او زمین لرزه های آتشفشان های زیر دریا (و تیلور سویفت) را رمزگشایی می کند | مجله کوانتا

ما اغلب آتشفشان‌ها را به‌عنوان شگفتی‌های آسمان‌خراش در نظر می‌گیریم، اما این پورتال‌ها به دنیای زیرین زمین‌شناسی نیز در زیر آب قرار دارند. متأسفانه، مطالعه آتشفشان های زیردریایی نسبت به خواهر و برادرهای زمینی آنها دشوارتر است. اما شما به سختی می توانید کسی را پیدا کنید که بیشتر از آنها مسحور شده باشد - و مصمم تر برای مطالعه آنها باشد. جکی کاپلان اورباخ.

Caplan-Auerbach، یک آتشفشان شناس در دانشگاه وسترن واشنگتن، همچنین یک زلزله شناس است، کسی که از لرزش زمین لرزه ها برای درک ژئوفیزیک استفاده می کند. و اتفاقاً آتشفشان‌های فعال، تولیدکنندگان شگفت‌انگیز زلزله هستند. آنها تا آنجا که می توانند صدای لرزه ای ایجاد می کنند. برای Caplan-Auerbach، این نویز برای گوش های علمی او موسیقی است - داده هایی که می توان از آنها برای یادگیری در مورد عملکرد داخلی سیاره ما استفاده کرد.

گوش دادن به این آهنگ های آتشفشانی فقط برای ارضا کردن یک کنجکاوی علمی مجزا نیست. هنگامی که یک آتشفشان زیردریایی در اقیانوس آرام جنوبی به نام هونگا تونگا-هونگا هااپای فاجعه بار در ژانویه 2022 منفجر شد، سونامی منطقه ای ویرانگر را ایجاد کرد، جو مانند سطح یک طبل به صدا درآمد و جزیره اصلی پادشاهی تونگا را در خاکستر مدفون کرد. Caplan-Auerbach و همکارانش امیدوارند که با مطالعه موسیقی متن چنین فوران های خشونت آمیزی، بتوانند به اندازه کافی در مورد فیزیک پشت این فوران ها بیاموزند تا اثرات بلایای آتشفشانی آینده را کاهش دهند.

مجله Quanta با Caplan-Auerbach صحبت کردم تا درباره سفر او به ژئوفیزیک و چگونگی مطالعه ملودی های این کوه های ماگمایی صحبت کند. مصاحبه برای وضوح فشرده و ویرایش شده است.

کاری را که انجام می دهید چگونه توصیف می کنید؟

من زمین‌لرزه‌هایی را که در سیستم‌های آتشفشانی اتفاق می‌افتد، مطالعه می‌کنم که آنها را به عنوان آهنگ‌های آتشفشان توصیف می‌کنم. من همیشه صدا را دوست داشتم. و من همیشه رزونانس و امواج ایستاده را دوست داشتم. یک مثال کلاسیک از امواج ایستاده زمانی است که شما آبجو را برمی دارید و بالای بطری می دمید، و آن زمزمه می کند - یا زمانی است که انگشت خود را روی لیوان شراب خود می کشید، که بیشتر به ذائقه من و لیوان مربوط می شود. آواز می خواند. هر چیزی زمزمه ای دارد که با شکل و خواص مادی آن مرتبط است و آتشفشان ها نیز تفاوتی ندارند. مجرای آنها هوم دارد.

نمی دانم چرا، اما این علم همیشه برای من جذاب بوده است. این دقیقاً همان چیزی بود که من دوست داشتم و می توانم آن را روی آتشفشان ها انجام دهم.

شما قبلا صحبت شده است کوانتوم، برای یک داستان در مورد اینکه چگونه زمین لرزه های داخل آتشفشان ها می توانند آشکار کنند که آیا سنگ های مذاب در عمق تجمع می یابند یا به سمت سطح حرکت می کنند، که شاید منجر به فوران شود. اما چگونه می توان از آتشفشان های زیر آب جاسوسی کرد؟ 

مطالعه اقیانوس ها به طور کلی دشوار است. شما نمی توانید خیلی دور را ببینید. زمین گذاشتن سازها بسیار سخت است. سرده. فشارش بالاست شور است. چیزها خورده و منفجر می شوند.

اگر بخواهیم آتشفشان های زیردریایی را رصد کنیم، می توانیم ابزارهایی را در آنجا قرار دهیم. در بیشتر مواقع، ابزارهایی از جمله لرزه‌سنج‌ها را در دریا می‌اندازیم. سپس می رویم، و سپس برمی گردیم، سازها را بازیابی می کنیم و می بینیم که در زمانی که ما رفته بودیم چه اتفاقی افتاده است. اما اگر بخواهیم اطلاعات را در زمان واقعی بدست آوریم، معمولاً مجبوریم یک کابل ابزاردار بگذارید، و هزینه ها نجومی است.

از چه نوع سازهایی می توانید استفاده کنید؟ 

هیدروفون یا گوش های مکانیکی که گوش دادن در برابر انواع صداهای زیر آب، ابزار فوق العاده ای هستند. منطقه ای در حدود یک کیلومتر در زیر آب وجود دارد که صدا در آن به دام می افتد. اگر یک هیدروفون در آنجا داشته باشید، می تواند صداها را از هزاران کیلومتر دورتر بشنود. می توانید آرایه ای تنظیم کنید که به شما بگوید، "اوه، آن صدا از اینجا می آید، و آن صدا از آنجا می آید." می توانی زمین لرزه را بشنوی، رانش زمین را بشنوی، فوران های آتشفشانی را بشنوی، وال ها را بشنوی، کشتی ها را بشنوی - خدایا، کشتی ها صدای بلندی دارند. و شما می توانید به نوعی آهنگ های مربوط به فعالیت های آتشفشانی را پخش کنید.

در یک دنیای ایده آل، شما هنوز هم باید لرزه سنج های خود را روی خود آتشفشان داشته باشید. اما فقط یک هیدروفون می تواند به شما بگوید. چندین بار هیدروفون در منطقه تونگا مستقر شده است، و این ابزاری است که من دوست دارم بیشتر از آن استفاده کنم.

من تصور می کنم که، زیر یا بالای آب، هر فوران جدید مانند شنیدن یک گویش جدید برای اولین بار است، لهجه ای که نیاز به ترجمه دارد.

درست. چه زمانی یک جریان گدازه‌ای داریم که به ساحل نزدیک می‌شود، در مقابل چه زمانی جریان گدازه‌ای مانند رودخانه‌ای داریم که به سمت ساحل می‌ریزد؟ ما در ابتدا نمی دانیم چگونه این نوع چیزها را شناسایی کنیم. به همین دلیل علم سرگرم کننده است. قسمت سرگرم کننده این است که می گوید: نمی دانم، و چگونه می توانم بفهمم؟

چه چیزی در مورد آتشفشان های زیردریایی وجود دارد که شما را فریب می دهد؟

آن‌ها به ما نشان می‌دهند که چیزهای خارق‌العاده‌ای در زیر آب رخ می‌دهد که ما حتی از آن‌ها خبر نداریم. این به من احساس می کند که ما چندان مرتبط نیستیم، که به نظر من فوق العاده است. این سیاره برای ما اینجا نیست. این سیاره کارهای خودش را می کند.

آیا فوران یا زلزله ای وجود دارد که فاقد این معضل عاطفی باشد؟

من در مورد صحبت می کنم زلزله 2002 دنالی به عنوان زلزله کامل: این زمین لرزه عظیم بود، این تاثیرات شگفت انگیز را داشت، به سوالات زیادی در مورد نحوه عملکرد آن گسل پاسخ داد، اما کسی را نکشته. این رویداد تقریباً بزرگی 8.0 بود که می‌توانستید واقعاً بدون احساس گناه در مورد آن هیجان زده باشید.

این یک چیز خوب دیگر در مورد آتشفشان های زیردریایی است. به استثنای این مکنده در تونگا، در اکثر موارد، مردم تحت تأثیر آنها قرار نمی گیرند.

آیا تا به حال وسوسه شده اید که در چیزی غیر از آتشفشان های زیر آب تخصص داشته باشید؟

وقتی به دانشگاه هاوایی رفتم، بین انجام ژئوفیزیک دریایی و علوم سیاره‌ای بحث می‌کردم. اوه خدای من، می‌توانستم Olympus Mons، بلندترین آتشفشان مریخ را مطالعه کنم. اما در ترم دوم، من به یک سفر دریایی تحقیقاتی 28 روزه در حوضه لاو، در اقیانوس آرام جنوبی رفتم و ژئوفیزیک دریایی را امضا، مهر و موم کرد و تحویل داد. من فقط دوست دارم در کشتی باشم. بنابراین من دوست داشتم با آن چیزهای سیاره ای هک کنم.

آتشفشان های زیر آب اگرچه اغلب شگفت انگیز هستند، اما گاهی اوقات می توانند الهام بخش وحشت باشند. این در ژانویه 2022 توسط افراد خشن نشان داده شد هونگا تونگا-هونگا ها'فوران apai - که اگرچه در زیر آب شروع شد، اما با انفجار فوری در بالای سطح دریا و سوراخ کردن جو زمین خود را نشان داد. شیفتگی شما به آتشفشان ها و زلزله ها در مواجهه با این بلایا چگونه باقی می ماند؟

این یکی از چالش های مطالعه مخاطرات طبیعی است: چگونه می توانم اینقدر در مورد علم و دانش هیجان زده باشم بی احترامی نکن به افرادی که تحت تاثیر منفی قرار گرفتند؟ و این واقعاً سخت است. وقتی از این چیزها کاملاً خوشحال می شوم، ممکن است به این دلیل باشد که هنوز روی فورانی که ویرانگر بوده کار نکرده ام.

موج شوک ناشی از فوران تونگ باعث سونامی شد در آن سوی جهان، هم در اقیانوس اطلس و هم در دریای مدیترانه - چیزی که تا آن زمان فقط یک امکان نظری بود، درست است؟ 

آره فوران تونگا تایید کرد که سونامی می تواند ایجاد شود توسط امواج گرانشی اتمسفر. این حیرت آور است.

تقریباً دو سال از آن انفجار خارق‌العاده گذشته است فوران آیا تحقیق در مورد آن رویداد علم آتشفشان شناسی را به هیچ وجه به جلو سوق داده است؟

آره. بیشتر آتشفشان است بسیار دست نخوردهو این دیوانه کننده است. و چیزهایی که از آن بیرون آمدند - زباله های آتشفشانی پرتاب شده - سفر کردند تا اینجا زیر آب. با یک رویداد بزرگ و غیرمعمول مانند این، من فکر می کنم که هم سوالات ما را بازنویسی و هم هدایت می کند. فکر می کنم این فوران سوالاتی را مطرح می کند که شاید قبلاً نپرسیده بودیم. اساساً، چگونه این قدرت انفجاری زیاد اتفاق می‌افتد بدون اینکه عمارت خود را به تکه تکه کند؟

بنابراین اگرچه فوران‌های برجسته می‌توانند خطرناک باشند، اما نکته مثبت این است که سرنخ‌هایی در مورد نحوه عملکرد آتشفشان‌ها در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند؟

درست. گاهی اوقات ما این سرنخ ها را پیدا می کنیم زیرا از یک فناوری متفاوت استفاده می کنیم. گاهی اوقات ما آنها را پیدا می کنیم زیرا سیاره به ما هدیه می دهد. و من احساس می‌کنم که فوران‌هایی مانند این، تا حدی - و با توجه به افرادی که تحت تأثیر منفی قرار می‌گیرند - از نظر علمی یک هدیه است.

تابستان امسال، تحقیقات شما توجه یک گروه غیرمنتظره را به خود جلب کرد: سویفتی ها.  

اوه خدای من. من از هیچ کدام پشیمان نیستم

تیلور سوئیفت در 22 و 23 جولای در Lumen Field در سیاتل اجرا کرد و شما نگاهی به امواج لرزه ای ایجاد شده توسط کنسرت ها داشتید. با توجه به شما تحلیل، این عملکردها فعالیت لرزه ای قابل اندازه گیری را درست مانند یک زلزله کوچک ایجاد کردند. و مقدار زیادی بدست آورد توجه مطبوعاتی. چطور بود؟

من دیگر کسی نیستم که آتشفشان ها را مطالعه می کنم. من کسی هستم که با زلزله سوئیفت شهرت دارم. کاملا مسخره است مردم پرسیده اند: آیا تیلور سوئیفت دستش را دراز کرده است؟ نه، تیلور سوئیفت دست نزده است. 

شما هستید ارائه کار شما در مورد زلزله سوئیفت در گردهمایی اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا در سانفرانسیسکو در ماه دسامبر. چه چیزی را آشکار خواهید کرد؟

داده ها خیلی باحال هستند می‌توانید آهنگ‌های فردی مانند «فضای خالی» و «Shake It Off» را با شناسایی ضربان‌های آن‌ها در دقیقه – ریتم – با استفاده از لرزه‌سنج شناسایی کنید. و ما در واقع می توانیم چیزهایی مانند موسیقی تقویت شده، یا گروه یا رفتار جمعیت را تشخیص دهیم. آنها ویژگی های لرزه ای واقعا متمایز و جالبی دارند.

این تفاوت چندانی با شناسایی انواع مختلف فعالیت در داخل آتشفشان های زیر آب ندارد.

درست. ریتم های مختلف آتشفشان-زلزله با انواع مختلفی از فعالیت های آتشفشانی، از ترک خوردن ماگمای متحرک در میان سنگ ها تا رانش زمین مطابقت دارد. و افرادی هستند که واقعاً شیفته زمین لرزه سوئیفت هستند که دانشمند نیستند، و وقتی صحبت از علم می شود، هر چیزی که علاقه عموم را جلب کند عالی است. واقعاً مرا خوشحال می کند. 

بسیاری از مردم آتشفشان شناس را کسی می دانند که از کوه های آتشین بالا می رود و نمونه هایی از سنگ های جامد و گدازه های جوشان را می گیرد. اما استفاده از زمین لرزه برای "شنیدن" ماگما، گازها و سوئیفتی ها شامل فیزیک زیادی نیز می شود - و به نظر می رسد که در قلب شما یک فیزیکدان هستید. بنابراین، چه چیزی برای شما اول شد: آتشفشان ها، یا فیزیک؟

پدرم مدرک پزشکی داشت اما همیشه عاشق نجوم بود. وقتی به خانه اش می رفتیم بیرون می نشستیم و او یک تلسکوپ داشت و درباره ستاره ها صحبت می کردیم. من عاشق نجوم و اخترفیزیک بودم. اساساً من عاشق فیزیک بودم. یادم می آید در کلاس فیزیک سال اولم که به معنای واقعی کلمه ایستاده بودیم و برای استنتاج تشویق می کردیم.

کمی شبیه تماشای یک ترفند جادویی عالی در حال اجرا به نظر می رسد. 

بود! دو سخنرانی وجود داشت که به یاد دارم که جادو بودند. یکی ثابت می کرد که سرعت نور ثابت است و به یک قاب مرجع وابسته نیست. و کاملاً جادویی بود که این عدد از ریاضیات خارج شود. و دیگری زمانی بود که ما استخراج کردیم E = mc². خیلی باحال بود

به نظر می رسد همه فکر می کنند ما به زمین شناسی آمدیم زیرا عاشق سفرهای میدانی بودیم. اما چیزی که مرا جذب کرد همین اشتقاق بود. و گاهی فکر می کنم باید زیبایی آن را جشن بگیریم، زیرا برای برخی افراد همین کافی است. که فریبنده است. من عاشق بیرون رفتن در میدان هستم و دوست دارم از لرزه نگار استفاده کنم و در کشتی باشم. اما من فکر می کنم که ما باید زیبایی که فیزیک است را نیز جشن بگیریم.