เธอถอดรหัสแผ่นดินไหวจากภูเขาไฟใต้ทะเล (และ Taylor Swift) | นิตยสารควอนต้า

เรามักคิดว่าภูเขาไฟเป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่ตึกระฟ้า แต่ประตูสู่โลกใต้พิภพทางธรณีวิทยาก็อาศัยอยู่ใต้น้ำเช่นกัน น่าเสียดายที่ภูเขาไฟใต้น้ำนั้นยากต่อการศึกษามากกว่าพี่น้องบนบก แต่คุณคงยากลำบากที่จะพบใครก็ตามที่หลงเสน่ห์พวกเขา — และตั้งใจแน่วแน่ที่จะศึกษาพวกเขา — มากกว่า แจ็กกี้ แคปลัน-เอาเออร์บัค.

นักภูเขาไฟวิทยาที่มหาวิทยาลัย Western Washington Caplan-Auerbach ยังเป็นนักแผ่นดินไหววิทยาอีกด้วย ซึ่งเป็นคนที่ใช้การกระตุกของแผ่นดินไหวเพื่อทำความเข้าใจธรณีฟิสิกส์ และมันบังเอิญว่าภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่นั้นก่อให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดมหึมา พวกมันส่งเสียงแผ่นดินไหวมากที่สุดเท่าที่จะรวบรวมได้ สำหรับ Caplan-Auerbach เสียงดังกล่าวเป็นเพลงที่ติดหูทางวิทยาศาสตร์ของเธอ ซึ่งเป็นข้อมูลที่สามารถใช้เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการทำงานภายในของโลกของเรา

การฟังเพลงเกี่ยวกับภูเขาไฟเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงการเติมเต็มความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่โดดเดี่ยวเท่านั้น เมื่อภูเขาไฟใต้น้ำในมหาสมุทรแปซิฟิกใต้ชื่อ Hunga Tonga-Hunga Ha'apai อย่างหายนะ ระเบิดในเดือนมกราคม พ.ศ. 2022มันก่อให้เกิดสึนามิทำลายล้างในระดับภูมิภาค ทำให้บรรยากาศสั่นสะเทือนราวกับพื้นผิวของกลอง และฝังเกาะหลักของอาณาจักรตองกาไว้ในเถ้าถ่าน Caplan-Auerbach และเพื่อนร่วมงานของเธอหวังว่าด้วยการศึกษาเพลงประกอบของการปะทุที่รุนแรงดังกล่าว พวกเขาสามารถเรียนรู้ฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการปะทุของแสงได้เพียงพอ เพื่อลดผลกระทบจากภัยพิบัติจากภูเขาไฟในอนาคต

นิตยสาร Quanta พูดคุยกับ Caplan-Auerbach เพื่อหารือเกี่ยวกับการเดินทางของเธอสู่ธรณีฟิสิกส์ และการศึกษาท่วงทำนองของภูเขาหินหนืดเหล่านี้เป็นอย่างไร บทสัมภาษณ์ได้รับการย่อและเรียบเรียงเพื่อความชัดเจน

คุณอธิบายสิ่งที่คุณทำได้อย่างไร?

ฉันศึกษาแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในระบบภูเขาไฟ ซึ่งฉันอธิบายว่าเป็นเพลงของภูเขาไฟ ฉันรักเสียงเสมอ และฉันก็ชอบเสียงสะท้อนและคลื่นนิ่งมาโดยตลอด ตัวอย่างคลาสสิกของการยืนโบกมือคือเมื่อคุณดื่มเบียร์แล้วเป่าขวดแล้วมีเสียงฮัม — หรือเมื่อคุณใช้นิ้วแตะบนแก้วไวน์ ซึ่งตรงกับรสนิยมของฉันและแก้วมากกว่า ร้องเพลง ทุกสิ่งทุกอย่างมีเสียงฮัมที่เกี่ยวข้องกับรูปร่างและคุณสมบัติของวัสดุ และภูเขาไฟก็ไม่ต่างกัน ท่อร้อยสายของพวกเขามีเสียงฮัม

ฉันไม่รู้ว่าทำไม แต่วิทยาศาสตร์นั้นสนใจฉันอยู่เสมอ นั่นคือสิ่งที่ฉันชอบจริงๆ และฉันได้ทำมันบนภูเขาไฟด้วย

คุณได้ เคยพูดด้วย ควอนตั้มสำหรับเรื่องราว เกี่ยวกับวิธีที่แผ่นดินไหวภายในภูเขาไฟสามารถเผยให้เห็นได้ว่าหินหลอมเหลวสะสมอยู่ที่ระดับความลึกหรือเคลื่อนตัวขึ้นสู่ผิวน้ำ ซึ่งอาจนำไปสู่การปะทุ แต่คุณจะสอดแนมภูเขาไฟใต้น้ำได้อย่างไร? 

มหาสมุทรโดยทั่วไปนั้นยากต่อการศึกษา คุณไม่สามารถมองเห็นได้ไกลนัก มันยากมากที่จะวางเครื่องมือลง มันเย็น. มันเป็นความกดดันสูง มีรสเค็ม. สิ่งต่าง ๆ กัดกร่อนและระเบิด

หากเราต้องการติดตามภูเขาไฟใต้น้ำ เราก็สามารถนำเครื่องมือไปที่นั่นได้ โดยส่วนใหญ่แล้ว เราจะปล่อยเครื่องมือลงน้ำ รวมถึงเครื่องวัดแผ่นดินไหว แล้วเราก็ออกไป แล้วกลับมา หยิบเครื่องมือ และดูสิ่งที่เกิดขึ้นในขณะที่เราไม่อยู่ แต่หากเราต้องการรับข้อมูลแบบเรียลไทม์ เรามักจะต้องทำ วางสายเคเบิลที่มีเครื่องมือวัดและต้นทุนก็มหาศาล

คุณสามารถใช้เครื่องมือประเภทใดได้บ้าง? 

ไฮโดรโฟนหรือหูกลนั่นเอง ฟัง สำหรับเสียงใต้น้ำทุกประเภทเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยม มีโซนใต้น้ำประมาณหนึ่งกิโลเมตรซึ่งมีเสียงติดอยู่ หากคุณมีไฮโดรโฟนอยู่ที่นั่น มันจะได้ยินเสียงจากระยะไกลหลายพันกิโลเมตร คุณสามารถตั้งค่าอาร์เรย์ที่บอกคุณว่า 'โอ้ เสียงนั้นมาจากที่นี่ และเสียงนั้นก็มาจากที่นั่น' คุณสามารถได้ยินเสียงแผ่นดินไหว คุณสามารถได้ยินเสียงดินถล่ม คุณสามารถได้ยินเสียงภูเขาไฟระเบิด คุณสามารถได้ยินเสียงปลาวาฬ คุณสามารถได้ยินเสียงเรือ - พระเจ้า เรือส่งเสียงดัง และคุณสามารถสตรีมเพลงของการปะทุของภูเขาไฟได้

ในโลกอุดมคติ คุณยังคงมีเครื่องวัดแผ่นดินไหวอยู่บนภูเขาไฟ แต่แค่ไฮโดรโฟนก็สามารถบอกคุณได้มากมาย ในพื้นที่ตองกามีการใช้ไฮโดรโฟนหลายครั้ง และเป็นเครื่องมือที่ฉันอยากใช้มากกว่านี้

ฉันจินตนาการว่า ไม่ว่าจะใต้น้ำหรือเหนือน้ำ การปะทุครั้งใหม่แต่ละครั้งก็เหมือนกับการได้ยินภาษาถิ่นใหม่เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นภาษาที่ต้องแปล

ขวา. เมื่อไรที่เราจะมีลาวาที่ไหลเข้ามาใกล้ชายฝั่ง และเมื่อใดที่เราจะมีลาวาที่มีลักษณะเหมือนแม่น้ำไหลเข้ามามากกว่า? เราไม่รู้วิธีระบุสิ่งเหล่านี้ในตอนแรก นั่นเป็นเหตุผลที่วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องสนุก ส่วนที่สนุกคือการพูดว่า ฉันไม่รู้ แล้วฉันจะรู้ได้อย่างไร

ภูเขาไฟใต้น้ำที่หลอกคุณคืออะไร?

พวกเขาแสดงให้เราเห็นว่ามีสิ่งพิเศษเกิดขึ้นใต้น้ำที่เราไม่รู้ด้วยซ้ำ มันทำให้ฉันรู้สึกว่าเราไม่ได้เกี่ยวข้องกันขนาดนั้น ซึ่งฉันคิดว่ามันวิเศษมาก โลกใบนี้ไม่ได้อยู่ที่นี่เพื่อเรา ดาวเคราะห์ดวงนี้กำลังทำสิ่งต่าง ๆ ของตัวเอง

มีการปะทุหรือแผ่นดินไหวใดบ้างที่ปราศจากภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกทางอารมณ์นี้หรือไม่?

ฉันพูดคุยเกี่ยวกับ แผ่นดินไหวเดนาลี พ.ศ. 2002 แผ่นดินไหวที่สมบูรณ์แบบ: มันใหญ่มาก มันมีผลกระทบที่น่าอัศจรรย์เหล่านี้ มันตอบคำถามมากมายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของรอยเลื่อนนั้น แต่ก็ไม่ได้ฆ่าใครเลย เป็นเหตุการณ์ขนาดเกือบ 8.0 ที่คุณสามารถรู้สึกตื่นเต้นได้อย่างแท้จริงโดยไม่มีความรู้สึกผิด

นั่นเป็นข้อดีอีกประการหนึ่งของภูเขาไฟใต้น้ำ ยกเว้นคนห่วยๆ ในตองกา โดยส่วนใหญ่แล้ว ผู้คนไม่ได้รับผลกระทบจากพวกเขา

คุณเคยถูกล่อลวงให้เชี่ยวชาญเรื่องอื่นนอกเหนือจากภูเขาไฟใต้น้ำหรือไม่?

ตอนที่ฉันไปมหาวิทยาลัยฮาวาย ฉันกำลังถกเถียงกันระหว่างเรียนธรณีฟิสิกส์ทางทะเลกับวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ฉันแบบว่า โอ้พระเจ้า ฉันสามารถศึกษา Olympus Mons ภูเขาไฟที่สูงที่สุดบนดาวอังคารได้ แต่ในภาคการศึกษาที่สองของฉัน ฉันได้ไปล่องเรือวิจัย 28 วันในลุ่มน้ำเลา ในแปซิฟิกใต้ และนั่นเป็นการลงนาม ปิดผนึก และส่งมอบธรณีฟิสิกส์ทางทะเล ฉันแค่ชอบอยู่บนเรือ ฉันก็เลยอยากจะห่ามกับเรื่องดาวเคราะห์นั่น

แม้ว่าภูเขาไฟใต้น้ำมักจะเป็นเช่นนั้นจะน่าอัศจรรย์ แต่บางครั้งภูเขาไฟใต้น้ำก็สามารถสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดความสยองขวัญได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นในเดือนมกราคม 2022 โดยความรุนแรง ฮุงกา ตองกา-ฮุงกา ฮา'การปะทุของอาไป ซึ่งแม้จะเริ่มต้นใต้น้ำ แต่ก็เป็นที่รู้จักโดยการระเบิดเหนือผิวน้ำทะเลทันทีและเจาะรูในชั้นบรรยากาศของโลก ความหลงใหลในภูเขาไฟและแผ่นดินไหวของคุณเป็นอย่างไรเมื่อเผชิญกับภัยพิบัติเหล่านี้

นั่นเป็นหนึ่งในความท้าทายในการศึกษาอันตรายทางธรรมชาติ ฉันจะตื่นเต้นกับวิทยาศาสตร์ได้อย่างไร อย่าดูหมิ่น ให้กับผู้ที่ได้รับผลกระทบด้านลบ? และนั่นเป็นเรื่องยากจริงๆ เมื่อข้าพเจ้าชื่นชมยินดีกับสิ่งเหล่านี้ อาจเป็นเพราะข้าพเจ้ายังไม่ได้จัดการกับการปะทุที่รุนแรงมาก

คลื่นกระแทกจากการปะทุของตองกา ทำให้เกิดสึนามิ อีกด้านหนึ่งของโลก ทั้งในมหาสมุทรแอตแลนติกและทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ซึ่งเป็นเพียงความเป็นไปได้ทางทฤษฎีจนถึงจุดนั้นใช่ไหม 

ใช่. การปะทุของตองกายืนยันว่าอาจทำให้เกิดสึนามิได้ โดยคลื่นแรงโน้มถ่วงของชั้นบรรยากาศ. นั่นเป็นเรื่องที่น่าเหลือเชื่อ

เราผ่านมาเกือบสองปีแล้วจากการระเบิดที่ไม่ธรรมดาครั้งนั้น การปะทุ การวิจัยเกี่ยวกับเหตุการณ์ดังกล่าวได้ผลักดันวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับภูเขาไฟให้ก้าวไปข้างหน้าในทางใดทางหนึ่งหรือไม่?

ใช่. ภูเขาไฟส่วนใหญ่นั้น ค่อนข้างสมบูรณ์และนั่นมันบ้ามาก และสิ่งที่ออกมาจากมัน เช่น เศษภูเขาไฟที่พุ่งออกมา ก็เดินทางออกไปแล้ว จนถึงตอนนี้ใต้น้ำ. ด้วยเหตุการณ์ใหญ่ที่ไม่ธรรมดาเช่นนี้ ฉันคิดว่ามันเป็นทั้งการเขียนใหม่และเปลี่ยนเส้นทางคำถามของเรา ฉันคิดว่าการปะทุครั้งนี้ทำให้เกิดคำถามที่เราอาจจะไม่เคยถามมาก่อน โดยหลักแล้ว พลังระเบิดมหาศาลนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรโดยที่สิ่งปลูกสร้างไม่ระเบิดตัวเองเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย?

แม้ว่าการปะทุครั้งใหญ่อาจเป็นอันตรายได้ แต่ข้อดีคือพวกมันให้เบาะแสแก่นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวิธีการทำงานของภูเขาไฟ

ขวา. บางครั้งเราพบเบาะแสเหล่านี้เนื่องจากเราใช้เทคโนโลยีที่แตกต่าง บางครั้งเราพบมันเพราะโลกเสนอของขวัญให้เรา และฉันรู้สึกเหมือนการปะทุเช่นนี้ ในระดับหนึ่ง — และในส่วนที่เกี่ยวกับผู้ที่ได้รับผลกระทบเชิงลบ — ถือเป็นของขวัญทางวิทยาศาสตร์เล็กน้อย

ฤดูร้อนนี้ งานวิจัยของคุณได้รับความสนใจจากกลุ่มที่ไม่คาดคิด: Swifties  

โอ้พระเจ้า. ฉันไม่เสียใจอะไรเลย

Taylor Swift แสดงที่ Lumen Field ในซีแอตเทิลเมื่อวันที่ 22 และ 23 กรกฎาคม และคุณได้ดูคลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดจากคอนเสิร์ตแล้ว ตามของคุณ การวิเคราะห์การแสดงเหล่านี้ก่อให้เกิดแผ่นดินไหวที่วัดได้ เช่นเดียวกับแผ่นดินไหวขนาดเล็ก และก็ได้อะไรมากมาย กดความสนใจ. เป็นอย่างไรบ้าง?

ฉันไม่ใช่คนที่ศึกษาเรื่องภูเขาไฟอีกต่อไป ฉันเป็นคนที่รู้จัก Swift Quake มันไร้สาระโดยสิ้นเชิง มีคนถามว่า Taylor Swift ติดต่อมาหรือยัง? ไม่ Taylor Swift ยังไม่ได้ติดต่อ 

คุณคือ นำเสนอ งานของคุณเกี่ยวกับ Swift Quake ที่การรวมตัวของ American Geophysical Union ในซานฟรานซิสโกในเดือนธันวาคม คุณจะเปิดเผยอะไร?

ข้อมูลเจ๋งมาก คุณสามารถระบุเพลงแต่ละเพลง เช่น "Blank Space" และ "Shake It Off" ได้โดยการระบุจังหวะต่อนาที — จังหวะ — โดยใช้เครื่องวัดแผ่นดินไหว และจริงๆ แล้ว เราสามารถแยกแยะสิ่งต่างๆ ได้ เช่น ดนตรีที่มีแอมพลิฟายเออร์ วงดนตรี หรือพฤติกรรมของฝูงชน พวกมันมีลักษณะเฉพาะของแผ่นดินไหวที่โดดเด่นและน่าสนใจมาก

นั่นไม่แตกต่างจากการระบุกิจกรรมประเภทต่างๆ ภายในภูเขาไฟใต้น้ำมากนัก

ขวา. จังหวะแผ่นดินไหวและภูเขาไฟที่แตกต่างกันนั้นสอดคล้องกับการปะทุของภูเขาไฟประเภทต่างๆ ตั้งแต่การเคลื่อนตัวของหินหนืดที่แตกร้าวผ่านหินไปจนถึงแผ่นดินถล่ม และมีคนที่สนใจเรื่อง Swift Quake จริงๆ ที่ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ และเมื่อพูดถึงเรื่องวิทยาศาสตร์ อะไรก็ตามที่ดึงดูดความสนใจของสาธารณชนได้ก็ถือว่าเยี่ยมมาก มันทำให้ฉันมีความสุขจริงๆ 

หลายๆ คนคิดว่านักภูเขาไฟวิทยาคือคนที่ปีนภูเขาที่ลุกเป็นไฟและเก็บตัวอย่างหินแข็งและลาวาที่เดือดปุดๆ แต่การใช้แผ่นดินไหวเพื่อ "ได้ยิน" แมกมา ก๊าซ และสวิฟตีก็ต้องใช้ฟิสิกส์มากมายเช่นกัน และดูเหมือนคุณจะเป็นนักฟิสิกส์ในหัวใจ แล้วอะไรจะเกิดขึ้นเป็นอย่างแรกสำหรับคุณ: ภูเขาไฟหรือฟิสิกส์?

พ่อของฉันสำเร็จการศึกษาทางการแพทย์แต่ชอบดาราศาสตร์มาโดยตลอด ตอนที่เราไปเยี่ยมบ้านของเขา เราจะนั่งข้างนอก และเขามีกล้องโทรทรรศน์ และเราก็คุยกันเรื่องดวงดาว ฉันชอบดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ โดยพื้นฐานแล้วฉันชอบฟิสิกส์ ฉันจำได้ในชั้นเรียนฟิสิกส์ปีแรก ซึ่งเรากำลังยืนเชียร์ให้ได้ผลลัพธ์

ฟังดูคล้ายกับกำลังดูการแสดงมายากลที่ยอดเยี่ยม 

มันเป็น! มีการบรรยายสองครั้งที่ฉันจำได้ว่าเป็นเรื่องมหัศจรรย์ สิ่งหนึ่งที่พิสูจน์ได้ว่าความเร็วแสงคงที่ โดยไม่ได้ขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิง และเป็นเรื่องอัศจรรย์อย่างยิ่งที่ตัวเลขนี้หลุดออกมาจากคณิตศาสตร์. และอีกอย่างคือเมื่อเราได้มา E = mc². มันเจ๋งมาก

ดูเหมือนทุกคนจะคิดว่าเรามาเรียนวิชาธรณีวิทยาเพราะเราชอบทัศนศึกษา แต่สิ่งที่ทำให้ฉันได้รับก็คือรากศัพท์นั้น และบางครั้งฉันคิดว่าเราควรเฉลิมฉลองความงดงามของสิ่งนั้น เพราะสำหรับบางคน แค่นั้นก็เพียงพอแล้ว นั่นก็น่าหลงใหล ฉันชอบออกไปภาคสนาม และฉันชอบใช้เครื่องวัดแผ่นดินไหวและอยู่บนเรือ แต่ฉันคิดว่าเราควรเฉลิมฉลองความงามที่เป็นฟิสิกส์ด้วย