Ona dekodira potrese podvodnih vulkanov (in Taylor Swift) | Revija Quanta

O vulkanih pogosto razmišljamo kot o nebotičnikih, vendar ti portali v geološko podzemlje prebivajo tudi pod vodo. Na žalost je podmorske vulkane težje preučevati kot njihove kopenske brate in sestre. Toda težko bi našli koga, ki bi bil bolj očaran nad njimi - in bolj trmasto odločen, da jih preučuje - kot Jackie Caplan-Auerbach.

Caplan-Auerbach, vulkanolog na Univerzi Western Washington, je tudi seizmolog, nekdo, ki uporablja tresljaje potresov za razumevanje geofizike. In prav tako se zgodi, da so aktivni vulkani neverjetni povzročitelji potresov; povzročijo toliko potresnega hrupa, kot ga zmorejo. Za Caplan-Auerbach je ta hrup glasba za njena znanstvena ušesa – podatki, ki jih je mogoče uporabiti za spoznavanje notranjega delovanja našega planeta.

Poslušanje teh vulkanskih pesmi ne pomeni le potešitve izolirane znanstvene radovednosti. Ko je podmorski vulkan v južnem Tihem oceanu katastrofalno poimenoval Hunga Tonga-Hunga Ha'apai eksplodirala januarja 2022, je povzročil uničujoč regionalni cunami, povzročil, da je ozračje brnelo kot gladina bobna, in glavni otok Kraljevine Tonga pokopal s pepelom. Caplan-Auerbach in njeni sodelavci upajo, da se bodo s preučevanjem zvočnega posnetka takšnih silovitih izbruhov lahko naučili dovolj o fiziki, ki stoji za paroksizmi, da bi ublažili vplive prihodnjih vulkanskih katastrof.

Revija Quanta srečala s Caplan-Auerbachom, da bi razpravljala o njenem potovanju v geofiziko in o tem, kako je preučevati melodije teh magmatskih gora. Intervju je bil zgoščen in urejen zaradi jasnosti.

Kako opišete to, kar počnete?

Preučujem potrese, ki se dogajajo v vulkanskih sistemih, ki jih opisujem kot pesmi vulkana. Vedno sem imel rad zvok. Vedno sem imel rad resonanco in stoječe valove. Klasičen primer stoječih valov je, ko vzamete pivo in pihnete čez vrh steklenice, in zabrni poje. Vse ima brnenje, ki je povezano z njegovo obliko in lastnostmi materiala, in vulkani niso nič drugačni. Njihovi vodi brnijo.

Ne vem zakaj, ampak ta znanost me je vedno zelo privlačila. To je bila točno stvar, ki mi je bila všeč, in to počnem na vulkanih.

Ti si prej govoril Quanta, za zgodbo o tem, kako lahko potresi v vulkanih razkrijejo, ali se staljena kamnina kopiči v globini ali se pomika proti površju, kar morda vodi do izbruha. Kako pa vohuniti za podvodnimi vulkani? 

Oceane je na splošno težko preučevati. Ne vidiš prav daleč; zelo težko je odložiti instrumente. Mrzlo je. To je visok pritisk. Slano je. Stvari korodirajo in implodirajo.

Če želimo spremljati podmorske vulkane, lahko postavimo instrumente tja. Večino časa v vodo spustimo instrumente, vključno s seizmometri; potem gremo stran in se potem vrnemo, vzamemo instrumente in vidimo, kaj se je zgodilo, ko nas ni bilo. Toda če želimo dobiti informacije v realnem času, jih običajno moramo položite kabel z instrumenti, stroški pa so astronomski.

Katere vrste instrumentov lahko uporabljate? 

Hidrofoni ali mehanska ušesa, ki poslušati za vse vrste podvodnih zvokov, so čudovito orodje. Približno kilometer pod vodo je območje, kjer se zvok ujame. Če imate tam hidrofon, lahko sliši zvoke dobesedno na tisoče kilometrov daleč. Nastavite lahko niz, ki vam pove: 'Oh, ta zvok prihaja od tu in ta zvok prihaja od tam.' Lahko slišite potrese, slišite zemeljske plazove, slišite vulkanske izbruhe, slišite kite, slišite ladje - Bog, ladje so glasne. In lahko nekako pretakate pesmi o vulkanski dejavnosti.

V idealnem svetu bi še vedno imeli svoje seizmometre na samem vulkanu. Toda samo hidrofon vam lahko pove marsikaj. Na območju Tonge so bili že večkrat nameščeni hidrofoni in to je orodje, ki bi ga rad še pogosteje uporabljal.

Predstavljam si, da je pod ali nad vodo vsak nov izbruh, kot da bi prvič slišali novo narečje, ki ga je treba prevesti.

Prav. Kdaj imamo gručast tok lave, ki se približuje obali, v primerjavi s tem, kdaj imamo bolj rečni tok lave, ki teče vanjo? Sprva ne znamo prepoznati tovrstnih stvari. Zato je znanost zabavna. Zabaven del je reči: Ne vem, in kako naj to izvem?

Kaj je na podmorskih vulkanih tisto, kar vas zavaja?

Pokažejo nam, da se pod vodo dogajajo izjemne stvari, za katere sploh ne vemo. Zdi se mi, da preprosto nismo tako pomembni, kar se mi zdi nekako čudovito. Ta planet ni tukaj za nas. Ta planet dela svoje stvari.

Ali obstajajo izbruhi ali potresi, ki nimajo te čustvene dileme?

Govorim o Potres v Denaliju 2002 kot popoln potres: bil je ogromen, imel je neverjetne udarce, odgovoril je na veliko vprašanj o tem, kako ta napaka deluje, vendar ni nikogar ubil. To je bil dogodek z magnitudo skoraj 8.0, nad katerim ste lahko brez slabe vesti resnično navdušeni.

To je še ena dobra stvar pri podmorskih vulkanih. Z izjemo tega sesalca v Tongi večinoma ne vplivajo na ljudi.

Vas je kdaj zamikalo, da bi se specializirali za kaj drugega kot za podvodne vulkane?

Ko sem šel na Univerzo na Havajih, sem razpravljal med ukvarjanjem z morsko geofiziko in planetarno znanostjo. Mislil sem si, o moj bog, lahko bi preučeval Olympus Mons, najvišji vulkan na Marsu. Toda v drugem semestru sem šel na 28-dnevno raziskovalno križarjenje v porečju Lau v južnem Pacifiku in to je podpisalo, zapečatilo in dostavilo morsko geofiziko. Preprosto rad sem na ladjah. Tako sem se hotel zajebavati s temi planetarnimi stvarmi.

Čeprav so podvodni vulkani pogosto čudoviti, lahko včasih povzročijo grozo. To so januarja 2022 pokazali nasilni Hunga Tonga-Hunga Ha"apai erupcija — ki se je, čeprav se je začela pod vodo, pokazala tako, da je takoj eksplodirala nad morsko gladino in naredila luknjo v Zemljini atmosferi. Kako se vaše navdušenje nad vulkani in potresi obdrži ob teh nesrečah?

To je eden od izzivov preučevanja naravnih nevarnosti: kako sem lahko tako navdušen nad znanostjo in ne bodi nespoštljiv ljudem, na katere je to negativno vplivalo? In to je res težko. Ko sem ves vesel teh stvari, je to morda tudi zato, ker še nisem delal na izbruhu, ki je bil uničujoč.

Udarni val zaradi izbruha Tongane sprožil cunamije na drugi strani sveta, tako v Atlantskem oceanu kot v Sredozemskem morju - nekaj, kar je bila do te točke le teoretična možnost, kajne? 

ja Izbruh Tonge je potrdil, da lahko povzroči cunamije z atmosferskimi gravitacijskimi valovi. To je osupljivo.

Od tega izjemnega eksploziva sta minili skoraj dve leti izbruh. Ali je raziskava tega dogodka kakorkoli potisnila vulkanologijo naprej?

ja Večina vulkana je precej nepoškodovano, in to je noro. In stvari, ki so prišle iz njega - izvrženi vulkanski ostanki - so potovale tako daleč pod vodo. Ob velikem in nenavadnem dogodku, kot je ta, mislim, da na novo napiše in preusmeri naša vprašanja. Mislim, da ta izbruh odpira vprašanja, ki si jih morda prej nismo zastavili. Predvsem, kako se zgodi tolikšna eksplozivna moč, ne da bi se stavba razstrelila na koščke?

Torej, čeprav so izraziti izbruhi lahko nevarni, je dobra stran ta, da znanstvenikom zagotovijo namige o delovanju vulkanov?

Prav. Včasih te namige najdemo, ker uporabljamo drugačno tehnologijo. Včasih jih najdemo, ker nam planet ponuja darilo. In zdi se mi, da so izbruhi, kot je ta, do neke mere – in glede na ljudi, na katere negativno vpliva – znanstveno nekaj darila.

To poletje je vaša raziskava pritegnila pozornost nepričakovane skupine: Swifties.  

O moj bog. Nič od tega ne obžalujem.

Taylor Swift je 22. in 23. julija nastopila v Lumen Fieldu v Seattlu in videli ste potresne valove, ki so jih povzročili koncerti. Glede na vaše Analiza, so te predstave povzročile merljivo seizmično aktivnost, tako kot majhen potres. In dobil je veliko pozornost tiska. Kako je bilo?

Nisem več oseba, ki preučuje vulkane. Jaz sem oseba, ki je znana po Swift Quakeu. To je popolnoma smešno. Ljudje so spraševali: Ali je Taylor Swift dosegla? Ne, Taylor Swift se ni oglasila. 

Nahajate se predstavitev vaše delo o hitrem potresu na srečanju Ameriške geofizične zveze v San Franciscu decembra. Kaj boste razkrili?

Podatki so tako kul. Posamezne pesmi, kot sta »Blank Space« in »Shake It Off«, lahko prepoznate tako, da s pomočjo seizmometra prepoznate njihove utripe na minuto – njihov ritem. Pravzaprav lahko ločimo stvari, kot je ojačena glasba, skupina ali vedenje množice. Imajo res izrazite, zanimive seizmične značilnosti.

To se ne razlikuje tako od prepoznavanja različnih vrst dejavnosti znotraj podvodnih vulkanov.

Prav. Različni ritmi vulkanskih potresov ustrezajo različnim vrstam vulkanske dejavnosti, od premikajoče se magme, ki poka skozi skale, do zemeljskih plazov. In obstajajo ljudje, ki jih Swift Quake resnično zanima, vendar niso znanstveniki, in ko gre za znanost, je vse, kar pritegne zanimanje javnosti, odlično. To me resnično veseli. 

Mnogi ljudje mislijo o vulkanologu kot o nekom, ki pleza po ognjenih gorah in grabi vzorce trdne kamnine in brbotajoče lave. Toda uporaba potresov za "slišanje" magme, plinov in Swifties vključuje tudi veliko fizike - in sliši se, kot da ste fizik po srcu. Torej, kaj je bilo za vas najprej: vulkani ali fizika?

Moj oče je imel diplomo iz medicine, vendar je vedno ljubil astronomijo. Ko smo obiskali njegovo hišo, smo sedeli zunaj, imel je teleskop, in pogovarjali smo se o zvezdah. Rada sem imela astronomijo in astrofiziko. V bistvu mi je bila všeč fizika. Spomnim se, da smo pri uri fizike v prvem letniku dobesedno stali in navijali za izpeljavo.

Sliši se kot gledanje izvajanja velikega čarovniškega trika. 

Bilo je! Spominjam se dveh predavanj, ki sta bili čarobni. Eden je dokazoval, da je svetlobna hitrost konstantna, da ni odvisna od referenčnega sistema. In bilo je popolnoma čarobno, da ta številka izpade iz matematike. In drugi je bil, ko smo izpeljali E = mc². Bilo je tako kul.

Zdi se, da vsi mislijo, da smo prišli na geologijo, ker smo imeli radi izlete. Ampak stvar, ki me je prevzela, je bila ta izpeljava. In včasih mislim, da bi morali slaviti lepoto tega, ker je nekaterim ljudem to dovolj. To je očarljivo. Rad sem na terenu, rad uporabljam seizmometre in sem na ladjah. Ampak mislim, da bi morali slaviti tudi lepoto, ki je fizika.