Ea decodifică cutremure de la vulcanii submarini (și Taylor Swift) | Revista Quanta

Adesea ne gândim la vulcani ca la minuni de zgârie-nori, dar aceste portaluri către lumea interlopă geologică se află și sub apă. Din păcate, vulcanii submarini sunt mai dificil de studiat decât frații lor terestre. Dar ți-ar fi greu să găsești pe cineva mai fermecat de ele – și mai încăpățânat să le studieze – decât Jackie Caplan-Auerbach.

Vulcanolog la Universitatea Western Washington, Caplan-Auerbach este, de asemenea, seismolog, cineva care folosește zvâcnirile cutremurelor pentru a înțelege geofizica. Și se întâmplă că vulcanii activi sunt producători prodigioși de cutremur; fac cât de mult zgomot seismic pot aduna. Pentru Caplan-Auerbach, acel zgomot este muzică pentru urechile ei științifice - date care pot fi folosite pentru a afla despre funcționarea internă a planetei noastre.

Ascultarea acestor cântece vulcanice nu înseamnă doar saturarea unei curiozități științifice izolate. Când un vulcan submarin din Pacificul de Sud a numit Hunga Tonga-Hunga Ha'apai în mod catastrofal a explodat în ianuarie 2022, a produs un tsunami regional devastator, a făcut ca atmosfera să bată ca suprafața unui tobă și a îngropat insula principală a Regatului Tonga în cenușă. Caplan-Auerbach și colegii ei speră că, studiind coloana sonoră a unor astfel de erupții violente, vor putea afla suficient despre fizica din spatele paroxismelor pentru a atenua impactul viitoarelor dezastre vulcanice.

Revista Quanta L-am întâlnit pe Caplan-Auerbach pentru a discuta despre călătoria ei în geofizică și despre cum este să studiezi melodiile acestor munți magmatici. Interviul a fost condensat și editat pentru claritate.

Cum descrii ceea ce faci?

Studiez cutremurele care au loc în sistemele vulcanice, pe care le descriu drept cântecele vulcanului. Intotdeauna mi-a placut sunetul. Și întotdeauna mi-au plăcut rezonanța și undele staționare. Un exemplu clasic de valuri stătătoare este atunci când iei o bere și sufli peste partea superioară a sticlei și zumzea - ​​sau este atunci când îți treci degetul pe vârful paharului de vin, ceea ce este mai potrivit pentru gusturile mele băuturi și paharul. cântă. Totul are un zumzet care este asociat cu forma și proprietățile sale materiale, iar vulcanii nu diferă. Conductele lor au zumzet.

Nu știu de ce, dar acea știință m-a atras mereu cu adevărat. Acesta a fost exact ceea ce mi-a plăcut și pot să o fac pe vulcani.

Ai cu care s-a vorbit anterior Cuante, pentru o poveste despre modul în care cutremurele din interiorul vulcanilor pot dezvălui dacă roca topită se acumulează la adâncime sau se deplasează spre suprafață, ducând probabil la o erupție. Dar cum spionezi vulcanii subacvatici? 

Oceanele în general sunt greu de studiat. Nu poți vedea foarte departe; este foarte greu să dai instrumentele jos. E rece. Este de înaltă presiune. Este sărat. Lucrurile se corodează și explodează.

Dacă vrem să monitorizăm vulcanii submarini, putem pune instrumente acolo. De cele mai multe ori, aruncăm instrumente peste bord, inclusiv seismometre; apoi plecăm, apoi ne întoarcem, recuperăm instrumentele și vedem ce s-a întâmplat când eram plecați. Dar dacă dorim să obținem informații în timp real, de obicei trebuie aşezaţi un cablu instrumentat, iar costurile sunt astronomice.

Ce fel de instrumente poți folosi? 

Hidrofoane, sau urechi mecanice care asculta la tot felul de zgomote subacvatice, sunt un instrument minunat. Există o zonă sub apă la aproximativ un kilometru în care sunetul este prins. Dacă aveți un hidrofon acolo, acesta poate auzi sunete de la literalmente mii de kilometri distanță. Puteți configura o matrice care vă spune: „Oh, acel sunet vine de aici și acel sunet vine de acolo”. Puteți auzi cutremure, puteți auzi alunecări de teren, puteți auzi erupții vulcanice, puteți auzi balene, puteți auzi nave — Doamne, navele sunt zgomotoase. Și puteți să transmiteți în flux melodiile activității vulcanice.

Într-o lume ideală, încă ți-ai avea seismometrele pe vulcanul însuși. Dar doar un hidrofon vă poate spune o tonă. Au fost instalate hidrofoane în zona Tonga de mai multe ori și este un instrument pe care mi-ar plăcea să îl folosesc mai mult.

Îmi imaginez că, sub sau deasupra apei, fiecare nouă erupție este ca și cum ai auzi un nou dialect pentru prima dată, unul care trebuie tradus.

Dreapta. Când avem o curgere de lavă groaznică care se apropie de coastă, comparativ cu când avem un flux de lavă mai asemănător unui râu care dribling în? Nu știm cum să identificăm astfel de lucruri la început. De aceea știința este distractivă. Partea distractivă este să spui: nu știu și cum pot afla?

Ce te amăgește la vulcanii submarini?

Ele ne arată că există lucruri extraordinare care se întâmplă sub apă despre care nici nu știm. Mă face să simt că nu suntem atât de relevanți, ceea ce cred că este oarecum minunat. Această planetă nu este aici pentru noi. Această planetă își face propriile lucruri.

Există erupții sau cutremur cărora le lipsește această dilemă emoțională?

vorbesc despre Cutremurul Denali din 2002 ca cutremurul perfect: a fost uriaș, a avut aceste impacturi uimitoare, a răspuns la multe întrebări despre cum funcționează acea greșeală, dar nu a ucis pe nimeni. A fost acest eveniment cu magnitudinea de aproape 8.0 de care ai putea fi cu adevărat entuziasmat, fără vinovăție.

Acesta este un alt lucru frumos despre vulcanii submarini. Cu excepția acestui idiot din Tonga, în cea mai mare parte, oamenii nu sunt afectați de ei.

Ați fost vreodată tentat să vă specializați în altceva decât în ​​vulcanii subacvatici?

Când am fost la Universitatea din Hawaii, dezbateam între geofizica marină și știința planetară. Eram ca și cum, Doamne, aș putea studia Olympus Mons, cel mai înalt vulcan de pe Marte. Dar, în al doilea semestru, am plecat într-o croazieră de cercetare de 28 de zile în bazinul Lau, în Pacificul de Sud, care a semnat, sigilat și livrat geofizica marine. Îmi place să fiu pe nave. Așa că am fost ca, la naiba cu chestiile astea planetare.

Deși sunt deseori minunati, vulcanii subacvatici pot inspira uneori groază. Acest lucru a fost demonstrat în ianuarie 2022 de către cei violenti Hunga Tonga-Hunga Ha"erupția apai — care, deși a început sub apă, s-a făcut cunoscută explodând imediat deasupra suprafeței mării și făcând o gaură în atmosfera Pământului. Cum rezistă fascinația ta pentru vulcani și cutremure în fața acestor dezastre?

Aceasta este una dintre provocările studierii hazardelor naturale: Cum pot fi atât de entuziasmat de știință și nu fi lipsit de respect persoanelor care au fost afectate negativ? Și asta e foarte greu. Când mă bucur de aceste lucruri, poate fi și pentru că nu am lucrat încă la o erupție care a fost devastatoare.

Unda de șoc de la erupția Tongan a declanșat tsunami de cealaltă parte a lumii, atât în ​​Oceanul Atlantic, cât și în Marea Mediterană – ceva care era doar o posibilitate teoretică până în acel moment, nu? 

Da. Erupția Tonga a confirmat că pot fi provocate tsunami de undele gravitaționale atmosferice. Asta e uluitor.

Suntem la aproape doi ani de la acel exploziv extraordinar erupţie. Cercetarea acelui eveniment a împins în vreun fel știința vulcanologiei?

Da. Cea mai mare parte a vulcanului este destul de intacte, și asta e o nebunie. Și lucrurile care au ieșit din el - resturile vulcanice ejectate - au călătorit atât de departe sub apă. Cu un eveniment mare și neobișnuit ca acesta, cred că atât rescrie, cât și redirecționează întrebările noastre. Cred că această erupție aduce întrebări pe care poate nu le-am pus până acum. În principal, cum se întâmplă atâta putere explozivă fără ca edificiul să se facă bucăți?

Deci, deși erupțiile proeminente pot fi periculoase, avantajul este că oferă oamenilor de știință indicii despre modul în care funcționează vulcanii?

Dreapta. Uneori găsim aceste indicii pentru că folosim o tehnologie diferită. Uneori le găsim pentru că planeta ne oferă un cadou. Și simt că erupțiile ca aceasta, într-o oarecare măsură - și în ceea ce privește oamenii care sunt afectați negativ - sunt științific un pic un dar.

În această vară, cercetările tale au atras atenția unui grup neașteptat: Swifties.  

Oh, Doamne. Nu regret nimic din toate astea.

Taylor Swift a cântat la Lumen Field din Seattle pe 22 și 23 iulie și ați văzut undele seismice generate de concerte. Potrivit dvs analiză, aceste performanțe au produs o activitate seismică măsurabilă, la fel ca un mic cutremur. Și a primit o mulțime de atenția presei. Cum a fost că?

Nu mai sunt eu persoana care studiază vulcanii. Eu sunt persoana care este cunoscută pentru Swift Quake. Este total ridicol. Oamenii au întrebat: Taylor Swift a contactat? Nu, Taylor Swift nu a contactat. 

Sunteţi prezentarea munca voastră asupra Swift Quake la reuniunea American Geophysical Union din San Francisco în decembrie. Ce vei dezvălui?

Datele sunt atât de cool. Puteți identifica melodii individuale precum „Blank Space” și „Shake It Off” identificându-le bătăile pe minut – ritmul – folosind un seismometru. Și de fapt suntem capabili să distingem lucruri precum muzica amplificată, sau trupa sau comportamentul mulțimii. Au caracteristici seismice cu adevărat distincte, interesante.

Acest lucru nu este atât de diferit de identificarea diferitelor tipuri de activitate în interiorul vulcanilor subacvatici.

Dreapta. Diferite ritmuri de cutremur de vulcan corespund diferitelor tipuri de activitate vulcanică, de la mișcarea magmei care crăpă prin roci până la alunecări de teren. Și există oameni care sunt cu adevărat intrigați de Swift Quake care nu sunt oameni de știință, iar când vine vorba de știință, orice atrage interesul publicului este grozav. Mă face cu adevărat fericit. 

Mulți oameni se gândesc la un vulcanolog ca la cineva care urcă pe munți înfocați și ia mostre de rocă solidă și lavă clocotită. Dar folosirea cutremurelor pentru a „auzi” magma, gazele și Swifties implică și o mulțime de fizică – și se pare că ești un fizician la suflet. Deci, ce a fost primul pentru tine: vulcanii sau fizica?

Tatăl meu avea o diplomă de medicină, dar a iubit întotdeauna astronomia. Când am vizitat casa lui, stăteam afară, el avea un telescop și vorbeam despre stele. Mi-a plăcut astronomia și astrofizica. Practic, mi-a plăcut fizica. Îmi amintesc la cursul meu de fizică din primul an, unde am stat și am aplaudat pentru o derivație.

Sună un pic ca și cum ai urmări un truc de magie grozav. 

Era! Îmi amintesc că au fost două prelegeri magice. Unul dovedea că viteza luminii era constantă, că nu depindea de un cadru de referință. Și a fost total magic că acest număr nu iese din matematică. Și celălalt a fost când am derivat E = mc². A fost atât de misto.

Toată lumea pare să creadă că am ajuns la geologie pentru că ne plăceau excursiile în teren. Dar lucrul care m-a atras a fost acea derivare. Și uneori cred că ar trebui să sărbătorim frumusețea asta, pentru că pentru unii oameni este suficient. Asta este captivant. Îmi place să stau pe câmp și îmi place să folosesc seismometre și să fiu pe nave. Dar cred că ar trebui să sărbătorim și frumusețea care este fizica.