Cô ấy giải mã các trận động đất từ ​​​​núi lửa dưới đáy biển (và Taylor Swift) | Tạp chí Quanta

Chúng ta thường nghĩ núi lửa là những tuyệt tác chọc trời, nhưng những cánh cổng dẫn đến thế giới ngầm địa chất này cũng nằm dưới nước. Thật không may, các núi lửa dưới biển khó nghiên cứu hơn so với các núi lửa trên cạn của chúng. Nhưng bạn sẽ khó tìm được ai say mê chúng hơn - và quyết tâm nghiên cứu chúng một cách ngoan cố hơn - hơn là Jackie Caplan-Auerbach.

Là một nhà nghiên cứu núi lửa tại Đại học Western Washington, Caplan-Auerbach cũng là một nhà địa chấn học, người sử dụng những rung chuyển của động đất để hiểu về địa vật lý. Và thật tình cờ là những ngọn núi lửa đang hoạt động lại là nguồn gây ra những trận động đất khủng khiếp; họ tạo ra nhiều tiếng ồn địa chấn nhất có thể. Đối với Caplan-Auerbach, tiếng ồn đó là âm nhạc đối với đôi tai khoa học của cô - dữ liệu có thể được sử dụng để tìm hiểu về hoạt động bên trong của hành tinh chúng ta.

Nghe những bài hát núi lửa này không chỉ để thỏa mãn sự tò mò khoa học biệt lập. Khi ngọn núi lửa ngầm ở Nam Thái Bình Dương mang tên Hunga Tonga-Hunga Ha'apai một cách thảm khốc phát nổ vào tháng 2022 năm XNUMX, nó tạo ra một cơn sóng thần tàn khốc trong khu vực, khiến bầu không khí rung chuyển như bề mặt của một cái trống và chôn vùi hòn đảo chính của Vương quốc Tonga trong tro bụi. Caplan-Auerbach và các đồng nghiệp của cô hy vọng rằng bằng cách nghiên cứu âm thanh của những vụ phun trào dữ dội như vậy, họ có thể tìm hiểu đủ về cơ chế vật lý đằng sau các cơn kịch phát để giảm bớt tác động của các thảm họa núi lửa trong tương lai.

Tạp chí Quanta đã gặp Caplan-Auerbach để thảo luận về hành trình của cô ấy trong lĩnh vực địa vật lý và việc nghiên cứu giai điệu của những ngọn núi magma này sẽ như thế nào. Cuộc phỏng vấn đã được cô đọng và chỉnh sửa cho rõ ràng.

Làm thế nào để bạn mô tả những gì bạn làm?

Tôi nghiên cứu các trận động đất xảy ra trong các hệ thống núi lửa, mà tôi mô tả là những bài hát của núi lửa. Tôi luôn yêu thích âm thanh. Và tôi luôn yêu thích sự cộng hưởng và sóng đứng. Một ví dụ cổ điển về sóng dừng là khi bạn lấy một cốc bia và thổi lên miệng chai, nó kêu vo vo - hoặc đó là khi bạn lướt ngón tay lên trên miệng ly rượu, điều này phù hợp với sở thích say rượu của tôi hơn, và chiếc ly hát. Mọi thứ đều có tiếng ồn gắn liền với hình dạng và đặc tính vật chất của nó, và núi lửa cũng không khác. Ống dẫn của họ có tiếng ồn.

Tôi không biết tại sao, nhưng khoa học đó luôn thực sự hấp dẫn tôi. Đó chính xác là điều tôi yêu thích và tôi có thể làm điều đó trên núi lửa.

Bạn đã trước đây đã nói chuyện với Quanta, cho một câu chuyện về việc các trận động đất bên trong núi lửa có thể tiết lộ liệu đá nóng chảy có tích tụ ở độ sâu hay di chuyển lên bề mặt hay không, có thể dẫn đến phun trào. Nhưng làm thế nào để bạn theo dõi những ngọn núi lửa dưới nước? 

Các đại dương nói chung rất khó nghiên cứu. Bạn không thể nhìn xa được; rất khó để đặt nhạc cụ xuống. Trời lạnh. Đó là áp suất cao. Nó mặn. Mọi thứ bị ăn mòn và nổ tung.

Nếu chúng ta muốn theo dõi các núi lửa dưới biển, chúng ta có thể đặt thiết bị ở đó. Hầu hết chúng ta đều đánh rơi các thiết bị xuống biển, bao gồm cả máy đo địa chấn; sau đó chúng tôi rời đi, rồi quay lại, lấy dụng cụ và xem điều gì đã xảy ra khi chúng tôi đi vắng. Nhưng nếu chúng ta muốn có được thông tin theo thời gian thực, chúng ta thường phải đặt một cáp thiết bị xuống, và chi phí là vô cùng lớn.

Bạn có thể sử dụng những loại nhạc cụ nào? 

Hydrophone hoặc tai cơ khí nghe đối với tất cả các loại tiếng ồn dưới nước, là một công cụ tuyệt vời. Có một khu vực cách mặt nước khoảng XNUMX km nơi âm thanh bị mắc kẹt. Nếu bạn có một chiếc hydrophone ở đó, nó có thể nghe thấy âm thanh từ cách xa hàng nghìn km. Bạn có thể thiết lập một mảng cho bạn biết, 'Ồ, âm thanh đó phát ra từ đây, và âm thanh đó phát ra từ đó.' Bạn có thể nghe thấy động đất, bạn có thể nghe thấy tiếng lở đất, bạn có thể nghe thấy núi lửa phun trào, bạn có thể nghe thấy tiếng cá voi, bạn có thể nghe thấy tiếng tàu - Chúa ơi, tàu rất ồn ào. Và bạn có thể phát trực tiếp các bài hát về hoạt động của núi lửa.

Trong một thế giới lý tưởng, bạn vẫn có máy đo địa chấn trên chính ngọn núi lửa. Nhưng chỉ một chiếc hydrophone cũng có thể cho bạn biết nhiều điều. Đã có nhiều lần hệ thống điện thoại dưới nước được triển khai ở khu vực Tonga và đó là công cụ mà tôi muốn sử dụng nhiều hơn.

Tôi tưởng tượng rằng, dưới hoặc trên mặt nước, mỗi đợt phun trào mới giống như lần đầu tiên nghe thấy một phương ngữ mới, một phương ngữ cần được dịch.

Phải. Khi nào chúng ta có dòng dung nham vụn tiến đến bờ biển và khi nào chúng ta có dòng dung nham giống sông nhỏ chảy vào? Lúc đầu, chúng tôi không biết cách xác định những thứ này. Đó là lý do tại sao khoa học lại thú vị. Phần thú vị là: Tôi không biết, và làm sao tôi có thể tìm ra?

Điều gì ở những ngọn núi lửa dưới biển khiến bạn mê mẩn?

Chúng cho chúng ta thấy rằng có những điều phi thường xảy ra dưới nước mà chúng ta thậm chí không biết đến. Nó khiến tôi cảm thấy rằng chúng tôi không liên quan đến nhau, điều mà tôi nghĩ thật tuyệt vời. Hành tinh này không ở đây dành cho chúng ta. Hành tinh này đang làm những việc riêng của nó.

Có vụ phun trào hay trận động đất nào thiếu đi tình huống khó xử về mặt cảm xúc này không?

Tôi nói về Trận động đất Denali 2002 như một trận động đất hoàn hảo: Nó rất lớn, nó có những tác động đáng kinh ngạc, nó trả lời rất nhiều câu hỏi về cách thức hoạt động của đứt gãy đó, nhưng nó không giết chết ai cả. Chính sự kiện có cường độ gần 8.0 độ richter này mà bạn có thể thực sự hào hứng mà không cảm thấy tội lỗi.

Đó là một điều thú vị khác về núi lửa dưới biển. Ngoại trừ kẻ tệ hại này ở Tonga, phần lớn mọi người không bị ảnh hưởng bởi chúng.

Bạn có bao giờ muốn chuyên về một lĩnh vực nào khác ngoài núi lửa dưới nước không?

Khi tôi đến Đại học Hawaii, tôi đang tranh luận giữa việc nghiên cứu địa vật lý biển và khoa học hành tinh. Tôi nghĩ, ôi Chúa ơi, tôi có thể nghiên cứu Olympus Mons, ngọn núi lửa cao nhất trên sao Hỏa. Nhưng trong học kỳ thứ hai, tôi đã thực hiện chuyến nghiên cứu kéo dài 28 ngày ở lưu vực Lau, Nam Thái Bình Dương và đã ký kết, niêm phong và chuyển giao địa vật lý biển. Tôi chỉ thích ở trên tàu. Vì vậy, tôi muốn xử lý những thứ liên quan đến hành tinh đó.

Mặc dù chúng thường rất kỳ diệu nhưng những ngọn núi lửa dưới nước đôi khi có thể truyền cảm hứng kinh dị. Điều này đã được chứng minh vào tháng 2022 năm XNUMX bởi bạo lực Hunga Tonga-Hunga Hà'vụ phun trào apai - mặc dù bắt đầu ở dưới nước nhưng được biết đến bằng cách ngay lập tức phát nổ trên mặt biển và tạo ra một lỗ hổng trong bầu khí quyển Trái đất. Niềm đam mê của bạn với núi lửa và động đất giữ vững như thế nào khi đối mặt với những thảm họa này?

Đó là một trong những thách thức của việc nghiên cứu các mối nguy hiểm tự nhiên: Làm sao tôi có thể hào hứng với khoa học và không được thiếu tôn trọng với những người bị ảnh hưởng tiêu cực? Và điều đó thực sự khó khăn. Khi tôi cảm thấy vui mừng về những điều này, cũng có thể là do tôi chưa xử lý một vụ phun trào có sức tàn phá khủng khiếp.

Sóng xung kích từ vụ phun trào Tongan gây ra sóng thần ở phía bên kia thế giới, ở cả Đại Tây Dương và Biển Địa Trung Hải - điều gì đó cho đến thời điểm đó chỉ là lý thuyết, phải không? 

Vâng. Vụ phun trào Tonga xác nhận có thể gây ra sóng thần bởi sóng hấp dẫn khí quyển. Thật là khó hiểu.

Chúng ta đã gần hai năm kể từ vụ nổ phi thường đó phun trào. Nghiên cứu về sự kiện đó có thúc đẩy khoa học về núi lửa tiến lên phía trước không?

Đúng. Phần lớn núi lửa là khá nguyên vẹn, và điều đó thật điên rồ. Và thứ thoát ra từ nó - những mảnh vụn núi lửa phun ra - đã di chuyển cho đến nay dưới nước. Với một sự kiện lớn và bất thường như thế này, tôi nghĩ nó vừa viết lại vừa chuyển hướng câu hỏi của chúng tôi. Tôi nghĩ vụ phun trào này đặt ra những câu hỏi mà có lẽ chúng ta chưa từng hỏi trước đây. Chủ yếu, làm thế nào mà sức mạnh bùng nổ lớn như vậy lại có thể xảy ra mà tòa nhà không tự nổ tung thành từng mảnh?

Vì vậy, mặc dù những vụ phun trào nổi bật có thể nguy hiểm nhưng nhược điểm là chúng cung cấp cho các nhà khoa học manh mối về cách thức hoạt động của núi lửa?

Phải. Đôi khi chúng tôi tìm thấy những manh mối này vì chúng tôi sử dụng một công nghệ khác. Đôi khi chúng ta tìm thấy chúng vì hành tinh này tặng chúng ta một món quà. Và tôi cảm thấy những vụ phun trào như thế này, ở một mức độ nào đó - và đối với những người bị ảnh hưởng tiêu cực - về mặt khoa học là một món quà.

Mùa hè này, nghiên cứu của bạn đã thu hút sự chú ý của một nhóm bất ngờ: Swifties.  

Ôi chúa ơi. Tôi không hối tiếc bất cứ điều gì về điều đó.

Taylor Swift biểu diễn tại Lumen Field ở Seattle vào ngày 22 và 23 tháng XNUMX, và bạn đã có cái nhìn về những cơn địa chấn do buổi hòa nhạc tạo ra. Theo ý kiến ​​của bạn phân tích, những màn trình diễn này tạo ra hoạt động địa chấn có thể đo lường được, giống như một trận động đất nhỏ. Và nó có rất nhiều nhấn mạnh sự chú ý. Nó thế nào?

Tôi không còn là người nghiên cứu về núi lửa nữa. Tôi là người được biết đến với Swift Quake. Nó hoàn toàn vô lý. Mọi người đã hỏi: Taylor Swift đã tiếp cận chưa? Không, Taylor Swift vẫn chưa liên lạc được. 

Bạn đang trình bày công trình của bạn về trận động đất Swift tại buổi họp mặt của Hiệp hội Địa vật lý Hoa Kỳ ở San Francisco vào tháng XNUMX. Bạn sẽ tiết lộ điều gì?

Dữ liệu thật tuyệt vời. Bạn có thể xác định từng bài hát như “Blank Space” và “Shake It Off” bằng cách xác định nhịp mỗi phút — nhịp điệu — bằng máy đo địa chấn. Và chúng ta thực sự có thể phân biệt những thứ như âm nhạc được khuếch đại, ban nhạc hoặc hành vi của đám đông. Chúng có những đặc điểm địa chấn thực sự khác biệt và thú vị.

Điều đó không quá khác biệt so với việc xác định các loại hoạt động khác nhau bên trong các núi lửa dưới nước.

Phải. Các nhịp độ động đất-núi lửa khác nhau tương ứng với các loại hoạt động núi lửa khác nhau, từ chuyển động magma nứt xuyên qua đá đến lở đất. Và có những người thực sự bị thu hút bởi Swift Quake nhưng không phải là nhà khoa học, và khi nói đến khoa học, bất cứ điều gì thu hút được sự quan tâm của công chúng đều là điều tuyệt vời. Nó làm tôi thực sự hạnh phúc. 

Nhiều người nghĩ về một nhà nghiên cứu núi lửa như một người leo lên những ngọn núi bốc lửa và lấy các mẫu đá rắn và dung nham sủi bọt. Nhưng việc sử dụng động đất để “nghe thấy” magma, khí và Swifties cũng liên quan đến rất nhiều vấn đề vật lý — và có vẻ như bạn thực sự là một nhà vật lý. Vậy điều gì đến với bạn đầu tiên: núi lửa hay vật lý?

Bố tôi có bằng y khoa nhưng luôn yêu thích thiên văn học. Khi chúng tôi đến thăm nhà anh ấy, chúng tôi ngồi bên ngoài, anh ấy có một chiếc kính thiên văn và chúng tôi nói chuyện về các vì sao. Tôi yêu thiên văn học và vật lý thiên văn. Về cơ bản, tôi yêu thích vật lý. Tôi nhớ trong lớp vật lý năm đầu tiên, chúng tôi thực sự đã đứng và cổ vũ cho một phương trình đạo hàm.

Nghe có vẻ giống như đang xem một trò ảo thuật tuyệt vời đang được thực hiện. 

Đúng vậy! Tôi nhớ có hai bài giảng thật kỳ diệu. Người ta đang chứng minh rằng tốc độ ánh sáng là không đổi, rằng nó không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Và thật kỳ diệu khi con số này nằm ngoài phép toán. Và điều khác là khi chúng tôi bắt nguồn E = mc². Nó thật tuyệt.

Mọi người dường như nghĩ rằng chúng tôi đến với địa chất vì chúng tôi yêu thích những chuyến đi thực địa. Nhưng điều thu hút tôi chính là nguồn gốc đó. Và đôi khi tôi nghĩ chúng ta nên tôn vinh vẻ đẹp của điều đó, bởi vì đối với một số người, thế là đủ. Điều đó thật quyến rũ. Tôi thích ra ngoài thực địa, thích sử dụng máy đo địa chấn và ở trên tàu. Nhưng tôi nghĩ chúng ta cũng nên tôn vinh vẻ đẹp của vật lý.