Она расшифровывает землетрясения от подводных вулканов (и Тейлор Свифт) | Журнал Кванта

Мы часто думаем о вулканах как о чудесах небоскребов, но эти порталы в геологический подземный мир также находятся под водой. К сожалению, подводные вулканы изучать сложнее, чем их наземных собратьев. Но вам будет трудно найти кого-то, кто был бы более очарован ими — и более упорно полон решимости изучать их — чем Джеки Каплан-Ауэрбах.

Вулканолог из Университета Западного Вашингтона, Каплан-Ауэрбах также является сейсмологом, который использует колебания землетрясений для понимания геофизики. И так уж получилось, что действующие вулканы являются мощными источниками землетрясений; они производят столько сейсмического шума, сколько могут собрать. Для Каплан-Ауэрбах этот шум — музыка для ее научных ушей — данные, которые можно использовать для изучения внутреннего устройства нашей планеты.

Прослушивание этих вулканических песен – это не просто удовлетворение изолированного научного любопытства. Когда подводный вулкан в южной части Тихого океана под названием Хунга Тонга-Хунга Хаапай катастрофически взорвался в январе 2022 годаОно вызвало разрушительное региональное цунами, заставило атмосферу задрожать, как поверхность барабана, и похоронило главный остров Королевства Тонга пеплом. Каплан-Ауэрбах и ее коллеги надеются, что, изучая саундтрек таких сильных извержений, они смогут узнать достаточно о физике, лежащей в основе пароксизмов, чтобы смягчить последствия будущих вулканических катастроф.

Quanta Magazine встретилась с Каплан-Ауэрбах, чтобы обсудить ее путь в геофизику и то, что значит изучать мелодии этих магматических гор. Интервью было сокращено и отредактировано для ясности.

Как вы описываете то, чем занимаетесь?

Я изучаю землетрясения, происходящие в вулканических системах, которые называю песнями вулкана. Я всегда любил звук. А мне всегда нравился резонанс и стоячие волны. Классический пример стоячих волн — это когда вы берете пиво и дуете на верхнюю часть бутылки, и оно гудит, или это когда вы проводите пальцем по верхней части бокала, что больше соответствует моему пьяному вкусу, и стакан поет. Все имеет гул, связанный с его формой и свойствами материала, и вулканы не являются исключением. Их трубопроводы гудят.

Не знаю почему, но эта наука меня всегда привлекала. Это было именно то, что мне нравилось, и мне приходилось делать это на вулканах.

Вы имеете ранее говорил с Quanta, для истории о том, как землетрясения внутри вулканов могут выявить, скапливается ли расплавленная порода на глубине или движется к поверхности, что, возможно, приводит к извержению. Но как шпионить за подводными вулканами? 

Океаны вообще трудно изучать. Вы не можете видеть очень далеко; очень сложно положить инструменты. Холодно. Это высокое давление. Это соленое. Вещи ржавеют и взрываются.

Если мы хотим следить за подводными вулканами, мы можем разместить там инструменты. Большую часть времени мы роняем за борт инструменты, в том числе сейсмометры; затем мы уходим, а потом возвращаемся, забираем инструменты и смотрим, что произошло, пока нас не было. Но если мы хотим получать информацию в режиме реального времени, нам обычно приходится проложить инструментальный кабель, а затраты астрономические.

Какие инструменты вы можете использовать? 

Гидрофоны или механические уши, которые Слушать ко всем видам подводных шумов, являются прекрасным инструментом. Под водой есть зона глубиной около километра, где задерживается звук. Если у вас есть гидрофон, он сможет услышать звуки буквально за тысячи километров. Вы можете настроить массив, который сообщит вам: «О, этот звук доносится отсюда, а этот звук доносится оттуда». Вы можете услышать землетрясения, вы можете услышать оползни, вы можете услышать извержения вулканов, вы можете услышать китов, вы можете услышать корабли — Боже, корабли громкие. И вы можете транслировать песни о вулканической активности.

В идеальном мире у вас все еще были бы сейсмометры на самом вулкане. Но даже гидрофон может рассказать вам очень многое. В районе Тонги несколько раз использовались гидрофоны, и я хотел бы использовать этот инструмент чаще.

Я представляю, что под водой или над водой каждое новое извержение похоже на первый раз, когда слышишь новый диалект, который нужно перевести.

Верно. Когда к побережью приближается обломочный поток лавы, а когда — более речной поток лавы, стекающий сюда? Сначала мы не знаем, как идентифицировать подобные вещи. Вот почему наука — это весело. Самое интересное — сказать: я не знаю, и как мне это узнать?

Что вас привлекает в подводных вулканах?

Они показывают нам, что под водой происходят необычные вещи, о которых мы даже не знаем. Это заставляет меня чувствовать, что мы не так уж значимы, и это, на мой взгляд, замечательно. Эта планета здесь не для нас. Эта планета делает свои дела.

Бывают ли извержения или землетрясения, в которых отсутствует эта эмоциональная дилемма?

Я говорю о Землетрясение в Денали 2002 г. как идеальное землетрясение: оно было огромным, имело потрясающие последствия, оно ответило на множество вопросов о том, как работает этот разлом, но никого не убило. Это было событие магнитудой почти 8.0, которому можно было искренне радоваться без чувства вины.

Это еще одна приятная особенность подводных вулканов. За исключением этой присоски в Тонге, по большей части люди от них не страдают.

Было ли у вас когда-нибудь искушение специализироваться на чем-то другом, кроме подводных вулканов?

Когда я поступил в Гавайский университет, я колебался между морской геофизикой и планетарной наукой. Я подумал: о боже, я мог бы изучить гору Олимп, самый высокий вулкан на Марсе. Но во втором семестре я отправился в 28-дневный исследовательский круиз по бассейну Лау в южной части Тихого океана, где подписал, запечатал и доставил морскую геофизику. Мне просто нравится находиться на кораблях. Так что я подумал: к черту все эти планетарные штучки.

Какими бы удивительными они ни были, подводные вулканы иногда могут внушать ужас. Это было продемонстрировано в январе 2022 года жестокими Хунга Тонга-Хунга Ха"извержение апай — которое, хотя и началось под водой, дало о себе знать, немедленно взорвавшись над поверхностью моря и пробив дыру в атмосфере Земли. Как ваше увлечение вулканами и землетрясениями сохраняется перед лицом этих катастроф?

Это одна из проблем изучения стихийных бедствий: как я могу так восхищаться наукой и не будь неуважительным людям, которые подверглись негативному воздействию? И это действительно сложно. Когда я радуюсь этим вещам, это также может быть потому, что я еще не работал над разрушительным извержением.

Ударная волна от извержения Тонги вызвало цунами на другом конце света, как в Атлантическом океане, так и в Средиземном море — до этого момента это было лишь теоретической возможностью, верно? 

Ага. Извержение Тонги подтвердило возможность возникновения цунами атмосферными гравитационными волнами. Это ошеломляет.

Прошло почти два года с момента этого необычайно взрывного события. извержение вулкана. Продвинули ли исследования этого события каким-либо образом вперед науку о вулканологии?

Да. Большая часть вулкана довольно неповрежденный, и это безумие. И то, что вышло из него — выброшенные вулканические обломки — путешествовало. пока под водой. Я думаю, что такое большое и необычное событие одновременно переписывает и перенаправляет наши вопросы. Я думаю, что это извержение поднимает вопросы, которые, возможно, мы раньше не задавали. Прежде всего, как добиться такой огромной взрывной силы, чтобы при этом здание не разлетелось на куски?

Таким образом, хотя крупные извержения могут быть опасными, их преимуществом является то, что они дают ученым подсказку о том, как работают вулканы?

Верно. Иногда мы находим эти подсказки, потому что используем другую технологию. Иногда мы находим их, потому что планета преподносит нам подарок. И я чувствую, что такие извержения, подобные этому, в некоторой степени – и по отношению к людям, на которых это оказывает негативное воздействие – с научной точки зрения являются своего рода подарком.

Этим летом ваше исследование привлекло внимание неожиданной группы: Swifties.  

Боже мой. Я ни о чем не жалею.

Тейлор Свифт выступала в Lumen Field в Сиэтле 22 и 23 июля, и вы могли наблюдать сейсмические волны, создаваемые концертами. В соответствии с вашей анализЭти выступления вызвали измеримую сейсмическую активность, подобную небольшому землетрясению. И это получило много внимание прессы. Как это было?

Я больше не тот человек, который изучает вулканы. Я человек, известный благодаря Быстрому Землетрясению. Это совершенно смешно. Люди спрашивали: обратилась ли к нам Тейлор Свифт? Нет, Тейлор Свифт не связалась с нами. 

Вы представляя вашу работу о Быстром Землетрясении на собрании Американского Геофизического Союза в Сан-Франциско в декабре. Что вы раскроете?

Данные такие классные. Вы можете идентифицировать отдельные песни, такие как «Blank Space» и «Shake It Off», определив их количество ударов в минуту — их ритм — с помощью сейсмометра. И мы действительно можем различать такие вещи, как усиленная музыка, или группа, или поведение толпы. У них действительно отличные, интересные сейсмические характеристики.

Это не так уж отличается от выявления различных типов активности внутри подводных вулканов.

Верно. Разным типам вулканической активности соответствуют разные ритмы вулканических землетрясений: от движения магмы, раскалывающей скалы, до оползней. И есть люди, которые действительно заинтригованы Стремительным Землетрясением, но не являются учеными, и когда дело доходит до науки, все, что привлекает интерес общественности, великолепно. Это делает меня очень счастливым. 

Многие люди думают о вулканологе как о человеке, который взбирается на огненные горы и берет образцы твердой породы и бурлящей лавы. Но использование землетрясений, чтобы «слышать» магму, газы и Свифти, также требует большого количества физики — и похоже, что вы в душе физик. Итак, что для вас было первым: вулканы или физика?

Мой отец имел медицинское образование, но всегда любил астрономию. Когда мы приходили к нему домой, мы сидели снаружи, и у него был телескоп, и мы говорили о звездах. Я любил астрономию и астрофизику. В принципе, мне понравилась физика. Я помню, как на первом курсе физики мы буквально стояли и приветствовали вывод.

Это немного похоже на наблюдение за выполнением великолепного фокуса. 

Это было! Я помню две лекции, которые были волшебными. Один доказывал, что скорость света постоянна и не зависит от системы отсчета. И было совершенно волшебно, что это число выпало из математических вычислений.. А другой был, когда мы получили E = mc². Это было так здорово.

Кажется, все думают, что мы пришли в геологию, потому что любили экскурсии. Но что меня поразило, так это это происхождение. И иногда я думаю, что нам следует прославить эту красоту, потому что для некоторых людей этого достаточно. Это захватывающе. Я люблю работать в полевых условиях, люблю использовать сейсмометры и находиться на кораблях. Но я думаю, что нам также следует прославлять красоту физики.