Вона розшифровує землетруси від підводних вулканів (і Тейлор Свіфт) | Журнал Quanta

Ми часто думаємо про вулкани як про хмарочоси, але ці портали в геологічний підземний світ також знаходяться під водою. На жаль, підводні вулкани складніше досліджувати, ніж їх наземні побратими. Але вам буде важко знайти когось, хто б ними був більше зачарований — і більш уперто вирішив їх вивчати — ніж Джекі Каплан-Ауербах.

Вулканолог з Університету Західного Вашингтона Каплан-Ауербах також є сейсмологом, тим, хто використовує коливання землетрусів, щоб зрозуміти геофізику. І так сталося, що діючі вулкани є джерелами величезних землетрусів; вони створюють стільки сейсмічного шуму, скільки можуть зібрати. Для Каплан-Ауербах цей шум — це музика для її наукового вуха — дані, за допомогою яких можна дізнатися про внутрішню роботу нашої планети.

Слухання цих вулканічних пісень — це не лише задоволення ізольованої наукової цікавості. Коли підводний вулкан у південній частині Тихого океану назвав Хунга Тонга-Хунга Хаапай катастрофічно вибухнув у січні 2022 року, він спричинив руйнівне регіональне цунамі, змусив атмосферу дзвонити, як барабан, і поховав головний острів Королівства Тонга під попелом. Каплан-Ауербах та її колеги сподіваються, що, вивчаючи саундтрек таких сильних вивержень, вони зможуть дізнатися достатньо про фізику пароксизмів, щоб полегшити наслідки майбутніх вулканічних катастроф.

Журнал Quanta наздогнала Каплан-Ауербах, щоб обговорити її подорож у геофізику та як це – вивчати мелодії цих магматичних гір. Інтерв’ю було скорочено та відредаговано для ясності.

Як ви описуєте те, що ви робите?

Я вивчаю землетруси, що відбуваються у вулканічних системах, які я описую як пісні вулкана. Я завжди любив звук. І я завжди любив резонанс і стоячі хвилі. Класичний приклад стоячих хвиль — це коли ви берете пиво й дуєте через верхню частину пляшки, і воно гуде — або коли ви проводите пальцем по верху келиха, що більше подобається моїм п’яним смакам, і скло співає. Все має гул, який пов’язаний з його формою та властивостями матеріалу, і вулкани не відрізняються. Їх канали мають гудіння.

Не знаю чому, але ця наука мене завжди дуже приваблювала. Це саме те, що мені подобалося, і я можу робити це на вулканах.

Ти маєш раніше розмовляв Quanta, для історії про те, як землетруси всередині вулканів можуть виявити, чи накопичується розплавлена ​​порода на глибині чи рухається до поверхні, що, можливо, призводить до виверження. Але як підглядати за підводними вулканами? 

Океани взагалі важко вивчати. Ви не можете бачити дуже далеко; дуже важко відкласти інструменти. Холодно. Це високий тиск. Воно солоне. Речі роз'їдаються і вибухають.

Якщо ми хочемо спостерігати за підводними вулканами, ми можемо розмістити там інструменти. Найчастіше ми кидаємо прилади за борт, включаючи сейсмометри; потім ми йдемо, а потім повертаємося, забираємо інструменти і дивимося, що сталося, поки нас не було. Але якщо ми хочемо отримувати інформацію в режимі реального часу, нам зазвичай це потрібно прокласти приладовий кабель, а витрати астрономічні.

Які види інструментів ви можете використовувати? 

Гідрофони, або механічні вуха, що слухати до всіляких підводних шумів, є чудовим інструментом. Під водою є зона глибиною близько кілометра, де звук затримується. Якщо там є гідрофон, він чує звуки буквально за тисячі кілометрів. Ви можете налаштувати масив, який скаже вам: «О, цей звук лунає звідси, а цей звук лунає звідти». Ви можете почути землетруси, ви можете почути зсуви, ви можете почути виверження вулканів, ви можете почути китів, ви можете почути кораблі — Боже, кораблі гучні. І ви можете транслювати пісні про вулканічну діяльність.

В ідеальному світі ваші сейсмометри все одно були б на самому вулкані. Але просто гідрофон може розповісти вам багато. У районі Тонга кілька разів встановлювали гідрофони, і я хотів би використовувати цей інструмент частіше.

Я уявляю, що під або над водою кожне нове виверження схоже на те, що ти вперше чуєш новий діалект, який потребує перекладу.

правильно. Коли ми маємо щебневий потік лави, що наближається до узбережжя, а коли ми маємо більш схожий на річку потік лави, що стікає? Спочатку ми не знаємо, як визначити такі речі. Ось чому наука – це весело. Найцікавіше сказати: я не знаю, а як я можу дізнатися?

Що вас вводить в оману підводними вулканами?

Вони показують нам, що під водою відбуваються надзвичайні речі, про які ми навіть не підозрюємо. Це змушує мене відчувати, що ми просто не такі актуальні, що, на мій погляд, чудово. Ця планета тут не для нас. Ця планета робить свої справи.

Чи бувають виверження чи землетруси, у яких не вистачає цієї емоційної дилеми?

Я говорю про Землетрус у Деналі 2002 року як ідеальний землетрус: він був величезним, він мав такі дивовижні удари, він відповів на багато запитань про те, як цей розлом працює, але він нікого не вбив. Це була подія магнітудою майже 8.0, від якої можна було щиро радіти без почуття провини.

Це ще одна приємна річ про підводні вулкани. За винятком цього присоски в Тонга, здебільшого вони не впливають на людей.

Чи виникала у вас спокуса спеціалізуватися на чомусь іншому, ніж підводні вулкани?

Коли я навчався в Гавайському університеті, я вагався між морською геофізикою та планетознавством. Я думав, о Боже мій, я міг вивчати гору Олімп, найвищий вулкан на Марсі. Але в другому семестрі я відправився в 28-денний дослідницький круїз басейном Лау в південній частині Тихого океану, де підписав, запечатав і доставив дані морської геофізики. Я просто люблю бути на кораблях. Тож я хотів пограти з цими планетарними речами.

Незважаючи на те, що підводні вулкани часто бувають дивовижними, вони іноді можуть навіювати жах. Це було продемонстровано у січні 2022 року силою Хунга Тонга-Хунга Ха"виверження апай — яке, хоча й почалося під водою, дало про себе знати, негайно вибухнувши над поверхнею моря та пробивши діру в атмосфері Землі. Як ваше захоплення вулканами та землетрусами зберігається в умовах цих катастроф?

Це один із викликів вивчення природних небезпек: як я можу так захоплюватися наукою та не будь неповажним людям, які зазнали негативного впливу? І це справді важко. Коли я дуже радію цим речам, це також може бути тому, що я ще не працював над виверженням, яке було руйнівним.

Ударна хвиля від виверження Тонга викликало цунамі на іншому кінці світу, як в Атлантичному океані, так і в Середземному морі — те, що до того моменту було лише теоретичною можливістю, чи не так? 

так Виверження острова Тонга підтвердило, що цунамі може бути спричинено хвилями атмосферного тяжіння. Це карколомно.

Минуло майже два роки після цієї надзвичайної вибухівки виверження. Чи дослідження цієї події підштовхнули вулканологію якось вперед?

Так. Велика частина вулкана досить цілий, і це божевілля. І те, що вийшло з нього — викинуті вулканічні уламки — подорожувало поки під водою. З такою великою та незвичайною подією, як ця, я думаю, що вона одночасно переписує та перенаправляє наші запитання. Я думаю, що це виверження викликає питання, які ми, можливо, не задавали раніше. Головне, як така велика вибухова сила відбувається без того, щоб будівля розлетілась на шматки?

Отже, незважаючи на те, що виверження можуть бути небезпечними, перевага полягає в тому, що вони дають вченим підказки про те, як працюють вулкани?

правильно. Іноді ми знаходимо ці підказки, тому що використовуємо іншу технологію. Іноді ми знаходимо їх, тому що планета пропонує нам подарунок. І я відчуваю, що виверження, подібні до цього, до певної міри — і щодо людей, які зазнають негативного впливу — з наукової точки зору є трохи подарунком.

Цього літа ваше дослідження привернуло увагу неочікуваної групи: Swifties.  

Боже мій. Я ні про що не шкодую.

Тейлор Свіфт виступала на Lumen Field у Сіетлі 22 і 23 липня, і ви бачили сейсмічні хвилі, створені концертами. Відповідно до вашого аналіз, ці дії спричинили вимірну сейсмічну активність, як невеликий землетрус. І отримав багато увагу преси. Як це було?

Я більше не та людина, яка вивчає вулкани. Я людина, яка відома завдяки Swift Quake. Це абсолютно смішно. Люди запитували: Тейлор Свіфт простягнула руку? Ні, Тейлор Свіфт не зверталася. 

Ви представляючи ваша робота про Swift Quake на зустрічі Американського геофізичного союзу в Сан-Франциско в грудні. Що ви розкриєте?

Дані такі класні. Ви можете ідентифікувати окремі пісні, як-от «Blank Space» і «Shake It Off», визначаючи їхні удари за хвилину — їхній ритм — за допомогою сейсмометра. І ми фактично можемо розрізняти такі речі, як посилена музика, або група, або поведінка натовпу. Вони мають дійсно відмінні, цікаві сейсмічні характеристики.

Це не дуже відрізняється від ідентифікації різних типів діяльності всередині підводних вулканів.

правильно. Різним типам вулканічної активності відповідають різні ритми вулканічних землетрусів, від рухомої магми, що розтріскується крізь скелі, до зсувів. І є люди, які дійсно заінтриговані Swift Quake, але не є науковцями, і коли справа доходить до науки, все, що привертає інтерес громадськості, є чудовим. Це робить мене справді щасливим. 

Багато людей думають про вулканолога як про людину, яка піднімається на вогняні гори та бере зразки твердих каменів і киплячої лави. Але використання землетрусів, щоб «чути» магму, гази та Swifties, також передбачає багато фізики — і це звучить так, ніби ви фізик у душі. Отже, що для вас було першим: вулкани чи фізика?

Мій батько мав медичну освіту, але завжди любив астрономію. Коли ми відвідували його будинок, ми сиділи надворі, а в нього був телескоп, і ми говорили про зірки. Я любив астрономію та астрофізику. По суті, я любив фізику. Я пам’ятаю, як на уроці фізики на першому курсі ми буквально стояли і вболівали за виведення.

Це схоже на виконання чудового магічного трюку. 

Це було! Було дві лекції, які я пам’ятаю, які були магією. Одна з них доводила, що швидкість світла стала, що вона не залежить від системи відліку. І це було абсолютно магічно, що це число випадає з математики. А інший був, коли ми виходили E = mc². Це було так круто.

Здається, всі думають, що ми прийшли до геології, тому що любили екскурсії. Але те, що мене зачепило, так це те, що це виведення. І іноді я думаю, що ми повинні відзначати красу цього, тому що для деяких людей цього достатньо. Це захоплює. Мені подобається бути в полі, я люблю користуватися сейсмометрами та бувати на кораблях. Але я думаю, що ми також повинні відзначати красу, якою є фізика.