Ta dekodeerib maavärinaid veealustest vulkaanidest (ja Taylor Swiftist) | Quanta ajakiri

Me peame sageli vulkaane pilvelõhkuvateks imedeks, kuid need geoloogilise allmaailma portaalid asuvad ka vee all. Kahjuks on allveelaevade vulkaane keerulisem uurida kui nende maapealseid õdesid-vendi. Kuid teil oleks raske leida kedagi, kes oleks neist rohkem lummatud – ja kes oleks kangekaelsemalt otsustanud neid uurida – kui Jackie Caplan-Auerbach.

Lääne-Washingtoni ülikooli vulkanoloog Caplan-Auerbach on ka seismoloog, keegi, kes kasutab geofüüsika mõistmiseks maavärinate värinaid. Ja lihtsalt nii juhtub, et aktiivsed vulkaanid tekitavad suurepäraseid maavärinaid; nad teevad nii palju seismilist müra, kui suudavad. Caplan-Auerbachi jaoks on see müra muusika tema teaduslikele kõrvadele – andmed, mida saab kasutada meie planeedi sisemise toimimise tundmaõppimiseks.

Nende vulkaaniliste laulude kuulamine ei tähenda ainult üksiku teadusliku uudishimu rahuldamist. Kui Vaikse ookeani lõunaosas asuv allveelaevavulkaan nimetas katastroofiliselt Hunga Tonga-Hunga Ha'apai plahvatas 2022. aasta jaanuaris, põhjustas see laastava piirkondliku tsunami, pani atmosfääri nagu trumli pealispind trummeldama ja mattis Tonga kuningriigi peasaare tuha alla. Caplan-Auerbach ja tema kolleegid loodavad, et selliste vägivaldsete pursete heliriba uurides saavad nad piisavalt õppida paroksüsmide taga olevast füüsikast, et leevendada tulevaste vulkaaniliste katastroofide mõju.

Quanta Magazine võttis ühendust Caplan-Auerbachiga, et arutada tema teekonda geofüüsikasse ja seda, mis tunne on uurida nende magmamägede meloodiaid. Intervjuu on koondatud ja selguse huvides toimetatud.

Kuidas kirjeldate oma tegevust?

Uurin vulkaanilistes süsteemides toimuvaid maavärinaid, mida kirjeldan kui vulkaani laule. Mulle on heli alati meeldinud. Ja ma olen alati armastanud resonantsi ja seisulaineid. Klassikaline näide seisvatest lainetest on see, kui võtad õlle ja puhud üle pudeli otsa ja see sumiseb – või siis, kui tõmbad näpuga vastu oma veiniklaasi otsa, mis on rohkem minu joobesele maitsele ja klaasile. laulab. Igal asjal on sumin, mis on seotud selle kuju ja materjali omadustega ning vulkaanid ei erine sellest. Nende kanalitel on kohin.

Ma ei tea, miks, aga see teadus on mind alati väga köitnud. See oli täpselt see asi, mis mulle meeldis ja ma saan seda teha vulkaanidel.

Sa oled varem rääkinud Quanta, loo jaoks selle kohta, kuidas vulkaanide sees toimuvad maavärinad võivad paljastada, kas sulakivi koguneb sügavusse või liigub pinna poole, mis võib viia purskeni. Kuidas aga luurata veealuseid vulkaane? 

Ookeane on üldiselt raske uurida. Sa ei näe väga kaugele; instrumente on väga raske käest panna. Külm on. See on kõrge rõhk. See on soolane. Asjad korrodeeruvad ja purunevad.

Kui tahame allveelaevade vulkaane jälgida, võime sinna panna instrumente. Enamasti viskame instrumendid üle parda, sealhulgas seismomeetrid; siis läheme minema ja siis tuleme tagasi, võtame instrumendid kätte ja vaatame, mis juhtus, kui meie ära olime. Kuid kui tahame saada teavet reaalajas, peame seda tavaliselt tegema paigaldage instrumenteeritud kaabel, ja kulud on astronoomilised.

Milliseid instrumente saate kasutada? 

Hüdrofonid ehk mehaanilised kõrvad, mis kuulama kõikvõimalike veealuste helide vastu, on suurepärane tööriist. Umbes kilomeetri kaugusel vee all on tsoon, kuhu heli jääb kinni. Kui teil on seal hüdrofon, kuuleb see helisid sõna otseses mõttes tuhandete kilomeetrite kauguselt. Saate seadistada massiivi, mis ütleb teile: "Oh, see heli tuleb siit ja see heli tuleb sealt." On kuulda maavärinaid, kuulda on maalihkeid, kuulda on vulkaanipurskeid, kuulda on vaalu, kuulda laevu — issand, laevad on valjud. Ja saate voogesitada vulkaanilise tegevuse laule.

Ideaalses maailmas oleksid seismomeetrid ikkagi vulkaanil endal. Kuid ainult hüdrofon võib teile palju öelda. Tonga piirkonnas on hüdrofone mitu korda kasutusele võetud ja see on tööriist, mida tahaksin rohkem kasutada.

Ma kujutan ette, et vee all või vee kohal on iga uus purse nagu kuulda esimest korda uut dialekti, mis vajab tõlkimist.

Õige. Millal läheneb rannikule killustik laavavool, millal aga jõelaadsem laavavool? Me ei tea, kuidas selliseid asju alguses tuvastada. Sellepärast on teadus lõbus. Lõbus osa on öelda: ma ei tea ja kuidas ma seda teada saan?

Mis teid allveelaevade vulkaanides võlub?

Need näitavad meile, et vee all juhtub erakordseid asju, millest me isegi ei tea. See paneb mind tundma, et me pole lihtsalt nii asjakohased, mis on minu arvates imeline. See planeet pole siin meie jaoks. See planeet teeb oma asju.

Kas on mingeid purse või maavärinaid, millel see emotsionaalne dilemma puudub?

Ma räägin sellest 2002. aasta Denali maavärin täiusliku maavärinana: see oli tohutu, sellel olid hämmastavad mõjud, see vastas paljudele küsimustele selle rikke toimimise kohta, kuid see ei tapnud kedagi. See oli see peaaegu 8.0 magnituudiga sündmus, mille pärast võisite tõeliselt elevil olla ilma süütundeta.

See on veel üks tore asi allveelaevade vulkaanide juures. Kui välja arvata see Tongal asuv imeja, ei mõjuta need inimesed enamasti.

Kas teil oli kunagi kiusatus spetsialiseeruda millelegi muule peale veealuste vulkaanide?

Kui ma läksin Hawai'i ülikooli, arutlesin meregeofüüsika ja planeediteaduse vahel. Ma mõtlesin, et issand jumal, ma võiksin uurida Olympus Monsi, Marsi kõrgeimat vulkaani. Kuid oma teisel semestril käisin 28-päevasel uurimisreisil Lau vesikonnas Vaikse ookeani lõunaosas ning see allkirjastas, pitseeris ja edastas meregeofüüsika. Mulle lihtsalt meeldib laevadel olla. Nii et ma mõtlesin selle planeedi asjadega.

Kuigi veealused vulkaanid on sageli imelised, võivad need mõnikord tekitada õudust. Seda näitasid 2022. aasta jaanuaris vägivaldsed Hunga Tonga-Hunga Ha"apai purse – mis, kuigi algas vee all, andis endast teada, plahvatas kohe merepinna kohal ja lõi Maa atmosfääri augu. Kuidas teie vaimustus vulkaanidest ja maavärinatest nende katastroofide taustal vastu peab?

See on üks looduslike ohtude uurimise väljakutseid: kuidas ma saan olla nii põnevil teadusest ja ära ole lugupidamatu inimestele, keda see negatiivselt mõjutas? Ja see on tõesti raske. Kui ma nende asjade üle rõõmu tunnen, võib põhjuseks olla ka see, et ma pole veel laastava purske kallal töötanud.

Tonga purske lööklaine vallandas tsunamid teisel pool maailma, nii Atlandi ookeanis kui ka Vahemeres – midagi, mis oli seni vaid teoreetiline võimalus, eks? 

Jah. Tonga purse kinnitas, et tsunamid võivad tekkida atmosfääri gravitatsioonilainete toimel. See on mõtlemapanev.

Meil on sellest erakordsest lõhkeainest peaaegu kaks aastat möödas purse. Kas selle sündmuse uurimine on vulkanoloogiateadust kuidagi edasi lükanud?

Jah. Suurem osa vulkaanist on päris terve, ja see on hull. Ja kraam, mis sellest välja tuli – väljapaiskunud vulkaanipuru – läks rändama seni vee all. Sellise suure ja ebatavalise sündmuse puhul arvan, et see nii kirjutab ümber kui ka suunab meie küsimused ümber. Ma arvan, et see purse tekitab küsimusi, mida me võib-olla varem ei küsinud. Peamiselt, kuidas saab nii palju plahvatuslikku jõudu ilma, et ehitis end tükkideks lendaks?

Ehkki silmapaistvad pursked võivad olla ohtlikud, on positiivne see, et need annavad teadlastele vihjeid vulkaanide toimimise kohta?

Õige. Mõnikord leiame need vihjed, kuna kasutame teistsugust tehnoloogiat. Mõnikord leiame need, sest planeet pakub meile kingituse. Ja mulle tundub, et sellised pursked on mingil määral – ja negatiivselt mõjutatud inimeste suhtes – teaduslikult natuke kingitus.

Sel suvel tõmbas teie uurimus ootamatu rühma tähelepanu: Swifties.  

Oh mu jumal. Ma ei kahetse sellest midagi.

Taylor Swift esines 22. ja 23. juulil Seattle'is Lumen Fieldis ning teil oli pilk kontsertide tekitatud seismilistele lainetele. Vastavalt teie analüüs, tekitasid need etendused mõõdetavat seismilist aktiivsust, nagu väike maavärin. Ja seda sai palju vajutage tähelepanu. Kuidas see oli?

Ma pole enam see inimene, kes uurib vulkaane. Ma olen inimene, kes on tuntud Swift Quake'i poolest. See on täiesti naeruväärne. Inimesed on küsinud: kas Taylor Swift on jõudnud? Ei, Taylor Swift pole käega löönud. 

Te olete esitades teie töö Swifti maavärinaga Ameerika Geofüüsika Liidu koosolekul San Franciscos detsembris. Mida sa paljastad?

Andmed on nii lahedad. Saate tuvastada üksikud laulud, nagu "Blank Space" ja "Shake It Off", tuvastades seismomeetri abil nende löögi minutis – nende rütmi. Ja me suudame tegelikult eristada selliseid asju nagu võimendatud muusika, bänd või rahvahulk. Neil on tõeliselt erinevad, huvitavad seismilised omadused.

See ei erine nii palju erinevat tüüpi tegevuse tuvastamisest veealuste vulkaanide sees.

Õige. Erinevad vulkaanivärina rütmid vastavad erinevat tüüpi vulkaanilisele tegevusele, alates kivide kaudu pragunevast magmast kuni maaliheteni. Ja on inimesi, keda Swift Quake tõesti huvitab, kes ei ole teadlased, ja mis puutub teadusesse, siis kõik, mis avalikkuse huvi äratab, on suurepärane. See teeb mind tõeliselt õnnelikuks. 

Paljud inimesed arvavad, et vulkanoloog on isik, kes ületab tuliseid mägesid ning haarab tahke kivimi ja pulbitseva laava proove. Kuid maavärinate kasutamine magma, gaaside ja Swiftieside "kuulmiseks" hõlmab ka palju füüsikat – ja tundub, et olete hingelt füüsik. Niisiis, mis oli teie jaoks esimene: vulkaanid või füüsika?

Mu isal oli arstikraad, kuid ta armastas alati astronoomiat. Kui me tema maja külastasime, istusime väljas, tal oli teleskoop ja me rääkisime tähtedest. Mulle meeldis astronoomia ja astrofüüsika. Põhimõtteliselt meeldis mulle füüsika. Mäletan oma esimese kursuse füüsikatunnis, kus me sõna otseses mõttes seisime ja rõõmustasime tuletise eest.

See kõlab natuke nagu suure võlutriki vaatamine. 

See oli! Mäletan, et oli kaks loengut, mis olid maagilised. Üks tõestas, et valguse kiirus oli konstantne, et see ei sõltu võrdlusraamist. Ja see oli täiesti maagiline, et see number matemaatikast välja langeb. Ja teine ​​oli siis, kui me tuletasime E = mc². See oli nii lahe.

Kõik näivad arvavat, et tulime geoloogiasse sellepärast, et meile meeldisid väljasõidud. Kuid asi, mis mind köitis, oli see tuletus. Ja mõnikord ma arvan, et peaksime tähistama selle ilu, sest mõne inimese jaoks piisab sellest. See on kütkestav. Mulle meeldib väljas olla ja mulle meeldib kasutada seismomeetrit ja olla laevadel. Kuid ma arvan, et peaksime tähistama ka seda ilu, mis on füüsika.