Decodifica i terremoti dei vulcani sottomarini (e Taylor Swift) | Rivista Quanti

Spesso pensiamo ai vulcani come a meraviglie che svettano tra i grattacieli, ma questi portali verso il mondo sotterraneo geologico risiedono anche sott'acqua. Sfortunatamente, i vulcani sottomarini sono più difficili da studiare rispetto ai loro fratelli terrestri. Ma sarebbe difficile trovare qualcuno più incantato da loro – e più ostinatamente determinato a studiarli – di Jackie Caplan-Auerbach.

Vulcanologo alla Western Washington University, Caplan-Auerbach è anche un sismologo, qualcuno che usa le oscillazioni dei terremoti per comprendere la geofisica. E si dà il caso che i vulcani attivi siano prodigiosi produttori di terremoti; fanno tutto il rumore sismico che riescono a raccogliere. Per Caplan-Auerbach, quel rumore è musica per le sue orecchie scientifiche: dati che possono essere utilizzati per conoscere il funzionamento interno del nostro pianeta.

Ascoltare questi canti vulcanici non significa solo saziare un'isolata curiosità scientifica. Quando un vulcano sottomarino nel Pacifico meridionale chiamò catastroficamente Hunga Tonga-Hunga Ha'apai esploso nel gennaio 2022, ha prodotto un devastante tsunami regionale, ha fatto vibrare l'atmosfera come la superficie di un tamburo e ha sepolto nella cenere l'isola principale del Regno di Tonga. Caplan-Auerbach e i suoi colleghi sperano che, studiando la colonna sonora di eruzioni così violente, possano imparare abbastanza sulla fisica dietro i parossismi per alleviare l’impatto dei futuri disastri vulcanici.

Quanta Magazine ha incontrato Caplan-Auerbach per parlare del suo viaggio nella geofisica e di cosa vuol dire studiare le melodie di queste montagne magmatiche. L'intervista è stata condensata e modificata per chiarezza.

Come descrivi quello che fai?

Studio i terremoti che avvengono nei sistemi vulcanici, che descrivo come i canti del vulcano. Ho sempre amato il suono. E ho sempre amato la risonanza e le onde stazionarie. Un classico esempio di onde stazionarie è quando prendi una birra e soffi sopra la bottiglia, e questa ronza - oppure è quando fai scorrere il dito sulla parte superiore del bicchiere di vino, che è più per i miei gusti alcolici, e il bicchiere canta. Ogni cosa ha un ronzio associato alla sua forma e alle sue proprietà materiali, e i vulcani non sono diversi. I loro condotti hanno dei ronzii.

Non so perché, ma quella scienza mi ha sempre attratto molto. Questa era esattamente la cosa che amavo e posso farlo sui vulcani.

Tu hai parlato in precedenza Quanta, per una storia su come i terremoti all’interno dei vulcani possono rivelare se la roccia fusa si sta accumulando in profondità o si sta muovendo verso la superficie, portando forse a un’eruzione. Ma come spiare i vulcani sottomarini? 

Gli oceani in generale sono difficili da studiare. Non puoi vedere molto lontano; è molto difficile mettere giù gli strumenti. Fa freddo. C'è alta pressione. E' salato. Le cose si corrodono e implodono.

Se vogliamo monitorare i vulcani sottomarini, possiamo mettere lì degli strumenti. La maggior parte delle volte gettiamo in mare gli strumenti, compresi i sismometri; poi andiamo via, e poi torniamo, recuperiamo gli strumenti e vediamo cosa è successo mentre eravamo via. Ma se vogliamo ottenere informazioni in tempo reale, in genere dobbiamo farlo stendere un cavo strumentatoe i costi sono astronomici.

Che tipo di strumenti puoi utilizzare? 

Idrofoni o orecchie meccaniche ascolta a tutti i tipi di rumori subacquei, sono uno strumento meraviglioso. C'è una zona a circa un chilometro sott'acqua dove il suono rimane intrappolato. Se hai un idrofono lì, può sentire suoni letteralmente a migliaia di chilometri di distanza. Puoi impostare un array che ti dica: "Oh, quel suono viene da qui e quel suono viene da lì". Puoi sentire i terremoti, puoi sentire le frane, puoi sentire le eruzioni vulcaniche, puoi sentire le balene, puoi sentire le navi - Dio, le navi fanno rumore. E puoi riprodurre in streaming le canzoni dell'attività vulcanica.

In un mondo ideale, i sismometri sarebbero ancora sul vulcano stesso. Ma solo un idrofono può dirti moltissimo. Sono stati utilizzati idrofoni nell'area di Tonga diverse volte ed è uno strumento che mi piacerebbe utilizzare di più.

Immagino che, sott'acqua o sopra l'acqua, ogni nuova eruzione sia come ascoltare per la prima volta un nuovo dialetto, da tradurre.

Giusto. Quando abbiamo un flusso di lava pietroso che si avvicina alla costa, rispetto a quando abbiamo un flusso di lava più simile a un fiume che gocciola dentro? All'inizio non sappiamo come identificare questo genere di cose. Ecco perché la scienza è divertente. La parte divertente è dire: non lo so, e come posso scoprirlo?

Cosa ti affascina dei vulcani sottomarini?

Ci mostrano che sott'acqua accadono cose straordinarie di cui non siamo nemmeno a conoscenza. Mi fa sentire che non siamo così rilevanti, il che penso sia meraviglioso. Questo pianeta non è qui per noi. Questo pianeta sta facendo le sue cose.

Ci sono eruzioni o terremoti a cui manca questo dilemma emotivo?

Parlo del Terremoto di Denali del 2002 come il terremoto perfetto: è stato enorme, ha avuto impatti sorprendenti, ha risposto a molte domande su come funziona quella faglia, ma non ha ucciso nessuno. Era questo evento di magnitudo quasi 8.0 di cui potevi essere sinceramente entusiasta senza sensi di colpa.

Questa è un'altra cosa bella dei vulcani sottomarini. Ad eccezione di questo idiota di Tonga, per la maggior parte, le persone non ne sono influenzate.

Hai mai avuto la tentazione di specializzarti in qualcosa di diverso dai vulcani sottomarini?

Quando andai all'Università delle Hawaii, stavo discutendo tra geofisica marina e scienze planetarie. Pensavo, oh mio Dio, avrei potuto studiare l'Olympus Mons, il vulcano più alto di Marte. Ma nel mio secondo semestre, ho fatto una crociera di ricerca di 28 giorni nel bacino del Lau, nel Pacifico meridionale, e quella ha firmato, sigillato e consegnato la geofisica marina. Adoro stare sulle navi. Quindi ho pensato, al diavolo quella roba planetaria.

Per quanto meravigliosi siano spesso, i vulcani sottomarini a volte possono ispirare orrore. Lo hanno dimostrato nel gennaio 2022 i violenti Hunga Tonga-Hunga Ha'Apai - che, sebbene sia iniziata sott'acqua, si è manifestata esplodendo immediatamente sopra la superficie del mare e creando un buco nell'atmosfera terrestre. Come regge la tua fascinazione per i vulcani e i terremoti di fronte a questi disastri?

Questa è una delle sfide dello studio dei rischi naturali: come posso essere così entusiasta della scienza e... non essere irrispettoso alle persone che hanno subito un impatto negativo? E questo è davvero difficile. Quando divento così felice per queste cose, può anche essere perché non ho ancora lavorato su un'eruzione devastante.

L'onda d'urto dell'eruzione tongana scatenato tsunami dall’altra parte del mondo, sia nell’Oceano Atlantico che nel Mar Mediterraneo – cosa che fino a quel momento era solo una possibilità teorica, giusto? 

Sì. L'eruzione del Tonga ha confermato che gli tsunami possono essere causati dalle onde gravitazionali atmosferiche. È sconcertante.

Siamo a quasi due anni da quello straordinario esplosivo eruzione. La ricerca su quell’evento ha in qualche modo fatto avanzare la scienza della vulcanologia?

SÌ. La maggior parte del vulcano lo è piuttosto intatto, e questo è pazzesco. E il materiale che ne è uscito – i detriti vulcanici espulsi – ha viaggiato finora sott'acqua. Penso che un evento grande e insolito come questo riscriva e allo stesso tempo reindirizzi le nostre domande. Penso che questa eruzione faccia emergere domande che forse non ci eravamo mai posti prima. Soprattutto, come può verificarsi una tale potenza esplosiva senza che l'edificio esploda da solo?

Quindi, anche se le eruzioni importanti possono essere pericolose, il lato positivo è che forniscono agli scienziati indizi sul funzionamento dei vulcani?

Giusto. A volte troviamo questi indizi perché utilizziamo una tecnologia diversa. A volte li troviamo perché il pianeta ci offre un dono. E ho la sensazione che eruzioni come questa, in una certa misura – e rispetto alle persone che ne subiscono l’impatto negativo – siano scientificamente un po’ un dono.

Quest'estate, la tua ricerca ha attirato l'attenzione di un gruppo inaspettato: gli Swifties.  

Dio mio. Non mi pento di nulla di ciò.

Taylor Swift si è esibito al Lumen Field di Seattle il 22 e 23 luglio e hai dato un'occhiata alle onde sismiche generate dai concerti. Secondo il tuo ., queste performance hanno prodotto un'attività sismica misurabile, proprio come un piccolo terremoto. E ne ha ottenuti molti premere l'attenzione. Com'è stato?

Non sono più la persona che studia i vulcani. Sono la persona conosciuta per lo Swift Quake. E' totalmente ridicolo. Le persone hanno chiesto: Taylor Swift ha contattato? No, Taylor Swift non ha contattato. 

si è in procinto di presentazione il tuo lavoro sullo Swift Quake al raduno dell'American Geophysical Union a San Francisco a dicembre. Cosa rivelerai?

I dati sono così interessanti. Puoi identificare singoli brani come "Blank Space" e "Shake It Off" identificando i loro battiti al minuto - il loro ritmo - utilizzando un sismometro. E siamo effettivamente in grado di distinguere cose come la musica amplificata, o la band, o il comportamento della folla. Hanno caratteristiche sismiche davvero distinte e interessanti.

Non è molto diverso dall'identificare diversi tipi di attività all'interno dei vulcani sottomarini.

Giusto. Diversi ritmi di terremoto corrispondono a diversi tipi di attività vulcanica, dallo spostamento del magma che si spacca nelle rocce alle frane. E ci sono persone che sono davvero incuriosite dallo Swift Quake che non sono scienziati, e quando si tratta di scienza, tutto ciò che cattura l'interesse del pubblico è fantastico. Mi rende davvero felice. 

Molte persone pensano a un vulcanologo come a qualcuno che scala montagne infuocate e afferra campioni di solida roccia e lava ribollente. Ma usare i terremoti per "sentire" il magma, i gas e gli Swifties implica anche molta fisica - e sembra che tu sia un fisico in fondo. Allora, cosa è venuto prima per te: i vulcani o la fisica?

Mio padre era laureato in medicina ma ha sempre amato l'astronomia. Quando visitavamo la sua casa, ci sedevamo fuori, lui aveva un telescopio e parlavamo delle stelle. Amavo l'astronomia e l'astrofisica. Fondamentalmente, ho amato la fisica. Ricordo che durante la lezione di fisica del primo anno eravamo letteralmente in piedi e tifavamo per una derivazione.

Sembra un po' come osservare l'esecuzione di un grande trucco magico. 

Era! Ricordo che c'erano due conferenze che erano magiche. Il primo consisteva nel dimostrare che la velocità della luce era costante e non dipendeva da un sistema di riferimento. Ed è stato assolutamente magico che questo numero non fosse compreso nei calcoli. E l'altro è stato quando abbiamo derivato E = mc². È stato fantastico.

Tutti sembrano pensare che siamo venuti alla geologia perché amavamo le gite didattiche. Ma la cosa che mi ha colpito è stata quella derivazione. E a volte penso che dovremmo celebrarne la bellezza, perché per alcune persone è sufficiente. Questo è accattivante. Adoro stare sul campo, adoro usare i sismometri e stare sulle navi. Ma penso che dovremmo celebrare anche la bellezza che è la fisica.