היא מפענחת רעידות מהרי געש תת-ימיים (וטיילור סוויפט) | מגזין קוונטה

לעתים קרובות אנו חושבים על הרי געש כעל פלאים גורדי שחקים, אבל השערים האלה לעולם התחתון הגיאולוגי שוכנים גם מתחת למים. למרבה הצער, הרי געש תת ימיים מסובכים יותר ללימוד מאחיהם היבשתיים. אבל יהיה לך קשה למצוא מישהו יותר מוקסם מהם - ונחוש בעקשנות ללמוד אותם - מאשר ג'קי קפלן-אורבך.

וולקנולוג מאוניברסיטת וושינגטון ווסטרן, קפלן-אוירבך הוא גם סיסמולוגי, מישהו שמשתמש בתנודות של רעידות אדמה כדי להבין את הגיאופיזיקה. ופשוט במקרה שהרי געש פעילים הם יצרני רעידות אדמה נפלאים; הם עושים רעש סיסמי ככל שהם יכולים לגייס. עבור קפלן-אוירבך, הרעש הזה הוא מוזיקה לאוזניה המדעיות - נתונים שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד על פעולתו הפנימית של הפלנטה שלנו.

האזנה לשירים הוולקניים האלה אינה רק להשביע סקרנות מדעית מבודדת. כאשר הר געש תת ימי בדרום האוקיינוס ​​השקט קרא להונגה טונגה-הונגה האפאי בצורה קטסטרופלית התפוצץ בינואר 2022, הוא יצר צונאמי אזורי הרסני, גרם לאטמוספירה לפעום כמו פני השטח של תוף, וקבר את האי הראשי של ממלכת טונגה באפר. קפלן-אוירבך ועמיתיה מקווים שעל ידי לימוד פס הקול של התפרצויות אלימות כאלה, הם יכולים ללמוד מספיק על הפיזיקה מאחורי הפרוקסיסמים כדי להקל על ההשפעות של אסונות געשיים עתידיים.

מגזין Quanta פגשה את קפלן-אוירבך כדי לדון במסע שלה לתוך הגיאופיזיקה ואיך זה ללמוד את המנגינות של ההרים המגמטיים האלה. הראיון תמצה ונערך למען הבהירות.

איך אתה מתאר את מה שאתה עושה?

אני לומד את רעידות האדמה המתרחשות במערכות געשיות, אותן אני מתאר כשירי הר הגעש. תמיד אהבתי סאונד. ותמיד אהבתי תהודה וגלים עומדים. דוגמה קלאסית לגלים עומדים היא כשאתה לוקח בירה ונושף מעל החלק העליון של הבקבוק, והוא מזמזם - או שזה כאשר אתה מעביר את האצבע על החלק העליון של כוס היין שלך, וזה יותר לטעמי האלכוהולי והכוס. שר. לכל דבר יש זמזום שקשור לצורתו ולתכונות החומריות שלו, והרי געש אינם שונים. בצינורות שלהם יש זמזום.

אני לא יודע למה, אבל המדע הזה תמיד ממש משך אותי. זה היה בדיוק הדבר שאהבתי, ואני יכול לעשות את זה על הרי געש.

ללא שם: יש לך שדיברו איתו בעבר Quanta, לסיפור על האופן שבו רעידות אדמה בתוך הרי געש יכולות לחשוף אם סלע מותך מצטבר בעומק או נע לעבר פני השטח, אולי מוביל להתפרצות. אבל איך מרגלים אחר הרי געש מתחת למים? 

קשה לחקור את האוקיינוסים באופן כללי. אתה לא יכול לראות רחוק מאוד; קשה מאוד להניח מכשירים. זה קר. זה לחץ גבוה. זה מלוח. דברים נשחקים ומתפוצצים.

אם אנחנו רוצים לפקח על הרי געש תת ימיים, נוכל לשים מכשירים בחוץ. רוב הזמן, אנו מפילים מכשירים מעל הסיפון, כולל סיסמומטרים; אחר כך אנחנו הולכים משם, ואז אנחנו חוזרים, מביאים את הכלים, ורואים מה קרה בזמן שהיינו. אבל אם אנחנו רוצים לקבל מידע בזמן אמת, אנחנו בדרך כלל חייבים להניח כבל מכשיר, והעלויות הן אסטרונומיות.

באילו סוגי מכשירים אתה יכול להשתמש? 

הידרופונים, או אוזניים מכניות זה להקשיב לכל מיני רעשים מתחת למים, הם כלי נפלא. יש אזור בערך קילומטר מתחת למים שבו קול נכלא. אם יש לך שם הידרופון, הוא יכול לשמוע צלילים ממש ממרחק אלפי קילומטרים. אתה יכול להגדיר מערך שאומר לך, 'אה, הצליל הזה מגיע מכאן, והצליל הזה מגיע משם'. אתה יכול לשמוע רעידות אדמה, אתה יכול לשמוע מפולות, אתה יכול לשמוע התפרצויות געשיות, אתה יכול לשמוע לווייתנים, אתה יכול לשמוע ספינות - אלוהים, ספינות רועשות. ואתה יכול להזרים קצת את שירי הפעילות הוולקנית.

בעולם אידיאלי, עדיין יהיו לך מדי הסיסמו שלך על הר הגעש עצמו. אבל רק הידרופון יכול להגיד לך המון. היו הידרופונים פרוסים באזור טונגה מספר פעמים, וזה כלי שהייתי שמח להשתמש בו יותר.

אני מתאר לעצמי שמתחת למים או מעל המים, כל התפרצות חדשה היא כמו לשמוע ניב חדש בפעם הראשונה, כזה שצריך תרגום.

ימין. מתי מתקרבת לנו זרימת לבה חורפית לחוף, לעומת מתי יש לנו זרימת לבה דומה יותר לנחל? אנחנו לא יודעים איך לזהות דברים כאלה בהתחלה. לכן מדע זה כיף. החלק המהנה הוא לומר: אני לא יודע, ואיך אני יכול לגלות?

מה יש בהרי געש תת ימיים שמפתה אותך?

הם מראים לנו שיש דברים יוצאי דופן שקורים מתחת למים שאנחנו אפילו לא יודעים עליהם. זה גורם לי להרגיש שאנחנו פשוט לא כל כך רלוונטיים, וזה לדעתי די נפלא. הכוכב הזה לא כאן בשבילנו. הכוכב הזה עושה את הדברים שלו.

האם יש התפרצויות או רעידות אדמה שחסרות את הדילמה הרגשית הזו?

אני מדבר על ה 2002 רעידת אדמה בדנאלי בתור רעידת האדמה המושלמת: היא הייתה ענקית, היו לה ההשפעות המדהימות האלה, היא ענתה על הרבה שאלות לגבי איך התקלה הזו עובדת, אבל היא לא הרגה אף אחד. זה היה האירוע הזה כמעט בסדר גודל 8.0 שאתה באמת יכול להתרגש ממנו ללא אשמה.

זה עוד דבר נחמד לגבי הרי געש תת ימיים. למעט הפראייר הזה בטונגה, לרוב, אנשים לא מושפעים מהם.

האם אי פעם התפתת להתמחות במשהו אחר מלבד הרי געש מתחת למים?

כשהלכתי לאוניברסיטת הוואי, התלבטתי בין עיסוק בגיאופיזיקה ימית ובין מדע פלנטרי. הייתי כאילו, אלוהים אדירים, אני יכול ללמוד את אולימפוס מונס, הר הגעש הגבוה ביותר במאדים. אבל בסמסטר השני שלי, יצאתי לשייט מחקר בן 28 יום באגן לאו, בדרום האוקיינוס ​​השקט, וזה חתם, חתום והעביר גיאופיזיקה ימית. אני פשוט אוהב להיות על ספינות. אז הייתי כאילו, לעזאזל עם החומר הפלנטרי הזה.

למרות שהם מופלאים לעתים קרובות, הרי געש מתחת למים יכולים לפעמים לעורר אימה. זה הוכח בינואר 2022 על ידי האלימים הונגה טונגה-הונגה הא"התפרצות אפאי - שלמרות שהחלה מתחת למים, הודיעה על עצמה על ידי התפוצצות מיידית מעל פני הים וחור באטמוספירה של כדור הארץ. איך הקסם שלך מהרי געש ורעידות אדמה מחזיק מעמד מול האסונות האלה?

זה אחד האתגרים של חקר מפגעי טבע: איך אני יכול להיות כל כך נרגש מהמדע וה לא להיות חסר כבוד לאנשים שהושפעו לרעה? וזה ממש קשה. כשאני נהנה לגמרי מהדברים האלה, יכול להיות שזה גם בגלל שעדיין לא עבדתי על התפרצות שהייתה הרסנית.

גל ההלם מההתפרצות בטונגה גרם לצונאמי בצד השני של העולם, גם באוקיינוס ​​האטלנטי וגם בים התיכון - משהו שהיה רק ​​אפשרות תיאורטית עד לאותו נקודה, נכון? 

כֵּן. התפרצות טונגה אישרה שניתן לגרום לצונאמי על ידי גלי כבידה אטמוספריים. זה מטריף נפש.

אנחנו כמעט שנתיים אחרי אותו חומר נפץ יוצא דופן הִתפָּרְצוּת. האם המחקר על האירוע הזה דחף את מדע הוולקנולוגיה קדימה בדרך כלשהי?

כן. רוב הר הגעש הוא די שלם, וזה מטורף. והחומר שכן יצא ממנו - הפסולת הגעשית שנפלטה - נסע עד כה מתחת למים. עם אירוע גדול ויוצא דופן כמו זה, אני חושב שהוא גם משכתב וגם מפנה את השאלות שלנו. אני חושב שההתפרצות הזו מעלה שאלות שאולי לא שאלנו קודם. בעיקר, איך מתרחש הכוח הנפיץ הזה מבלי שהמבנה מתפוצץ לרסיסים?

אז למרות שהתפרצויות בולטות יכולות להיות מסוכנות, הצד החיובי הוא שהן מספקות למדענים רמזים על הדרך שבה הרי געש פועלים?

ימין. לפעמים אנחנו מוצאים את הרמזים האלה כי אנחנו משתמשים בטכנולוגיה אחרת. לפעמים אנחנו מוצאים אותם כי כדור הארץ מציע לנו מתנה. ואני מרגיש שהתפרצויות כמו זו, במידה מסוימת - וביחס לאנשים שהושפעו לרעה - הן מתנה מדעית.

הקיץ הזה, המחקר שלך משך את תשומת לבה של קבוצה בלתי צפויה: Swifties.  

אלוהים אדירים. אני לא מתחרט על שום דבר מזה.

טיילור סוויפט הופיעה ב-Lumen Field בסיאטל ב-22 וב-23 ביולי, והסתכלתם על הגלים הסיסמיים שנוצרו מהקונצרטים. בהתאם ל אנליזה, ביצועים אלה הניבו פעילות סיסמית ניתנת למדידה, ממש כמו רעידת אדמה קטנה. וזה קיבל הרבה לחץ על תשומת לב. איך זה היה?

כבר לא אני האדם שחוקר הרי געש. אני האדם שידוע ברעידת הסוויפט. זה לגמרי מגוחך. אנשים שאלו: האם טיילור סוויפט הושיטה יד? לא, טיילור סוויפט לא הושיטה יד. 

אתה מציג העבודה שלך על רעידת סוויפט בכינוס של האיגוד הגיאופיזי האמריקאי בסן פרנסיסקו בדצמבר. מה תחשוף?

הנתונים כל כך מגניבים. אתה יכול לזהות שירים בודדים כמו "Blank Space" ו-"Shake It Off" על ידי זיהוי פעימותיהם לדקה - הקצב שלהם - באמצעות סיסמומטר. ואנחנו למעשה מסוגלים להבחין בין דברים כמו מוזיקה מוגברת, או הלהקה, או התנהגות הקהל. יש להם מאפיינים סייסמיים מעניינים באמת.

זה לא כל כך שונה מזיהוי סוגים שונים של פעילות בתוך הרי געש מתחת למים.

ימין. מקצבים שונים של רעידות געשיות תואמות לסוגים שונים של פעילות געשית, החל ממאגמה הנעה הנסדקת דרך סלעים ועד למפולות. ויש אנשים שמאוד מסוקרנים מהרעידת הסוויפט שהם לא מדענים, וכשזה מגיע למדע, כל דבר שתופס את העניין של הציבור הוא נהדר. זה ממש משמח אותי. 

אנשים רבים חושבים על וולקנולוג כעל מישהו שעולה על הרים לוהטים ותופס דוגמאות של סלע מוצק ולבה מבעבעת. אבל השימוש ברעידות אדמה כדי "לשמוע" מאגמה, גזים וסוויפטיז כרוך גם בהרבה פיזיקה - וזה נשמע כאילו אתה פיזיקאי בנשמה. אז מה בא קודם עבורך: הרי הגעש, או הפיזיקה?

לאבי היה תואר ברפואה אבל תמיד אהב אסטרונומיה. כשביקרנו בבית שלו, היינו יושבים בחוץ, והיה לו טלסקופ, ודיברנו על הכוכבים. אהבתי אסטרונומיה ואסטרופיזיקה. ביסודו של דבר, אהבתי את הפיזיקה. אני זוכר בשיעור הפיזיקה בשנה א' שבו ממש עמדנו והריענו לגזירה.

זה נשמע קצת כמו צפייה בטריק קסם גדול שמתבצע. 

זה היה! היו שתי הרצאות שאני זוכר שהיו קסם. אחד מהם הוכיח שמהירות האור קבועה, שהיא לא תלויה במסגרת ייחוס. וזה היה קסום לחלוטין שהמספר הזה נופל מהמתמטיקה. והשני היה כשהגענו E = mc². זה היה כל כך מגניב.

נראה שכולם חושבים שהגענו לגיאולוגיה כי אהבנו טיולי שטח. אבל הדבר שהביא אותי היה הגזירה הזו. ולפעמים אני חושב שאנחנו צריכים לחגוג את היופי שבזה, כי עבור אנשים מסוימים, זה מספיק. זה שובה לב. אני אוהב להיות בשטח, ואני אוהב להשתמש בסיסממטרים ולהיות על ספינות. אבל אני חושב שאנחנו צריכים גם לחגוג את היופי שהוא הפיזיקה.