Hun afkoder jordskælv fra undersøiske vulkaner (og Taylor Swift) | Quanta Magasinet

Vi tænker ofte på vulkaner som skyskraber vidundere, men disse portaler til den geologiske underverden ligger også under vandet. Desværre er ubådsvulkaner sværere at studere end deres jordbaserede søskende. Men du ville være hårdt presset for at finde nogen, der er mere fortryllet af dem - og mere stædigt fast besluttet på at studere dem - end Jackie Caplan-Auerbach.

En vulkanolog ved Western Washington University, Caplan-Auerbach, er også en seismolog, en person, der bruger jordskælvs jiggle til at forstå geofysik. Og det er bare sådan, at aktive vulkaner er vidunderlige jordskælvsproducenter; de laver så meget seismisk støj, som de kan mønstre. For Caplan-Auerbach er den støj musik i hendes videnskabelige ører - data, der kan bruges til at lære om vores planets indre funktion.

At lytte til disse vulkansange handler ikke kun om at mætte en isoleret videnskabelig nysgerrighed. Da en ubådsvulkan i det sydlige Stillehav kaldte Hunga Tonga-Hunga Ha'apai katastrofalt eksploderede i januar 2022, det frembragte en ødelæggende regional tsunami, fik atmosfæren til at tromle som overfladen af ​​en tromme og begravede Kongeriget Tongas hovedø i aske. Caplan-Auerbach og hendes kolleger håber, at de ved at studere lydsporet af sådanne voldsomme udbrud kan lære nok om fysikken bag paroxysmerne til at lette virkningerne af fremtidige vulkankatastrofer.

Quanta Magazine fanget Caplan-Auerbach for at diskutere hendes rejse ind i geofysikken, og hvordan det er at studere melodierne i disse magmatiske bjerge. Interviewet er blevet komprimeret og redigeret for klarhedens skyld.

Hvordan beskriver du det, du laver?

Jeg studerer de jordskælv, der finder sted i vulkanske systemer, som jeg beskriver som vulkanens sange. Jeg har altid elsket lyd. Og jeg har altid elsket resonans og stående bølger. Et klassisk eksempel på stående bølger er, når du tager en øl og blæser over toppen af ​​flasken, og den brummer - eller det er, når du kører fingeren på toppen af ​​dit vinglas, hvilket er mere til min sprudlende smag, og glasset synger. Alt har en brummen, der er forbundet med dets form og dets materialeegenskaber, og vulkaner er ikke anderledes. Deres ledninger har brummen.

Jeg ved ikke hvorfor, men den videnskab har altid virkelig tiltalt mig. Det var præcis det, jeg elskede, og jeg kommer til at gøre det på vulkaner.

Du har tidligere talt med Quanta, for en historie om, hvordan jordskælv inde i vulkaner kan afsløre, om smeltet sten samler sig i dybden eller bevæger sig mod overfladen, hvilket måske fører til et udbrud. Men hvordan udspionerer man undersøiske vulkaner? 

Havene er generelt svære at studere. Man kan ikke se ret langt; det er meget svært at lægge instrumenter fra sig. Det er koldt. Det er højtryk. Det er salt. Ting korroderer og imploderer.

Hvis vi vil overvåge undersøiske vulkaner, kan vi sætte instrumenter derude. Det meste af tiden taber vi instrumenter over bord, inklusive seismometre; så går vi væk, og så kommer vi tilbage, henter instrumenterne og ser, hvad der skete, mens vi var væk. Men hvis vi vil have information i realtid, er vi typisk nødt til det lægge et instrumenteret kabel ned, og omkostningerne er astronomiske.

Hvilken slags instrumenter kan du bruge? 

Hydrofoner, eller mekaniske ører, der lytte til alle mulige undervandslyde, er et vidunderligt værktøj. Der er en zone omkring en kilometer under vandet, hvor lyd bliver fanget. Hvis du har en hydrofon der, kan den høre lyde bogstaveligt talt tusindvis af kilometer væk. Du kan opsætte et array, der fortæller dig, 'Åh, den lyd kommer herfra, og den lyd kommer derfra.' Du kan høre jordskælv, du kan høre jordskred, du kan høre vulkanudbrud, du kan høre hvaler, du kan høre skibe - Gud, skibe er højlydte. Og du kan ligesom streame sangene om vulkansk aktivitet.

I en ideel verden ville du stadig have dine seismometre på selve vulkanen. Men bare en hydrofon kan fortælle dig en masse. Der har været indsat hydrofoner i Tonga-området flere gange, og det er et værktøj, som jeg godt kunne tænke mig at bruge mere.

Jeg forestiller mig, at hvert nyt udbrud, under eller over vand, er som at høre en ny dialekt for første gang, en der skal oversættes.

Højre. Hvornår har vi en murbrokker lavastrøm, der nærmer os kysten, kontra hvornår har vi en mere flodlignende lavastrøm, der drypper ind? Vi ved ikke, hvordan vi identificerer den slags ting i starten. Derfor er videnskab sjovt. Det sjove er at sige: Jeg ved det ikke, og hvordan kan jeg finde ud af det?

Hvad er det ved undersøiske vulkaner, der forfører dig?

De viser os, at der sker ekstraordinære ting under vandet, som vi ikke engang ved om. Det får mig til at føle, at vi bare ikke er så relevante, hvilket jeg synes er dejligt. Denne planet er her ikke for os. Denne planet gør sine egne ting.

Er der nogle udbrud eller jordskælv, der mangler dette følelsesmæssige dilemma?

Jeg taler om Denali jordskælv i 2002 som det perfekte jordskælv: Det var enormt, det havde disse fantastiske påvirkninger, det besvarede en masse spørgsmål om, hvordan den fejl virker, men det dræbte ingen. Det var denne begivenhed på næsten størrelsesordenen 8.0, som du virkelig kunne være begejstret for uden skyld.

Det er en anden god ting ved undersøiske vulkaner. Med undtagelse af denne sucker ude i Tonga, er folk for det meste ikke påvirket af dem.

Har du nogensinde været fristet til at specialisere dig i noget andet end undervandsvulkaner?

Da jeg gik på University of Hawai'i, diskuterede jeg mellem at lave marin geofysik og planetarisk videnskab. Jeg var ligesom, åh min Gud, jeg kunne studere Olympus Mons, den højeste vulkan på Mars. Men i mit andet semester tog jeg på et 28-dages forskningskrydstogt i Lau-bassinet i det sydlige Stillehav, og det underskrev, forseglede og leverede marine geofysik. Jeg elsker bare at være på skibe. Så jeg havde lyst til at pokker med det der planetariske ting.

Selvom de ofte er vidunderlige, kan undervandsvulkaner nogle gange inspirere til rædsel. Dette blev demonstreret i januar 2022 af de voldelige Hunga Tonga-Hunga Ha'apai-udbrud - som, selv om det begyndte under vandet, gav sig til kende ved straks at eksplodere over havoverfladen og slå hul i jordens atmosfære. Hvordan holder din fascination af vulkaner og jordskælv stand i lyset af disse katastrofer?

Det er en af ​​udfordringerne ved at studere naturlige farer: Hvordan kan jeg være så begejstret for videnskaben og ikke være respektløs til de mennesker, der blev negativt påvirket? Og det er virkelig svært. Når jeg bliver helt glad over disse ting, kan det også være, fordi jeg endnu ikke har arbejdet på et udbrud, der var ødelæggende.

Chokbølgen fra det tonganske udbrud udløste tsunamier på den anden side af kloden, i både Atlanterhavet og Middelhavet - noget der kun var en teoretisk mulighed indtil da, ikke? 

Ja. Tonga-udbruddet bekræftede, at tsunamier kan være forårsaget ved atmosfæriske tyngdekraftsbølger. Det er ufatteligt.

Vi er næsten to år efter det ekstraordinære sprængstof udbrud. Har forskning i den begivenhed skubbet videnskaben om vulkanologi fremad på nogen måde?

Ja. Det meste af vulkanen er ret intakt, og det er helt vildt. Og de ting, der kom ud af det - det udstødte vulkansk affald - rejste indtil videre under vandet. Med en stor og usædvanlig begivenhed som denne, tror jeg, at den både omskriver og omdirigerer vores spørgsmål. Jeg tror, ​​at dette udbrud rejser spørgsmål, som vi måske ikke havde stillet før. Hovedsageligt, hvordan sker så meget eksplosiv kraft, uden at bygningen sprænger sig selv i stykker?

Så selvom fremtrædende udbrud kan være farlige, er fordelen, at de giver videnskabsmænd ledetråde om, hvordan vulkaner fungerer?

Højre. Nogle gange finder vi disse spor, fordi vi bruger en anden teknologi. Nogle gange finder vi dem, fordi planeten tilbyder os en gave. Og jeg føler, at udbrud som denne til en vis grad - og med hensyn til de mennesker, der er negativt påvirket - rent videnskabeligt er lidt af en gave.

Denne sommer fangede din forskning opmærksomheden hos en uventet gruppe: Swifties.  

Åh gud. Jeg fortryder ikke noget af det.

Taylor Swift optrådte på Lumen Field i Seattle den 22. og 23. juli, og du fik et kig på de seismiske bølger, der blev genereret af koncerterne. Ifølge din analyse, producerede disse præstationer målbar seismisk aktivitet, ligesom et lille jordskælv. Og det fik en masse af presse opmærksomhed. Hvordan var det?

Jeg er ikke længere den person, der studerer vulkaner. Jeg er den person, der er kendt for Swift Quake. Det er fuldstændig latterligt. Folk har spurgt: Har Taylor Swift nået ud? Nej, Taylor Swift har ikke nået ud. 

Du er præsentere dit arbejde med Swift Quake ved American Geophysical Unions samling i San Francisco i december. Hvad vil du afsløre?

Dataene er så fede. Du kan identificere individuelle sange som "Blank Space" og "Shake It Off" ved at identificere deres slag per minut - deres rytme - ved hjælp af et seismometer. Og vi er faktisk i stand til at skelne ting som forstærket musik, eller bandet eller publikums adfærd. De har virkelig distinkte, interessante seismiske egenskaber.

Det er ikke så forskelligt fra at identificere forskellige typer aktivitet inde i undervandsvulkaner.

Højre. Forskellige vulkanskælvsrytmer svarer til forskellige typer vulkansk aktivitet, fra bevægende magma, der revner gennem klipper til jordskred. Og der er mennesker, der er virkelig fascinerede af Swift Quake, som ikke er videnskabsmænd, og når det kommer til videnskab, er alt, der fanger offentlighedens interesse, fantastisk. Det gør mig rigtig glad. 

Mange mennesker tænker på en vulkanolog som en, der besejrer brændende bjerge og tager prøver af fast sten og boblende lava. Men at bruge jordskælv til at "høre" magma, gasser og Swifties involverer også masser af fysik - og det lyder som om du er en fysiker i hjertet. Så hvad kom først for dig: vulkanerne eller fysikken?

Min far havde en lægeuddannelse, men har altid elsket astronomi. Når vi besøgte hans hus, sad vi udenfor, og han havde et teleskop, og vi talte om stjernerne. Jeg elskede astronomi og astrofysik. Grundlæggende elskede jeg fysikken. Jeg husker i min førsteårs fysiktime, hvor vi bogstaveligt talt stod og jublede for en afledning.

Det lyder lidt som at se et stort magisk trick blive udført. 

Det var! Der var to foredrag, jeg husker, som var magiske. Den ene beviste, at lysets hastighed var konstant, at den ikke var afhængig af en referenceramme. Og det var helt magisk, at dette tal falder ud af matematikken. Og den anden var, da vi udledte E = mc². Det var så fedt.

Alle synes at tro, at vi kom til geologi, fordi vi elskede udflugter. Men det, der fik mig, var den afledning. Og nogle gange synes jeg, at vi skal fejre det smukke ved det, for for nogle mennesker er det nok. Det er fængslende. Jeg elsker at være ude i marken, og jeg elsker at bruge seismometre og være på skibe. Men jeg synes, vi også skal fejre den skønhed, der er fysik.