio de las rocas en un campo determinado están "vivas". Las tensiones se alivian en las rocas que se han roto mecánicamente o que están severamente meteorizadas y, por lo tanto, ya no resuenan.
Esta teoría de la "tensión residual" implica que las rocas resonantes actúan de forma muy similar a una cuerda de guitarra . Cuando una cuerda de guitarra está flácida, no resuena , pero una cuerda pulsada proporcionará una gama de sonidos según el nivel de tensión aplicada. Del mismo modo, una roca resonante solo emitirá un ruido sordo si se la desestresa; sin embargo, las rocas resonarán a distintas frecuencias según el nivel de tensión residual.
Las rocas siguen sonando cuando se las saca de los campos de rocas. Las autoridades han desarrollado mitos para desalentar el robo de rocas de los campos. Sin embargo, en la etapa actual, la mayoría de los campos han sido vaciados de pequeños "anilladores" portátiles, y al romper rocas grandes en pedazos más pequeños se liberan las tensiones internas, lo que hace que dejen de sonar (es decir, al romper un pedazo de una roca grande que suena, solo se obtiene un trozo muerto de roca). Los "pequeños" anilladores que se encuentran hoy en día pesan más de una tonelada y habría que sacarlos de los campos de rocas utilizando equipos grandes.
A menudo, las texturas de meteorización en los cantos rodados toman la forma de canales, surcos, "baches", "grietas de lodo" y picaduras intensas. En algunos casos, las texturas son tan distintivas que algunos geólogos se refieren a ellas en términos de características de solución de roca carbonatada . [15] La inspección de los cantos rodados revela que los patrones de meteorización no se deben a ninguna variación interna en la roca, sino que se han superpuesto a las superficies. La fuente probable de estas texturas fue la meteorización química a lo largo de las superficies de las juntas cuando la roca aún estaba en su lugar y antes de que los cantos rodados se rompieran por el levantamiento de las heladas . [16] La parte blanda meteorizada de las superficies externas se descascaró una vez que los cantos rodados estuvieron expuestos al aire. Las pequeñas características en las superficies de los cantos rodados se exageraron a medida que se eliminó el material meteorizado, de modo que las fisuras adyacentes se convirtieron en canales, las abolladuras en "baches" y las superficies antiguas se picaron intensamente.
El plutón Ringing Rocks se encuentra en las montañas del suroeste de Montana, entre Butte y Whitehall , y es conocido por un gran tor de rocas en forma de anillo. El plutón es el respiradero profundo de un volcán que entró en erupción hace 76 millones de años. El plutón es un ejemplo de mezcla de magma en un conducto, específicamente entre basalto olivino y magmas graníticos. La mezcla de los magmas creó un tipo de roca híbrida que cristalizó contra la pared exterior del conducto. Después de millones de años de elevación y erosión, las delgadas paredes de la roca híbrida quedaron expuestas a la superficie. Durante la época del Pleistoceno, la congelación periglacial destrozó las altas paredes para formar un tor sustancial.
El plutón Ringing Rocks está ubicado en el flanco suroeste de Dry Mountain en el condado de Jefferson , a 15 millas al sureste de Butte en T.2 N., R.5 W., secciones 4 y 9. La sección 4 está incluida en el Bosque Nacional Deerlodge, y la sección 9 está bajo la jurisdicción de la Oficina de Administración de Tierras de los EE. UU. Un tor distintivo está marcado en el cuadrángulo de 7½' de Dry Mountain del Servicio Geológico de los EE. UU. El NW¼ de la Sección 9, que incluye el tor, fue establecido como el Área de Recreación Ringing Rocks por el USBLM en 1964. El acceso es por un camino de grava que conduce 3 millas al norte de la salida de Pipestone de la I-90.
El plutón Ringing Rocks es un complejo de anillos intrusivos de pequeña escala con un alto grado de simetría . La geometría general es cilíndrica, con un diámetro promedio de un kilómetro. El plutón consta de dos unidades principales: un núcleo interno de unidades félsicas que contienen cuarzo con un diámetro de 600 metros y una unidad máfica externa compuesta de capas concéntricas coaxiales. En la vista del mapa, el complejo tiene una configuración de ojo de buey. La zona exterior del plutón consta de dos tipos de rocas híbridas máficas alternadas. En el análisis químico, las rocas son casi idénticas; sin embargo, los minerales de la etapa temprana, olivino y piroxeno, se conservaron en una y no en la otra, lo que le da a las rocas propiedades de meteorización marcadamente diferentes. La roca que retuvo los cristales de olivino y piroxeno (OPM) es extremadamente resistente a la meteorización y es el material que forma los tor. La roca alterada (AM), por el contrario, es muy débil y se descompone fácilmente en un suelo grueso. El núcleo félsico interno es una monzonita de cuarzo de grano medio que gradualmente se transforma en granito en el centro. La unidad de transición entre la zona máfica y las unidades del núcleo félsico está completamente oscurecida y está representada por distintivas cunetas bajas. Una serie de diques radiales perforaron las unidades máficas, comenzando en la zona félsica y terminando en el borde exterior de la intrusión. Los diques tienen generalmente de 2 a 4 metros de ancho donde están en contacto con la unidad félsica. La composición es muy variable, pero en su mayor parte está compuesta de monzonita leucocrática de grano fino a medio . Los diques se vuelven más estrechos a medida que se extienden hacia el borde exterior y generalmente se estrechan a menos de 0,5 m de ancho.
Hay numerosas texturas en la unidad híbrida OPM que indican que la roca se enfrió rápidamente durante la cristalización.
En la mayoría de las unidades de OPM se pueden observar cristales de ortoclasa criptopertética de hasta 1 cm de longitud en muestras tomadas a mano. Los cristales de criptopertita suelen mostrar destellos de color azul intenso, aunque se pueden ver destellos blancos y amarillos en rocas más cercanas a los contactos. Los destellos se deben a reflexiones internas labradorescentes , a veces llamadas efecto piedra lunar. En los primeros informes [17] [18], este mineral se identificó erróneamente como labradorita. Las texturas de criptopertita se forman cuando la ortoclasa (un mineral de feldespato que contiene cationes potasio y sodio) se enfría muy rápidamente. El sodio tiene un radio iónico mucho mayor que el potasio , por lo que durante el evento de enfriamiento, los iones de sodio salen de la estructura cristalina. Estos iones de sodio forman diminutas lentes orientadas de albita (feldespato de silicato de sodio) que son demasiado pequeñas para ser vistas incluso con un microscopio. Son los reflejos de estas láminas de albita los que producen el destello.
La apatita se presenta en forma de agujas alargadas. Muchas de las agujas encierran inclusiones estrechas de fluido, lo que da a los cristales la apariencia de estar "huecos".
Se identificaron cristales de circón en estructuras esqueléticas.
El plutón Ringing Rocks es uno de los varios complejos de ventilación bimodal que se encuentran dentro de un cinturón de 20 km al este del plutón principal Butte. La datación radiométrica y las relaciones transversales ubican la mayoría de estas intrusiones como volcánicas posteriores a las montañas Elkhorn y anteriores al plutón Butte. Se pueden encontrar intrusiones similares en el plutón Rader Creek.
El montón de rocas sueltas en el extremo sur del plutón que contiene las rocas en anillo se llama tor. La razón por la que se desarrolló el tor es que las unidades OPM son extremadamente resistentes a la intemperie y, por el contrario, las unidades AM y ABM adyacentes son muy débiles. A medida que el drenaje de Dry Creek comenzó a erosionar la esquina noroeste del plutón, las unidades AM y ABM más blandas se eliminaron rápidamente, dejando paredes delgadas verticales de unidades OPM que se alzaban muy por encima del paisaje circundante. La intensa congelación y descongelación durante el período periglacial del Pleistoceno destrozó lentamente las paredes, de forma muy similar a la rotura de un vidrio templado. Los restos de las paredes de OPM son el material que formó el tor. En el extremo norte del plutón, la orientación de las unidades OPM formaba un ángulo agudo con respecto al drenaje de Dry Creek, de modo que el tor no se desarrolló muy bien allí. Sin embargo, en el extremo sur, el afloramiento de OPM estaba casi en ángulo recto con respecto al drenaje, lo que produjo un tor prominente.
Aunque las rocas proceden de diferentes entornos geológicos, las rocas de anillamiento de Montana comparten características significativas con las rocas de anillamiento de diabasa de Pensilvania. Estas características incluyen estar compuestas por tipos de rocas ígneas máficas con altos porcentajes de fenocristales de olivino y piroxeno, tener las rocas individuales aisladas de la erosión severa por la formación de campos de rocas bien drenados y tener sonidos y erosión superficial similares.
El contenido de hierro de la monzonita de piroxeno olivino (como óxido ferroso ) es del 7% de toda la roca. [17] [18] Al igual que en las rocas de anillamiento de diabasa de Pensilvania, este punto sugiere que el contenido de hierro no es un factor primario en la capacidad de anillamiento.
A pesar del amplio interés público en la capacidad de las rocas para emitir sonidos, no se han realizado estudios científicos reales para identificar la fuente del fenómeno.
Los cantos rodados de monzonita de piroxeno olivino desarrollan patrones de erosión superficial extraños, similares a las texturas observadas en las rocas de diabasa de Pensilvania. Estas texturas incluyen canales, surcos y "baches".
La cordillera Bell Rock es una gran intrusión ultramáfica de gabro - peridotita en el bloque Musgrave de Australia Occidental , cerca de Warburton , a 40 kilómetros (25 millas) al sur de la comunidad Wingellina en las tierras de Ngaanyatjarra . [19] Está compuesta por rocas intrusivas masivas y muy endurecidas y forma una prominente cadena de montañas y colinas de 15 kilómetros (9,3 millas) de largo. La cordillera Bell Rock es también el sitio de una mina de oro exploratoria . [19]
