Hän purkaa järistyksiä merenalaisilta tulivuorilta (ja Taylor Swiftiltä) | Quanta-lehti

Ajattelemme usein tulivuoria pilvenpiirtävinä ihmeinä, mutta nämä portaalit geologiseen alamaailmaan sijaitsevat myös veden alla. Valitettavasti sukellusvenetulivuoria on vaikeampi tutkia kuin niiden maanpäällisiä sisaruksia. Mutta sinun olisi vaikea löytää ketään, joka olisi enemmän lumoutunut niistä - ja itsepäisempää tutkia niitä - kuin Jackie Caplan-Auerbach.

Länsi-Washingtonin yliopiston vulkanologi Caplan-Auerbach on myös seismologi, joku, joka käyttää maanjäristysten heiluja ymmärtääkseen geofysiikkaa. Ja vain niin sattuu, että aktiiviset tulivuoret ovat mahtavia maanjäristysten aiheuttajia; ne aiheuttavat niin paljon seismistä melua kuin pystyvät keräämään. Caplan-Auerbachille tuo melu on musiikkia hänen tieteellisille korvilleen – tietoa, jota voidaan käyttää planeettamme sisäisen toiminnan oppimiseen.

Näiden vulkaanisten kappaleiden kuunteleminen ei ole vain yksittäisen tieteellisen uteliaisuuden tyydyttämistä. Kun sukellusvenetulivuori eteläisellä Tyynellämerellä nimesi Hunga Tonga-Hunga Ha'apai katastrofaalisesti räjähti tammikuussa 2022, se aiheutti tuhoisan alueellisen tsunamin, sai ilmakehän sykkimään kuin rummun pinnan ja hautasi Tongan kuningaskunnan pääsaaren tuhkaan. Caplan-Auerbach ja hänen kollegansa toivovat, että tutkimalla tällaisten väkivaltaisten purkausten ääniraitaa he voivat oppia tarpeeksi kohtausten taustalla olevasta fysiikasta helpottaakseen tulevien tulivuorenkatastrofien vaikutuksia.

Quanta-lehti tapasi Caplan-Auerbachin ja keskusteli hänen matkastaan ​​geofysiikkaan ja millaista on tutkia näiden magmaattisten vuorten melodioita. Haastattelu on tiivistetty ja muokattu selvyyden vuoksi.

Miten kuvailet tekemistäsi?

Tutkin vulkaanisissa järjestelmissä tapahtuvia maanjäristyksiä, joita kuvailen tulivuoren lauluina. Olen aina rakastanut ääntä. Ja olen aina rakastanut resonanssia ja seisovia aaltoja. Klassinen esimerkki seisovista aalloista on, kun otat oluen ja puhallat pullon yläosan yli, ja se humina - tai se on, kun painat sormeasi viinilasisi päällä, mikä on enemmän minun juomaiseen makuuni ja lasiin laulaa. Kaikessa on huminaa, joka liittyy sen muotoon ja materiaaliominaisuuksiin, eivätkä tulivuoret eroa toisistaan. Niiden putkissa on huminaa.

En tiedä miksi, mutta se tiede on aina todella kiinnostanut minua. Se oli juuri se asia, josta pidin, ja saan tehdä sitä tulivuorilla.

olet aiemmin puhuttu Quanta, tarinaksi siitä, kuinka tulivuoren sisällä tapahtuvat maanjäristykset voivat paljastaa, kerääntyykö sulaa kiveä syvyyteen vai siirtyykö se pintaa kohti, mikä saattaa johtaa purkaukseen. Mutta kuinka vakoilet vedenalaisia ​​tulivuoria? 

Valtameriä on yleensä vaikea tutkia. Et näe kovin kauas; soittimia on erittäin vaikea laskea alas. Se on kylmä. Se on korkea paine. Se on suolaista. Asiat syöpyvät ja räjähtävät.

Jos haluamme tarkkailla sukellusveneen tulivuoria, voimme laittaa sinne instrumentteja. Suurimman osan ajasta pudotamme laitteita yli laidan, mukaan lukien seismometrit; sitten menemme pois, ja sitten palaamme, haemme instrumentit ja katsomme mitä tapahtui, kun olimme poissa. Mutta jos haluamme saada tietoa reaaliajassa, meidän on yleensä pakko aseta instrumentoitu kaapeli, ja kustannukset ovat tähtitieteelliset.

Millaisia ​​soittimia voit käyttää? 

Hydrofonit tai mekaaniset korvat kuunnella kaikenlaisiin vedenalaisiin ääniin, ovat loistava työkalu. Siellä on noin kilometrin päässä vedenalainen vyöhyke, johon ääni jää loukkuun. Jos sinulla on siellä hydrofoni, se kuulee ääniä kirjaimellisesti tuhansien kilometrien päästä. Voit määrittää taulukon, joka kertoo: "Voi, se ääni tulee täältä ja ääni tulee sieltä." Voit kuulla maanjäristyksiä, voit kuulla maanvyörymiä, voit kuulla tulivuorenpurkauksia, voit kuulla valaita, voit kuulla laivoja - Jumala, laivat ovat äänekkäitä. Ja voit suoratoistaa tulivuoren toiminnan kappaleita.

Ihanteellisessa maailmassa seismometrit olisivat edelleen itse tulivuoressa. Mutta pelkkä hydrofoni voi kertoa sinulle tonnin. Hydrofoneja on otettu käyttöön Tongan alueella useita kertoja, ja se on työkalu, jota haluaisin käyttää enemmän.

Kuvittelen, että jokainen uusi purkaus veden alla tai yläpuolella on kuin kuulisi ensimmäistä kertaa uuden murteen, joka vaatii kääntämisen.

Oikein. Milloin rannikkoa lähestyy hiekkainen laavavirtaus, kun taas jokimainen laavavirtaus valuu sisään? Emme tiedä, kuinka tunnistaa tällaisia ​​asioita aluksi. Siksi tiede on hauskaa. Hauskin osa on sanoa: En tiedä, ja miten voin selvittää?

Mikä sinua viehättää sukellusveneen tulivuorissa?

Ne osoittavat meille, että veden alla tapahtuu poikkeuksellisia asioita, joista emme edes tiedä. Se saa minut tuntemaan, ettemme ole niin tärkeitä, mikä on mielestäni hienoa. Tämä planeetta ei ole täällä meitä varten. Tämä planeetta tekee omia juttujaan.

Onko olemassa purkauksia tai maanjäristyksiä, joista puuttuu tämä emotionaalinen dilemma?

Puhun aiheesta 2002 Denalin maanjäristys täydellisenä maanjäristyksenä: Se oli valtava, sillä oli nämä hämmästyttävät vaikutukset, se vastasi moniin kysymyksiin siitä, miten se vika toimii, mutta se ei tappanut ketään. Juuri tästä lähes 8.0 magnitudin tapahtumasta saattoi olla aidosti innoissaan ilman syyllisyyttä.

Se on toinen hieno asia sukellusveneen tulivuorissa. Lukuun ottamatta tätä Tongassa olevaa imurointia, ne eivät suurimmaksi osaksi vaikuta ihmisiin.

Oletko koskaan houkutellut erikoistumaan johonkin muuhun kuin vedenalaisiin tulivuoreihin?

Kun menin Havaijin yliopistoon, pohdin meren geofysiikan ja planeettatieteen välillä. Olin kuin, voi luoja, voisin tutkia Olympus Monsia, Marsin korkeinta tulivuoria. Mutta toisella lukukaudellani kävin 28 päivän tutkimusristeilyllä Lau-altaalla eteläisellä Tyynellämerellä, ja se allekirjoitti, sinetöi ja toimitti meren geofysiikan. Rakastan vain olla laivoilla. Joten olin kuin helvetissä näiden planeettojen kanssa.

Vaikka vedenalaiset tulivuoret usein ovatkin ihmeellisiä, ne voivat joskus herättää kauhua. Väkivaltaiset osoittivat tämän tammikuussa 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha"apai-purkaus - joka, vaikka se alkoi veden alla, teki itsensä tunnetuksi räjähtämällä välittömästi merenpinnan yläpuolelle ja lyömällä reiän Maan ilmakehään. Miten kiinnostuksesi tulivuorista ja maanjäristyksistä kestää näiden katastrofien edessä?

Se on yksi luonnonuhkien tutkimisen haasteista: Kuinka voin olla niin innoissani tieteestä ja älä ole epäkunnioittava ihmisille, jotka vaikuttivat negatiivisesti? Ja se on todella vaikeaa. Kun iloitsen näistä asioista, se voi johtua myös siitä, että en ole vielä työskennellyt tuhoisan purkauksen parissa.

Tonganin purkauksen aiheuttama shokkiaalto laukaisi tsunamit toisella puolella maailmaa, sekä Atlantin valtamerellä että Välimerellä – mikä oli siihen asti vain teoreettinen mahdollisuus, eikö niin? 

Joo. Tongan tulivuorenpurkaus vahvisti, että tsunamit voivat aiheuttaa ilmakehän painovoimaaaltojen vaikutuksesta. Se on järkyttävää.

Meillä on melkein kaksi vuotta siitä poikkeuksellisesta räjähteestä purkaus. Onko tuon tapahtuman tutkimus edistänyt vulkanologian tiedettä jollain tavalla?

Joo. Suurin osa tulivuoresta on melko ehjä, ja se on hullua. Ja tavarat, jotka sieltä tulivat ulos - sinkoutuneet vulkaaniset roskat - kulkivat toistaiseksi veden alla. Luulen, että tällaisen suuren ja epätavallisen tapahtuman myötä se sekä kirjoittaa uudelleen että ohjaa kysymyksemme uudelleen. Luulen, että tämä purkaus herättää kysymyksiä, joita emme ehkä olleet kysyneet aiemmin. Pääasiassa, miten tämä räjähdysvoima tapahtuu ilman, että rakennus hajoaa itseään palasiksi?

Joten vaikka näkyvät purkaukset voivat olla vaarallisia, kääntöpuolena on, että ne antavat tutkijoille vihjeitä tulivuoren toiminnasta?

Oikein. Joskus löydämme nämä vihjeet, koska käytämme erilaista tekniikkaa. Joskus löydämme ne, koska planeetta tarjoaa meille lahjan. Ja minusta tuntuu, että tämänkaltaiset purkaukset ovat jossain määrin – ja suhteessa niihin ihmisiin, joihin vaikuttaa negatiivisesti – ovat tieteellisesti vähän lahja.

Tänä kesänä tutkimuksesi kiinnitti odottamattoman ryhmän huomion: Swifties.  

Herranjumala. En ole katunut siitä mitään.

Taylor Swift esiintyi Lumen Fieldissä Seattlessa 22. ja 23. heinäkuuta, ja sait katsoa konserttien synnyttämiä seismiset aallot. Sinun mukaan analyysi, nämä esitykset tuottivat mitattavissa olevaa seismistä aktiivisuutta, aivan kuten pieni maanjäristys. Ja siitä tuli paljon paina huomiota. Millaista se oli?

En ole enää se henkilö, joka tutkii tulivuoria. Olen henkilö, joka tunnetaan Swift Quakesta. Se on täysin naurettavaa. Ihmiset ovat kysyneet: Onko Taylor Swift ottanut yhteyttä? Ei, Taylor Swift ei ole ottanut yhteyttä. 

Olet esittäminen työsi Swift Quake -tapahtumassa American Geophysical Unionin kokouksessa San Franciscossa joulukuussa. Mitä aiot paljastaa?

Data on niin siistiä. Voit tunnistaa yksittäiset kappaleet, kuten "Blank Space" ja "Shake It Off", tunnistamalla niiden lyönnit minuutissa – niiden rytmin – seismometrin avulla. Ja pystymme itse asiassa erottamaan asiat, kuten vahvistetun musiikin, bändin tai yleisön käyttäytymisen. Niillä on todella selkeät, mielenkiintoiset seismiset ominaisuudet.

Se ei ole niin erilaista kuin erilaisten toimintojen tunnistaminen vedenalaisissa tulivuorissa.

Oikein. Erilaiset tulivuorenjäristysrytmit vastaavat erilaisia ​​tulivuoren toiminnan tyyppejä, liikkuvasta magman halkeilusta kivien läpi maanvyörymiin. Ja on ihmisiä, jotka ovat todella kiinnostuneita Swift Quakesta, jotka eivät ole tiedemiehiä, ja mitä tulee tieteeseen, kaikki, mikä herättää yleisön kiinnostuksen, on hienoa. Se tekee minut todella iloiseksi. 

Monet ihmiset ajattelevat vulkanologia henkilönä, joka skaalaa tulivuoria ja nappaa näytteitä kiinteästä kivestä ja kuplivasta laavasta. Mutta maanjäristysten käyttäminen magman, kaasujen ja Swiftien "kuulemiseen" sisältää myös paljon fysiikkaa – ja kuulostaa siltä, ​​että olet sydämeltään fyysikko. Joten mikä tuli sinulle ensin: tulivuoret vai fysiikka?

Isälläni oli lääketieteen tutkinto, mutta hän on aina rakastanut tähtitiedettä. Kun vierailimme hänen talossaan, istuimme ulkona, ja hänellä oli kaukoputki ja keskustelimme tähdistä. Rakastin tähtitiedettä ja astrofysiikkaa. Pohjimmiltaan rakastin fysiikkaa. Muistan ensimmäisen vuoden fysiikan luokassani, kun kirjaimellisesti seisoimme ja kannustimme johdatusta.

Kuulostaa vähän siltä, ​​kuin katsoisi mahtavaa taikatemppua suoritettavana. 

Se oli! Muistaakseni oli kaksi luentoa, jotka olivat taikuutta. Yksi osoitti, että valon nopeus oli vakio, että se ei ollut riippuvainen vertailukehyksestä. Ja oli aivan taianomaista, että tämä luku putoaa matematiikasta. Ja toinen oli, kun päätimme E = mc². Se oli niin siistiä.

Kaikki näyttävät ajattelevan, että tulimme geologiaan, koska rakastimme kenttämatkoja. Mutta asia, joka sai minut kiinni, oli tuo johdatus. Ja joskus ajattelen, että meidän pitäisi juhlia sen kauneutta, koska joillekin ihmisille se riittää. Se on kiehtovaa. Rakastan kentällä olemista, seismometrien käyttöä ja laivoilla olemista. Mutta mielestäni meidän pitäisi myös juhlia fysiikan kauneutta.