Dia Mendekodekan Gempa Dari Gunung Berapi Bawah Laut (dan Taylor Swift) | Majalah Kuanta

Kita sering menganggap gunung berapi sebagai keajaiban gedung pencakar langit, namun portal menuju dunia bawah tanah geologi ini juga berada di bawah air. Sayangnya, gunung berapi bawah laut lebih sulit untuk dipelajari dibandingkan gunung berapi terestrial. Namun Anda akan kesulitan menemukan orang yang lebih terpesona olehnya – dan lebih keras kepala bertekad untuk mempelajarinya – daripada Jackie Caplan-Auerbach.

Seorang ahli vulkanologi di Western Washington University, Caplan-Auerbach juga seorang seismolog, seseorang yang menggunakan guncangan gempa bumi untuk memahami geofisika. Dan kebetulan gunung berapi aktif merupakan penghasil gempa bumi yang luar biasa; mereka mengeluarkan suara seismik sebanyak yang mereka bisa kumpulkan. Bagi Caplan-Auerbach, kebisingan tersebut adalah musik bagi telinga ilmiahnya – data yang dapat digunakan untuk mempelajari cara kerja internal planet kita.

Mendengarkan lagu-lagu vulkanik ini bukan hanya tentang memuaskan keingintahuan ilmiah yang terisolasi. Ketika gunung berapi bawah laut di Pasifik Selatan bernama Hunga Tonga-Hunga Ha'apai menimbulkan bencana besar meledak pada Januari 2022, bencana ini menghasilkan tsunami regional yang dahsyat, menyebabkan atmosfer bergetar seperti permukaan drum, dan mengubur pulau utama Kerajaan Tonga dalam abu. Caplan-Auerbach dan rekan-rekannya berharap dengan mempelajari soundtrack letusan dahsyat tersebut, mereka dapat belajar cukup banyak tentang fisika di balik paroxysms untuk mengurangi dampak bencana vulkanik di masa depan.

Majalah Quanta bertemu dengan Caplan-Auerbach untuk mendiskusikan perjalanannya ke bidang geofisika dan bagaimana rasanya mempelajari melodi pegunungan magmatik ini. Wawancara telah diringkas dan diedit untuk kejelasan.

Bagaimana Anda menggambarkan apa yang Anda lakukan?

Saya mempelajari gempa bumi yang terjadi di sistem vulkanik, yang saya gambarkan sebagai nyanyian gunung berapi. Saya selalu menyukai suara. Dan saya selalu menyukai resonansi dan gelombang berdiri. Contoh klasik gelombang berdiri adalah saat Anda mengambil bir dan meniup bagian atas botolnya, dan botolnya berdengung — atau saat Anda mengusap bagian atas gelas anggur, yang lebih sesuai dengan selera saya, dan gelasnya bernyanyi. Segala sesuatu memiliki dengungan yang dikaitkan dengan bentuk dan sifat materialnya, begitu pula gunung berapi. Saluran mereka bersenandung.

Saya tidak tahu kenapa, tapi sains selalu menarik bagi saya. Itulah hal yang saya sukai, dan saya melakukannya di gunung berapi.

Anda sudah sebelumnya diajak bicara Quanta, untuk sebuah cerita tentang bagaimana gempa bumi di dalam gunung berapi dapat mengungkap apakah batuan cair terakumulasi di kedalaman atau bergerak menuju permukaan, yang mungkin menyebabkan letusan. Tapi bagaimana Anda memata-matai gunung berapi bawah laut? 

Lautan secara umum sulit untuk dipelajari. Anda tidak dapat melihat terlalu jauh; sangat sulit untuk meletakkan instrumen. Ini dingin. Ini tekanan tinggi. Itu asin. Segala sesuatunya terkorosi dan meledak.

Jika kita ingin memantau gunung berapi bawah laut, kita bisa memasang instrumen di sana. Sering kali, kita menjatuhkan instrumen ke laut, termasuk seismometer; lalu kami pergi, lalu kami kembali, mengambil instrumen-instrumen itu, dan melihat apa yang terjadi selama kami pergi. Namun jika kita ingin mendapatkan informasi secara real time, biasanya kita harus melakukannya letakkan kabel berinstrumen, dan biayanya sangat besar.

Jenis instrumen apa yang dapat Anda gunakan? 

Hidrofon, atau telinga mekanis itu mendengarkan untuk segala jenis kebisingan di bawah air, adalah alat yang luar biasa. Ada zona sekitar satu kilometer di bawah air tempat suara terperangkap. Jika Anda memiliki hidrofon di sana, ia dapat mendengar suara dari jarak ribuan kilometer. Anda dapat mengatur susunan yang memberi tahu Anda, 'Oh, suara itu datang dari sini, dan suara itu datang dari sana.' Anda dapat mendengar gempa bumi, Anda dapat mendengar suara tanah longsor, Anda dapat mendengar letusan gunung berapi, Anda dapat mendengar suara ikan paus, Anda dapat mendengar suara kapal — Ya Tuhan, suara kapal sangat keras. Dan Anda dapat memutar lagu-lagu aktivitas gunung berapi.

Idealnya, Anda masih memiliki seismometer di gunung berapi itu sendiri. Tapi hidrofon saja bisa memberi tahu Anda banyak hal. Hidrofon telah dipasang beberapa kali di wilayah Tonga, dan ini adalah alat yang ingin saya gunakan lebih sering lagi.

Saya membayangkan, di bawah atau di atas air, setiap letusan baru seperti mendengarkan dialek baru untuk pertama kalinya, yang perlu diterjemahkan.

Benar. Kapan kita melihat aliran lahar berbentuk puing-puing mendekati pantai, dibandingkan kapan ada aliran lahar mirip sungai yang mengalir ke dalam? Kami tidak tahu bagaimana mengidentifikasi hal-hal semacam ini pada awalnya. Itu sebabnya sains itu menyenangkan. Bagian yang menyenangkan adalah mengatakan: Saya tidak tahu, dan bagaimana saya bisa mengetahuinya?

Ada apa dengan gunung berapi bawah laut yang membuat Anda terpesona?

Mereka menunjukkan kepada kita bahwa ada hal-hal luar biasa yang terjadi di bawah air yang bahkan tidak kita ketahui. Itu membuat saya merasa bahwa kami tidak begitu relevan, dan menurut saya itu luar biasa. Planet ini bukan untuk kita. Planet ini melakukan urusannya sendiri.

Apakah ada letusan atau gempa bumi yang tidak memiliki dilema emosional ini?

Saya berbicara tentang Gempa bumi Denali tahun 2002 sebagai gempa yang sempurna: Gempa tersebut sangat besar, memiliki dampak yang luar biasa, menjawab banyak pertanyaan tentang cara kerja patahan tersebut, namun tidak membunuh siapa pun. Peristiwa berkekuatan hampir 8.0 skala Richter inilah yang membuat Anda benar-benar bersemangat tanpa rasa bersalah.

Itu adalah hal menyenangkan lainnya tentang gunung berapi bawah laut. Kecuali di Tonga, sebagian besar masyarakat tidak terkena dampaknya.

Pernahkah Anda tergoda untuk mengkhususkan diri pada hal lain selain gunung berapi bawah laut?

Ketika saya kuliah di Universitas Hawai'i, saya berdebat antara melakukan geofisika kelautan dan ilmu planet. Saya seperti, ya Tuhan, saya bisa mempelajari Olympus Mons, gunung berapi tertinggi di Mars. Namun di semester kedua, saya melakukan pelayaran penelitian selama 28 hari di Lau Basin, di Pasifik Selatan, dan menandatangani, menyegel, dan menyampaikan geofisika kelautan. Saya suka berada di kapal. Jadi saya merasa, persetan dengan hal-hal yang berhubungan dengan planet ini.

Meski sering kali menakjubkan, gunung berapi bawah laut terkadang bisa menimbulkan kengerian. Hal ini ditunjukkan pada Januari 2022 dengan terjadinya kekerasan Hunga Tonga-Hunga Ha'letusan apai — yang meskipun dimulai di bawah air, diketahui dengan segera meledak di atas permukaan laut dan melubangi atmosfer bumi. Bagaimana daya tarik Anda terhadap gunung berapi dan gempa bumi dalam menghadapi bencana-bencana ini?

Itulah salah satu tantangan mempelajari bahaya alam: Bagaimana saya bisa begitu bersemangat dengan ilmu pengetahuan dan teknologi tidak bersikap tidak sopan kepada orang-orang yang terkena dampak negatif? Dan itu sangat sulit. Ketika saya gembira dengan hal-hal ini, mungkin juga karena saya belum mengerjakan letusan yang dahsyat.

Gelombang kejut letusan Tonga memicu tsunami di belahan dunia lain, baik di Samudera Atlantik maupun Laut Mediterania — sesuatu yang sampai saat itu hanya merupakan kemungkinan teoretis, bukan? 

Ya. Letusan Tonga menegaskan bahwa tsunami dapat terjadi oleh gelombang gravitasi atmosfer. Itu mencengangkan.

Kita hampir dua tahun berlalu dari ledakan luar biasa itu letusan. Apakah penelitian terhadap peristiwa tersebut mendorong kemajuan ilmu vulkanologi?

Ya. Sebagian besar gunung berapi adalah cukup utuh, dan itu gila. Dan benda-benda yang keluar dari dalamnya – puing-puing vulkanik yang terlontar – ikut bergerak sejauh ini di bawah air. Dengan peristiwa besar dan tidak biasa seperti ini, menurut saya hal ini menulis ulang sekaligus mengalihkan pertanyaan kita. Saya rasa letusan ini memunculkan pertanyaan-pertanyaan yang mungkin belum pernah kita tanyakan sebelumnya. Terutama, bagaimana daya ledak sebesar ini bisa terjadi tanpa bangunannya meledak berkeping-keping?

Jadi meskipun letusan besar bisa berbahaya, keuntungannya adalah letusan tersebut memberikan petunjuk kepada para ilmuwan tentang cara kerja gunung berapi?

Benar. Terkadang kami menemukan petunjuk ini karena kami menggunakan teknologi yang berbeda. Terkadang kita menemukannya karena planet ini menawarkan kita hadiah. Dan saya merasa letusan seperti ini, sampai batas tertentu – dan sehubungan dengan orang-orang yang terkena dampak negatifnya – secara ilmiah merupakan sebuah anugerah.

Musim panas ini, penelitian Anda menarik perhatian kelompok yang tidak terduga: Swifties.  

Ya Tuhan. Saya tidak menyesali semua itu.

Taylor Swift tampil di Lumen Field di Seattle pada tanggal 22 dan 23 Juli, dan Anda dapat melihat gelombang seismik yang dihasilkan oleh konser tersebut. Menurut Anda analisis, pertunjukan ini menghasilkan aktivitas seismik yang terukur, seperti gempa kecil. Dan itu mendapat banyak tekan perhatian. Bagaimana itu?

Saya bukan lagi orang yang mempelajari gunung berapi. Saya orang yang terkenal dengan Swift Quake. Benar-benar konyol. Orang-orang bertanya: Apakah Taylor Swift telah menghubunginya? Tidak, Taylor Swift belum menghubungi. 

Anda menyajikan pekerjaan Anda pada Swift Quake pada pertemuan American Geophysical Union di San Francisco pada bulan Desember. Apa yang akan Anda ungkapkan?

Datanya keren sekali. Anda dapat mengidentifikasi masing-masing lagu seperti “Blank Space” dan “Shake It Off” dengan mengidentifikasi detak per menitnya — ritmenya — menggunakan seismometer. Dan kami sebenarnya dapat membedakan hal-hal seperti musik yang diperkuat, atau band, atau perilaku penonton. Mereka mempunyai karakteristik seismik yang sangat berbeda dan menarik.

Hal ini tidak jauh berbeda dengan mengidentifikasi berbagai jenis aktivitas di dalam gunung berapi bawah laut.

Benar. Irama gempa gunung berapi yang berbeda-beda berhubungan dengan jenis aktivitas gunung berapi yang berbeda-beda, mulai dari pergerakan magma yang memecahkan bebatuan hingga tanah longsor. Dan ada orang-orang yang benar-benar tertarik dengan Swift Quake namun bukan ilmuwan, dan jika menyangkut sains, apa pun yang dapat menarik minat masyarakat adalah hal yang bagus. Itu membuatku sangat bahagia. 

Banyak orang menganggap ahli vulkanologi sebagai seseorang yang mendaki gunung berapi dan mengambil sampel batuan padat dan lava yang menggelegak. Namun menggunakan gempa bumi untuk “mendengar” magma, gas, dan Swifties juga melibatkan banyak ilmu fisika — dan sepertinya Anda adalah seorang ahli fisika. Jadi, mana yang pertama kali Anda pikirkan: gunung berapi, atau fisika?

Ayah saya memiliki gelar kedokteran tetapi selalu menyukai astronomi. Ketika kami mengunjungi rumahnya, kami duduk di luar, dan dia memiliki teleskop, dan kami mengobrol tentang bintang. Saya menyukai astronomi dan astrofisika. Pada dasarnya, saya menyukai fisika. Saya ingat di kelas fisika tahun pertama saya di mana kami benar-benar berdiri dan bersorak untuk sebuah derivasi.

Kedengarannya seperti menyaksikan trik sulap hebat yang dilakukan. 

Dulu! Ada dua ceramah yang saya ingat yang ajaib. Salah satunya adalah membuktikan bahwa kecepatan cahaya adalah konstan, tidak bergantung pada kerangka acuan. Dan sungguh ajaib bahwa angka ini tidak dihitung. Dan yang lainnya adalah saat kami turunan E = mc². Itu sangat keren.

Semua orang sepertinya mengira kami datang ke geologi karena kami menyukai karyawisata. Tapi hal yang membuat saya tertarik adalah derivasi itu. Dan terkadang saya pikir kita harus merayakan keindahannya, karena bagi sebagian orang, itu sudah cukup. Itu menarik. Saya suka berada di lapangan, dan saya suka menggunakan seismometer dan berada di kapal. Tapi menurut saya kita juga harus merayakan keindahan fisika.