Ő dekódolja a földrengéseket a tenger alatti vulkánokból (és Taylor Swiftből) | Quanta Magazin

Gyakran úgy gondoljuk, hogy a vulkánok felhőkarcoló csodák, de ezek a geológiai alvilágba vezető portálok is a víz alatt találhatók. Sajnos a tengeralattjáró vulkánokat bonyolultabb tanulmányozni, mint a szárazföldi testvéreiket. De nehéz lenne találni valakit, aki jobban elbűvölné őket – és makacsabban elszántan tanulmányozni őket, mint Jackie Caplan-Auerbach.

A Nyugat-Washingtoni Egyetem vulkanológusa, Caplan-Auerbach szeizmológus is, aki a földrengések rázkódását használja a geofizika megértéséhez. És megesik, hogy az aktív vulkánok csodálatos földrengéseket okoznak; annyi szeizmikus zajt csapnak ki, amennyit csak tudnak. Caplan-Auerbach számára ez a zaj zene a tudományos fülek számára – adatok, amelyek felhasználhatók bolygónk belső működésének megismerésére.

Ezeknek a vulkáni daloknak a hallgatása nem csupán egy elszigetelt tudományos kíváncsiság kielégítését jelenti. Amikor a Csendes-óceán déli részén egy tengeralattjáró vulkán a Hunga Tonga-Hunga Ha'apai nevet kapta katasztrofálisan 2022 januárjában robbant fel, pusztító regionális szökőárt okozott, a légkört úgy dübörgött, mint egy dob felszíne, és hamuba temette Tongai Királyság fő szigetét. Caplan-Auerbach és munkatársai azt remélik, hogy az ilyen heves kitörések hangsávjának tanulmányozásával eleget tanulhatnak a rohamok mögött meghúzódó fizikáról, hogy enyhítsék a jövőbeli vulkáni katasztrófák hatásait.

Quanta Magazine felkapta Caplan-Auerbachot, hogy megbeszélje a geofizika felé vezető utazását, és azt, hogy milyen e magmás hegyek dallamait tanulmányozni. Az interjút az egyértelműség kedvéért sűrítettük és szerkesztettük.

Hogyan írja le, amit csinál?

Tanulmányozom a vulkáni rendszerekben előforduló földrengéseket, amelyeket a vulkán dalaiként írok le. Mindig is szerettem a hangzást. És mindig is szerettem a rezonanciát és az állóhullámokat. Az állóhullámok klasszikus példája az, amikor veszel egy sört, és átfújod a palack tetejét, és zúg – vagy az, amikor az ujjad a borospohár tetejére húzod, ami inkább az én piás ízlésemhez illik, és a pohárra. énekel. Mindennek van egy zümmögése, ami az alakjához és anyagi tulajdonságaihoz kapcsolódik, és a vulkánok sem különböznek egymástól. A vezetékeikben zúgás van.

Nem tudom miért, de ez a tudomány mindig is nagyon vonzott. Pontosan ez volt az a dolog, amit szerettem, és vulkánokon tehetem.

Megvan korábban beszélt Quanta, egy történethez arról, hogy a vulkánokon belüli földrengések hogyan mutathatják meg, hogy az olvadt kőzet felhalmozódik-e a mélyben, vagy a felszín felé halad, esetleg kitöréshez vezet. De hogyan kémkedsz a víz alatti vulkánok után? 

Az óceánokat általában nehéz tanulmányozni. Nem nagyon látsz; nagyon nehéz letenni a hangszereket. Hideg van. Magas nyomású. Sós. A dolgok korrodálódnak és felrobbannak.

Ha tengeralattjáró vulkánokat akarunk figyelni, kihelyezhetünk műszereket. Legtöbbször a vízbe dobunk műszereket, beleértve a szeizmométereket is; aztán elmegyünk, aztán visszajövünk, előhozzuk a hangszereket, és megnézzük, mi történt, amíg távol voltunk. De ha valós időben akarunk információkat szerezni, akkor általában muszáj fektessen le egy műszeres kábelt, a költségek pedig csillagászatiak.

Milyen hangszereket használhat? 

Hidrofonok, vagy mechanikus fülek, hogy hallgat mindenféle víz alatti zajra, csodálatos eszköz. Van egy zóna körülbelül egy kilométerre a víz alatt, ahol a hang csapdába esik. Ha van ott hidrofonja, akkor szó szerint több ezer kilométerről is hallja a hangokat. Beállíthat egy tömböt, amely azt mondja: "Ó, ez a hang innen jön, és az a hang onnan jön." Hallod a földrengéseket, hallod a földcsuszamlásokat, hallod a vulkánkitöréseket, hallod a bálnákat, hallod a hajókat - Istenem, a hajók hangosak. És streamelheti a vulkáni tevékenység dalait.

Egy ideális világban még mindig magán a vulkánon tartanák a szeizmométereket. De csak egy hidrofon sokat tud mondani. Többször telepítettek hidrofonokat Tonga térségében, és ez egy olyan eszköz, amelyet szívesen használnék még.

Elképzelem, hogy víz alatt vagy víz felett minden új kitörés olyan, mintha először hallanék egy új dialektust, amelyet le kell fordítani.

Jobb. Mikor közeledik törmelékes lávafolyamunk a parthoz, és mikor csöpög be inkább folyószerű lávafolyam? Először nem tudjuk, hogyan azonosítsuk be az efféle dolgokat. Ezért szórakoztató a tudomány. A mulatság az, hogy azt mondja: nem tudom, és honnan tudhatnám meg?

Mi az, ami elkápráztat a tengeralattjáró vulkánokban?

Megmutatják, hogy rendkívüli dolgok történnek a víz alatt, amelyekről nem is tudunk. Úgy érzem, hogy nem vagyunk annyira relevánsak, ami szerintem csodálatos. Ez a bolygó nem nekünk van itt. Ez a bolygó a saját dolgait végzi.

Vannak olyan kitörések vagy földrengések, amelyekből hiányzik ez az érzelmi dilemma?

beszélek a 2002-es denali földrengés mint a tökéletes földrengés: Hatalmas volt, csodálatos hatásai voltak, sok kérdésre válaszolt a hiba működésével kapcsolatban, de nem ölt meg senkit. Ez a majdnem 8.0 magnitúdós esemény volt az, ami miatt valóban bûntudat nélkül lehetett izgulni.

Ez egy másik szép dolog a tengeralattjáró vulkánokkal kapcsolatban. Ezt a tongai balekot leszámítva a legtöbb embert nem érintik.

Volt már kísértés, hogy valami másra szakosodjon, mint a víz alatti vulkánokra?

Amikor a Hawaii Egyetemre jártam, a tengeri geofizika és a bolygótudomány között vitatkoztam. Úgy gondoltam, istenem, tanulmányozhatnám az Olympus Monst, a Mars legmagasabb vulkánját. Második szemeszteremben azonban egy 28 napos kutatókörútra mentem a Lau-medencében, a Csendes-óceán déli részén, és aláírtam, lezártam és átadtam a tengeri geofizikát. Egyszerűen szeretek hajókon lenni. Szóval úgy voltam vele, hogy a fenébe is ezzel a bolygóval.

Bár gyakran csodálatosak, a víz alatti vulkánok néha rettegést keltenek. Ezt mutatták be 2022 januárjában az erőszakosok Hunga Tonga-Hunga Ha"apai kitörés – amely bár víz alatt kezdődött, de azonnal felrobbant a tenger felszíne felett, és lyukat ütött a Föld légkörébe. Hogyan áll fenn a vulkánok és a földrengések iránti rajongásod ezeknek a katasztrófáknak a fényében?

Ez a természeti veszélyek tanulmányozásának egyik kihívása: Hogyan lehetek ennyire izgatott a tudomány és a ne legyen tiszteletlen azoknak az embereknek, akiket negatívan érintettek? És ez nagyon nehéz. Amikor nagyon örülök ezeknek a dolgoknak, ez azért is lehet, mert még nem dolgoztam olyan kitörésen, amely pusztító volt.

A tongai kitörés lökéshulláma szökőárokat váltott ki a világ másik felén, az Atlanti-óceánon és a Földközi-tengeren egyaránt – ami addig csak elméleti lehetőség volt, igaz? 

Igen. A tongai kitörés megerősítette, hogy szökőárokat okozhatnak a légkör gravitációs hullámai által. Ez elképesztő.

Majdnem két éve vagyunk attól a rendkívüli robbanóanyagtól kitörés. Az esemény kutatása előremozdította a vulkanológia tudományát valamilyen módon?

Igen. A vulkán nagy része elég ép, és ez őrület. És a cucc, ami kikerült belőle – a kilökődött vulkáni törmelék –, utazott eddig a víz alatt. Egy ilyen nagy és szokatlan esemény azt hiszem, átírja és átirányítja a kérdéseinket. Azt hiszem, ez a kitörés olyan kérdéseket vet fel, amelyeket korábban talán fel sem tettünk. Főleg, hogyan történik ez a nagy robbanóerő anélkül, hogy az építmény darabokra törné magát?

Tehát bár a kiemelkedő kitörések veszélyesek is lehetnek, az az előnye, hogy nyomokat adnak a tudósoknak a vulkánok működéséről?

Jobb. Néha azért találjuk ezeket a nyomokat, mert más technológiát használunk. Néha megtaláljuk őket, mert a bolygó ajándékot kínál nekünk. És úgy érzem, hogy az ehhez hasonló kitörések bizonyos mértékig – és a negatívan érintett emberek tekintetében – tudományos szempontból egy kis ajándék.

Ezen a nyáron a kutatásod egy váratlan csoport figyelmét keltette fel: a Swifties-t.  

Istenem. Semmit sem sajnálok ebből.

Taylor Swift a seattle-i Lumen Fieldben lépett fel július 22-én és 23-án, és megtekinthette a koncertek által keltett szeizmikus hullámokat. A tiéd szerint elemzés, ezek az előadások mérhető szeizmikus aktivitást produkáltak, akárcsak egy kis földrengés. És sok lett belőle nyomd meg a figyelmet. Hogy is volt?

Már nem én vagyok az, aki a vulkánokat tanulmányozza. Én vagyok az a személy, aki a Swift Quake-ről ismert. Ez teljesen nevetséges. Az emberek megkérdezték: Taylor Swift elérte a kapcsolatot? Nem, Taylor Swift nem nyúlt hozzá. 

Ön bemutató az Amerikai Geofizikai Unió decemberi San Franciscó-i összejövetelén a Swift Quake-en. Mit fogsz elárulni?

Nagyon jók az adatok. Az egyes dalokat, például a „Blank Space” és a „Shake It Off” azonosíthatja úgy, hogy a percenkénti ütemüket – ritmusukat – szeizmométerrel azonosítja. És valójában képesek vagyunk megkülönböztetni az olyan dolgokat, mint a felerősített zene, vagy a zenekar, vagy a tömeg viselkedése. Valóban megkülönböztethető, érdekes szeizmikus jellemzőkkel rendelkeznek.

Ez nem annyira különbözik a víz alatti vulkánokon belüli különböző típusú tevékenységek azonosításától.

Jobb. A különböző vulkánrengések ritmusai a vulkáni tevékenység különböző típusainak felelnek meg, a mozgó magmától a sziklákon keresztül repedező magmától a földcsuszamlásig. És vannak olyan emberek, akiket igazán érdekel a Swift Quake, és akik nem tudósok, és ha a tudományról van szó, minden, ami felkelti a közvélemény érdeklődését, nagyszerű. Ez igazán boldoggá tesz. 

Sokan úgy gondolják a vulkanológust, mint aki tüzes hegyeket lépeget, szilárd kőzeteket és bugyborékoló lávamintákat ragad. De a földrengések használata a magma, a gázok és a Swifties „meghallgatására” rengeteg fizikát is magában foglal – és úgy hangzik, mintha fizikus lennél. Szóval, mi volt számodra előbb: a vulkánok vagy a fizika?

Apám orvosi diplomával rendelkezett, de mindig is szerette a csillagászatot. Amikor meglátogattuk a házát, kint ültünk, volt nála egy távcső, és a csillagokról beszélgettünk. Szerettem a csillagászatot és az asztrofizikát. Alapvetően szerettem a fizikát. Emlékszem az első éves fizikaórámon, ahol szó szerint álltunk és szurkoltunk a levezetésért.

Kicsit úgy hangzik, mintha egy nagyszerű bűvésztrükket néznénk. 

Ez volt! Emlékszem, volt két előadás, amelyek varázslatosak voltak. Az egyik azt bizonyította, hogy a fénysebesség állandó, és nem függ a referenciakerettől. És teljesen varázslatos volt, hogy ez a szám kiesik a matekból. A másik pedig az volt, amikor levezettük E = mc². Olyan klassz volt.

Úgy tűnik, mindenki azt gondolja, hogy azért jöttünk a geológiába, mert szerettük a terepbejárásokat. De ami megfogott, az a levezetés volt. És néha úgy gondolom, hogy ünnepelnünk kellene ennek szépségét, mert néhány embernek ez is elég. Ez magával ragadó. Szeretek kint lenni a terepen, szeretek szeizmométereket használni és hajókon lenni. De szerintem ünnepelnünk kell a fizika szépségét is.