Αποκωδικοποιεί σεισμούς από υποθαλάσσια ηφαίστεια (και Taylor Swift) | Περιοδικό Quanta

Συχνά σκεφτόμαστε τα ηφαίστεια ως θαύματα ουρανοξύστη, αλλά αυτές οι πύλες προς τον γεωλογικό υπόκοσμο βρίσκονται επίσης κάτω από το νερό. Δυστυχώς, τα υποθαλάσσια ηφαίστεια είναι πιο δύσκολα στη μελέτη από τα επίγεια αδέρφια τους. Αλλά θα δυσκολευόσουν να βρεις κάποιον πιο μαγεμένο από αυτά - και πιο πεισματικά αποφασισμένος να τα μελετήσει - από Τζάκι Κάπλαν-Άουερμπαχ.

Ηφαιστειολόγος στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Ουάσιγκτον, ο Caplan-Auerbach είναι επίσης σεισμολόγος, κάποιος που χρησιμοποιεί τα κουνήματα των σεισμών για να κατανοήσει τη γεωφυσική. Και τυχαίνει τα ενεργά ηφαίστεια να είναι καταπληκτικοί παραγωγοί σεισμών. κάνουν όσο περισσότερο σεισμικό θόρυβο μπορούν να συγκεντρώσουν. Για την Caplan-Auerbach, αυτός ο θόρυβος είναι μουσική για τα επιστημονικά της αυτιά — δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μάθουν για τις εσωτερικές λειτουργίες του πλανήτη μας.

Η ακρόαση αυτών των ηφαιστειακών τραγουδιών δεν είναι μόνο να ικανοποιήσει μια απομονωμένη επιστημονική περιέργεια. Όταν ένα υποθαλάσσιο ηφαίστειο στον Νότιο Ειρηνικό ονομάστηκε Hunga Tonga-Hunga Ha'apai καταστροφικά εξερράγη τον Ιανουάριο του 2022, προκάλεσε ένα καταστροφικό περιφερειακό τσουνάμι, έκανε την ατμόσφαιρα να βουίζει σαν επιφάνεια τυμπάνου και έθαψε το κύριο νησί του Βασιλείου της Τόνγκα στη στάχτη. Η Caplan-Auerbach και οι συνεργάτες της ελπίζουν ότι μελετώντας το soundtrack τέτοιων βίαιων εκρήξεων, θα μπορέσουν να μάθουν αρκετά για τη φυσική πίσω από τους παροξυσμούς για να μετριάσουν τις επιπτώσεις μελλοντικών ηφαιστειακών καταστροφών.

Quanta Magazine επικοινώνησε με την Caplan-Auerbach για να συζητήσει το ταξίδι της στη γεωφυσική και πώς είναι να μελετάς τις μελωδίες αυτών των μαγματικών βουνών. Η συνέντευξη έχει συμπυκνωθεί και επεξεργαστεί για λόγους σαφήνειας.

Πώς περιγράφεις αυτό που κάνεις;

Μελετώ τους σεισμούς που γίνονται σε ηφαιστειακά συστήματα, τους οποίους περιγράφω ως τα τραγούδια του ηφαιστείου. Πάντα μου άρεσε ο ήχος. Και πάντα μου άρεσε η αντήχηση και τα στάσιμα κύματα. Ένα κλασικό παράδειγμα στάσιμων κυμάτων είναι όταν παίρνετε μια μπύρα και φυσάτε πάνω από το πάνω μέρος του μπουκαλιού και βουίζει — ή όταν περνάτε το δάχτυλό σας στο επάνω μέρος του ποτηριού σας, που είναι περισσότερο για τα γευστικά μου γούστα, και το ποτήρι τραγουδάει. Όλα έχουν ένα βουητό που συνδέεται με το σχήμα και τις υλικές τους ιδιότητες, και τα ηφαίστεια δεν διαφέρουν. Οι αγωγοί τους έχουν βουητό.

Δεν ξέρω γιατί, αλλά αυτή η επιστήμη πάντα με ελκύει πραγματικά. Αυτό ήταν ακριβώς το πράγμα που μου άρεσε, και μπορώ να το κάνω στα ηφαίστεια.

Έχεις ειπώθηκε προηγουμένως Quanta, για μια ιστορία για το πώς οι σεισμοί μέσα στα ηφαίστεια μπορούν να αποκαλύψουν εάν λιωμένο πέτρωμα συσσωρεύεται σε βάθος ή κινείται προς την επιφάνεια, οδηγώντας ίσως σε έκρηξη. Πώς κατασκοπεύετε όμως τα υποβρύχια ηφαίστεια; 

Οι ωκεανοί γενικά είναι δύσκολο να μελετηθούν. Δεν μπορείτε να δείτε πολύ μακριά. είναι πολύ δύσκολο να αφήσεις κάτω τα όργανα. Κάνει κρύο. Είναι υψηλής πίεσης. Είναι αλμυρό. Τα πράγματα διαβρώνονται και εκρήγνυνται.

Αν θέλουμε να παρακολουθούμε τα υποθαλάσσια ηφαίστεια, μπορούμε να βάλουμε όργανα εκεί έξω. Τις περισσότερες φορές, ρίχνουμε όργανα στη θάλασσα, συμπεριλαμβανομένων των σεισμομέτρων. μετά φεύγουμε και μετά επιστρέφουμε, παίρνουμε τα όργανα και βλέπουμε τι συνέβη όσο λείπαμε. Αλλά αν θέλουμε να λάβουμε πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο, συνήθως πρέπει τοποθετήστε ένα καλώδιο με όργανα, και το κόστος είναι αστρονομικό.

Τι είδους όργανα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε; 

Υδρόφωνα, ή μηχανικά αυτιά που ακούω σε όλα τα είδη των υποβρύχιων θορύβων, είναι ένα υπέροχο εργαλείο. Υπάρχει μια ζώνη περίπου ένα χιλιόμετρο κάτω από το νερό όπου ο ήχος παγιδεύεται. Εάν έχετε ένα υδρόφωνο εκεί, μπορεί να ακούσει ήχους κυριολεκτικά από χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Μπορείτε να δημιουργήσετε μια συστοιχία που σας λέει, "Ω, αυτός ο ήχος έρχεται από εδώ και αυτός ο ήχος έρχεται από εκεί". Μπορείτε να ακούσετε σεισμούς, μπορείτε να ακούσετε κατολισθήσεις, μπορείτε να ακούσετε ηφαιστειακές εκρήξεις, μπορείτε να ακούσετε φάλαινες, μπορείτε να ακούσετε πλοία - Θεέ μου, τα πλοία είναι δυνατά. Και μπορείτε να κάνετε streaming τα τραγούδια της ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Σε έναν ιδανικό κόσμο, θα έχετε ακόμα τα σεισόμετρά σας στο ίδιο το ηφαίστειο. Αλλά μόνο ένα υδρόφωνο μπορεί να σας πει έναν τόνο. Έχουν αναπτυχθεί υδρόφωνα στην περιοχή της Τόνγκα αρκετές φορές και είναι ένα εργαλείο που θα ήθελα να χρησιμοποιήσω περισσότερο.

Φαντάζομαι ότι, κάτω ή πάνω από το νερό, κάθε νέα έκρηξη είναι σαν να ακούς μια νέα διάλεκτο για πρώτη φορά, μια που χρειάζεται μετάφραση.

Σωστά. Πότε έχουμε μια ροή λάβας από ερείπια που πλησιάζει την ακτή, έναντι πότε έχουμε μια ροή λάβας πιο ποταμού που ντριμπλάρει; Δεν ξέρουμε πώς να αναγνωρίσουμε τέτοια πράγματα στην αρχή. Γι' αυτό η επιστήμη είναι διασκεδαστική. Το διασκεδαστικό μέρος είναι να λέει: Δεν ξέρω, και πώς μπορώ να το μάθω;

Τι είναι αυτό με τα υποθαλάσσια ηφαίστεια που σας μαγεύει;

Μας δείχνουν ότι υπάρχουν εξαιρετικά πράγματα που συμβαίνουν κάτω από το νερό, τα οποία δεν γνωρίζουμε καν. Με κάνει να νιώθω ότι δεν είμαστε τόσο σχετικοί, κάτι που νομίζω ότι είναι κάτι υπέροχο. Αυτός ο πλανήτης δεν είναι εδώ για εμάς. Αυτός ο πλανήτης κάνει τα δικά του.

Υπάρχουν εκρήξεις ή σεισμοί που δεν έχουν αυτό το συναισθηματικό δίλημμα;

μιλαω για το 2002 Σεισμός Ντενάλι ως ο τέλειος σεισμός: Ήταν τεράστιος, είχε αυτές τις εκπληκτικές επιπτώσεις, απάντησε σε πολλές ερωτήσεις σχετικά με το πώς λειτουργεί αυτό το ρήγμα, αλλά δεν σκότωσε κανέναν. Ήταν αυτό το γεγονός σχεδόν μεγέθους 8.0 για το οποίο θα μπορούσατε πραγματικά να ενθουσιαστείτε χωρίς ενοχές.

Αυτό είναι ένα άλλο ωραίο πράγμα για τα υποθαλάσσια ηφαίστεια. Με εξαίρεση αυτό το κορόιδο στην Τόνγκα, ως επί το πλείστον, οι άνθρωποι δεν επηρεάζονται από αυτά.

Μπήκατε ποτέ στον πειρασμό να ειδικευτείτε σε κάτι άλλο εκτός από τα υποβρύχια ηφαίστεια;

Όταν πήγα στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης, συζητούσα μεταξύ της θαλάσσιας γεωφυσικής και της πλανητικής επιστήμης. Ήμουν σαν, Θεέ μου, να μπορούσα να μελετήσω το Olympus Mons, το ψηλότερο ηφαίστειο στον Άρη. Αλλά στο δεύτερο εξάμηνο, πήγα σε μια ερευνητική κρουαζιέρα 28 ημερών στη λεκάνη του Lau, στον Νότιο Ειρηνικό, και αυτή υπέγραψε, σφράγισε και παρέδωσε τη θαλάσσια γεωφυσική. Μου αρέσει να είμαι στα πλοία. Λοιπόν, ήθελα να βάλω τα πλανητικά πράγματα.

Αν και είναι συχνά θαυμαστά, τα υποβρύχια ηφαίστεια μπορεί μερικές φορές να εμπνεύσουν φρίκη. Αυτό αποδείχθηκε τον Ιανουάριο του 2022 από τους βίαιους Χούνγκα Τόνγκα-Χούνγκα Χα»έκρηξη apai — η οποία, αν και ξεκίνησε υποβρύχια, έγινε γνωστή με την άμεση έκρηξη πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και ανοίγοντας μια τρύπα στην ατμόσφαιρα της Γης. Πώς αντέχει η γοητεία σας με τα ηφαίστεια και τους σεισμούς μπροστά σε αυτές τις καταστροφές;

Αυτή είναι μια από τις προκλήσεις της μελέτης των φυσικών κινδύνων: Πώς μπορώ να είμαι τόσο ενθουσιασμένος με την επιστήμη και μην είσαι ασεβής στους ανθρώπους που επηρεάστηκαν αρνητικά; Και αυτό είναι πραγματικά δύσκολο. Όταν χαίρομαι πολύ για αυτά τα πράγματα, μπορεί επίσης να είναι επειδή δεν έχω δουλέψει ακόμα σε μια έκρηξη που ήταν καταστροφική.

Το ωστικό κύμα από την έκρηξη της Τόνγκα προκάλεσε τσουνάμι στην άλλη άκρη του κόσμου, τόσο στον Ατλαντικό Ωκεανό όσο και στη Μεσόγειο Θάλασσα — κάτι που ήταν μόνο μια θεωρητική πιθανότητα μέχρι εκείνο το σημείο, σωστά; 

Ναι. Η έκρηξη της Τόνγκα επιβεβαίωσε ότι μπορεί να προκληθούν τσουνάμι από κύματα ατμοσφαιρικής βαρύτητας. Αυτό είναι συγκλονιστικό.

Έχουμε σχεδόν δύο χρόνια μετά από αυτό το εξαιρετικό εκρηκτικό έκρηξη. Η έρευνα σε αυτό το γεγονός ώθησε την επιστήμη της ηφαιστειολογίας με οποιονδήποτε τρόπο;

Ναί. Το μεγαλύτερο μέρος του ηφαιστείου είναι αρκετά άθικτο, και αυτό είναι τρελό. Και τα πράγματα που βγήκαν από αυτό - τα ηφαιστειακά συντρίμμια που εκτοξεύτηκαν - ταξίδεψαν μέχρι στιγμής υποβρύχια. Με ένα μεγάλο και ασυνήθιστο γεγονός όπως αυτό, νομίζω ότι και ξαναγράφει και ανακατευθύνει τις ερωτήσεις μας. Νομίζω ότι αυτή η έκρηξη φέρνει ερωτήματα που ίσως δεν είχαμε κάνει πριν. Κυρίως, πώς συμβαίνει αυτή η μεγάλη εκρηκτική δύναμη χωρίς το οικοδόμημα να φουσκώσει σε κομμάτια;

Έτσι, αν και οι εμφανείς εκρήξεις μπορεί να είναι επικίνδυνες, το θετικό είναι ότι παρέχουν στους επιστήμονες ενδείξεις σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας των ηφαιστείων;

Σωστά. Μερικές φορές βρίσκουμε αυτές τις ενδείξεις επειδή χρησιμοποιούμε διαφορετική τεχνολογία. Μερικές φορές τα βρίσκουμε επειδή ο πλανήτης μας προσφέρει ένα δώρο. Και αισθάνομαι ότι οι εκρήξεις όπως αυτή, σε κάποιο βαθμό - και με σεβασμό προς τους ανθρώπους που επηρεάζονται αρνητικά - είναι επιστημονικά ένα δώρο.

Αυτό το καλοκαίρι, η έρευνά σας τράβηξε την προσοχή μιας απροσδόκητης ομάδας: των Swifties.  

Ω Θεέ μου. Δεν μετανιώνω για τίποτα από όλα αυτά.

Η Taylor Swift εμφανίστηκε στο Lumen Field στο Σιάτλ στις 22 και 23 Ιουλίου και ρίξατε μια ματιά στα σεισμικά κύματα που δημιουργούνται από τις συναυλίες. Σύμφωνα με τα δικά σας ανάλυση, αυτές οι επιδόσεις παρήγαγαν μετρήσιμη σεισμική δραστηριότητα, ακριβώς όπως ένας μικρός σεισμός. Και πήρε πολλά πιέστε την προσοχή. Πώς ήταν αυτό?

Δεν είμαι πλέον ο άνθρωπος που μελετά τα ηφαίστεια. Είμαι το άτομο που είναι γνωστό για τον Swift Quake. Είναι εντελώς γελοίο. Οι άνθρωποι έχουν ρωτήσει: Έχει φτάσει η Taylor Swift; Όχι, η Taylor Swift δεν έχει φτάσει. 

Είστε παρουσιάζοντας την εργασία σας για τον Swift Quake στη συγκέντρωση της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης στο Σαν Φρανσίσκο τον Δεκέμβριο. Τι θα αποκαλύψεις;

Τα δεδομένα είναι τόσο ωραία. Μπορείτε να αναγνωρίσετε μεμονωμένα τραγούδια όπως το "Blank Space" και το "Shake It Off" προσδιορίζοντας τους ρυθμούς τους ανά λεπτό - τον ρυθμό τους - χρησιμοποιώντας ένα σεισμόμετρο. Και είμαστε πραγματικά σε θέση να διακρίνουμε πράγματα όπως η ενισχυμένη μουσική ή η μπάντα ή η συμπεριφορά του πλήθους. Έχουν πραγματικά ξεχωριστά, ενδιαφέροντα σεισμικά χαρακτηριστικά.

Αυτό δεν είναι τόσο διαφορετικό από τον εντοπισμό διαφορετικών τύπων δραστηριότητας μέσα σε υποβρύχια ηφαίστεια.

Σωστά. Διαφορετικοί ρυθμοί ηφαιστείων-σεισμών αντιστοιχούν σε διαφορετικούς τύπους ηφαιστειακής δραστηριότητας, από κινούμενο μάγμα που σπάει μέσα από βράχους έως κατολισθήσεις. Και υπάρχουν άνθρωποι που ενδιαφέρονται πραγματικά από τον Swift Quake που δεν είναι επιστήμονες, και όσον αφορά την επιστήμη, οτιδήποτε προσελκύει το ενδιαφέρον του κοινού είναι εξαιρετικό. Με κάνει πραγματικά χαρούμενο. 

Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι ένας ηφαιστειολόγος είναι κάποιος που σκαρφαλώνει σε φλογερά βουνά και αρπάζει δείγματα συμπαγούς βράχου και λάβας που αναβλύζει. Αλλά η χρήση σεισμών για να «ακούς» μάγμα, αέρια και Swifties περιλαμβάνει επίσης άφθονη φυσική — και ακούγεται σαν να είσαι φυσικός στην καρδιά. Λοιπόν, τι ήρθε πρώτο για εσάς: τα ηφαίστεια ή η φυσική;

Ο πατέρας μου είχε πτυχίο ιατρικής αλλά πάντα αγαπούσε την αστρονομία. Όταν επισκεπτόμασταν το σπίτι του, καθόμασταν έξω, και είχε ένα τηλεσκόπιο και μιλούσαμε για τα αστέρια. Μου άρεσε η αστρονομία και η αστροφυσική. Βασικά, μου άρεσε η φυσική. Θυμάμαι στο πρώτο μου μάθημα της φυσικής όπου στεκόμασταν κυριολεκτικά και ζητωκραυγάζαμε για μια εξαγωγή.

Ακούγεται λίγο σαν να παρακολουθείς ένα υπέροχο μαγικό κόλπο να εκτελείται. 

Ήταν! Υπήρχαν δύο διαλέξεις που θυμάμαι ότι ήταν μαγικές. Το ένα απέδειξε ότι η ταχύτητα του φωτός ήταν σταθερή, ότι δεν εξαρτιόταν από ένα πλαίσιο αναφοράς. Και ήταν εντελώς μαγικό που αυτός ο αριθμός πέφτει έξω από τα μαθηματικά. Και το άλλο ήταν όταν καταλήξαμε E = mc². Ήταν τόσο δροσερό.

Όλοι φαίνεται να πιστεύουν ότι ήρθαμε στη γεωλογία επειδή αγαπούσαμε τις εκδρομές. Αλλά αυτό που με ενθουσίασε ήταν αυτή η παράγωγη. Και μερικές φορές νομίζω ότι πρέπει να γιορτάσουμε την ομορφιά αυτού, γιατί για κάποιους, αυτό είναι αρκετό. Αυτό είναι σαγηνευτικό. Μου αρέσει να είμαι έξω στο χωράφι και μου αρέσει να χρησιμοποιώ σεισμόμετρα και να βρίσκομαι σε πλοία. Αλλά νομίζω ότι πρέπει επίσης να γιορτάσουμε την ομορφιά που είναι η φυσική.