غالبًا ما نفكر في البراكين باعتبارها أعاجيب ناطحات السحاب، لكن هذه البوابات إلى العالم السفلي الجيولوجي موجودة أيضًا تحت الماء. ولسوء الحظ، فإن دراسة البراكين البحرية أصعب من دراسة البراكين الأرضية. لكن سيكون من الصعب عليك العثور على أي شخص مفتون بها - وأكثر إصرارًا على دراستها - من جاكي كابلان أورباخ.

عالم البراكين في جامعة غرب واشنطن، كابلان أورباخ هو أيضًا عالم زلازل، وهو شخص يستخدم اهتزازات الزلازل لفهم الجيوفيزياء. ويحدث أن البراكين النشطة تنتج الزلازل بشكل مذهل. إنهم يصدرون أكبر قدر ممكن من الضوضاء الزلزالية. بالنسبة لكابلان أورباخ، فإن هذا الضجيج بمثابة موسيقى لآذانها العلمية، فهي بيانات يمكن استخدامها للتعرف على الأعمال الداخلية لكوكبنا.

إن الاستماع إلى هذه الأغاني البركانية لا يقتصر فقط على إشباع فضول علمي معزول. عندما ثار بركان مغمور في جنوب المحيط الهادئ أطلق عليه اسم هونجا تونغا-هونغا هاباي بشكل كارثي انفجرت في يناير 2022وأدى إلى حدوث تسونامي إقليمي مدمر، وتسبب في اهتزاز الغلاف الجوي مثل سطح الطبل، ودفن الجزيرة الرئيسية في مملكة تونغا بالرماد. تأمل كابلان أورباخ وزملاؤها أنه من خلال دراسة الموسيقى التصويرية لمثل هذه الانفجارات العنيفة، يمكنهم تعلم ما يكفي عن الفيزياء وراء النوبات لتخفيف آثار الكوارث البركانية المستقبلية.

مجلة كوانتا التقت بكابلان أورباخ لمناقشة رحلتها في الجيوفيزياء وما يعنيه دراسة ألحان هذه الجبال المنصهرة. تم تكثيف المقابلة وتحريرها من أجل الوضوح.

كيف تصف ما تفعله؟

أقوم بدراسة الزلازل التي تحدث في الأنظمة البركانية، والتي أصفها بأغاني البركان. لقد أحببت الصوت دائمًا. ولقد أحببت دائمًا الرنين والأمواج الدائمة. أحد الأمثلة الكلاسيكية للموجات الموقوفة هو عندما تتناول كوبًا من البيرة وتنفخ فوق الجزء العلوي من الزجاجة، فيصدر صوت طنين - أو عندما تمرر إصبعك على الجزء العلوي من كأس النبيذ الخاص بك، وهو ما يناسب ذوقي الخمري أكثر، والكأس يغني. كل شيء له همهمة ترتبط بشكله وخصائصه المادية، والبراكين لا تختلف عن ذلك. قنواتهم لها طنين.

لا أعرف السبب، لكن هذا العلم كان يجذبني دائمًا. كان هذا بالضبط هو الشيء الذي أحببته، ويمكنني أن أفعل ذلك على البراكين.

كنت قد تحدثت سابقا ل كوانتا، لقصة حول كيف يمكن للزلازل داخل البراكين أن تكشف ما إذا كانت الصخور المنصهرة تتراكم في العمق أو تتحرك نحو السطح، مما قد يؤدي إلى ثوران. ولكن كيف يمكنك التجسس على البراكين تحت الماء؟ 

من الصعب دراسة المحيطات بشكل عام. لا يمكنك الرؤية بعيدًا جدًا؛ من الصعب جدًا ترك الأدوات جانبًا. انها بارده. إنه ارتفاع الضغط. انها مالحة. الأشياء تتآكل وتنفجر.

إذا أردنا مراقبة البراكين البحرية، فيمكننا وضع أدوات هناك. في معظم الأحيان، نقوم بإسقاط الأدوات من على متن السفينة، بما في ذلك أجهزة قياس الزلازل؛ ثم نخرج ثم نعود ونستعيد الأدوات ونرى ماذا حدث أثناء غيابنا. ولكن إذا أردنا الحصول على المعلومات في الوقت الحقيقي، فعادةً ما يتعين علينا القيام بذلك وضع كابل المجهزة، والتكاليف فلكية.

ما أنواع الأدوات التي يمكنك استخدامها؟ 

الهيدروفونات، أو الآذان الميكانيكية استمع لجميع أنواع الضوضاء تحت الماء، هي أداة رائعة. هناك منطقة على بعد حوالي كيلومتر واحد تحت الماء حيث يتم احتجاز الصوت. إذا كان لديك هيدروفون هناك، فيمكنه سماع الأصوات على بعد آلاف الكيلومترات. يمكنك إعداد مصفوفة تخبرك، "أوه، هذا الصوت يأتي من هنا، وهذا الصوت يأتي من هناك." يمكنك سماع الزلازل، يمكنك سماع الانهيارات الأرضية، يمكنك سماع الانفجارات البركانية، يمكنك سماع الحيتان، يمكنك سماع السفن - يا إلهي، السفن عالية الصوت. ويمكنك نوعًا من بث أغاني النشاط البركاني.

في عالم مثالي، ستظل أجهزة قياس الزلازل موجودة على البركان نفسه. ولكن مجرد الهيدروفون يمكن أن يخبرك كثيرًا. لقد تم نشر السماعات المائية في منطقة تونغا عدة مرات، وهي أداة أود استخدامها أكثر.

أتصور أن كل ثوران جديد، تحت الماء أو فوقه، يشبه سماع لهجة جديدة لأول مرة، لغة تحتاج إلى ترجمة.

يمين. متى يكون لدينا تدفق للحمم البركانية الركامية يقترب من الساحل، مقابل متى يكون لدينا تدفق للحمم البركانية يشبه النهر؟ لا نعرف كيفية التعرف على هذه الأنواع من الأشياء في البداية. ولهذا السبب فإن العلم ممتع. الجزء الممتع هو قول: لا أعرف، وكيف يمكنني معرفة ذلك؟

ما الذي يخدعك بشأن البراكين البحرية؟

لقد أظهروا لنا أن هناك أشياء غير عادية تحدث تحت الماء ولا نعرف عنها حتى. هذا يجعلني أشعر بأننا لسنا ذوي صلة، وهو ما أعتقد أنه رائع نوعًا ما. هذا الكوكب ليس هنا بالنسبة لنا. هذا الكوكب يفعل أشياءه الخاصة.

هل هناك أي ثورات أو زلازل تفتقر إلى هذه المعضلة العاطفية؟

أتحدث عن زلزال دينالي 2002 كالزلزال المثالي: لقد كان هائلاً، وكان له هذه التأثيرات المذهلة، وأجاب على الكثير من الأسئلة حول كيفية عمل هذا الصدع، لكنه لم يقتل أحداً. لقد كان هذا الحدث الذي بلغت قوته 8.0 تقريبًا هو الذي يمكنك أن تكون متحمسًا له حقًا دون الشعور بالذنب.

وهذا شيء جميل آخر عن البراكين البحرية. باستثناء هذا الأحمق الموجود في تونغا، في معظم الأحيان، لا يتأثر الناس بها.

هل سبق لك أن شعرت بالرغبة في التخصص في شيء آخر غير البراكين تحت الماء؟

عندما ذهبت إلى جامعة هاواي، كنت أتناقش بين دراسة الجيوفيزياء البحرية وعلوم الكواكب. كنت أقول، يا إلهي، إنني أستطيع دراسة جبل أوليمبوس، أطول بركان على سطح المريخ. لكن في الفصل الدراسي الثاني، ذهبت في رحلة بحثية مدتها 28 يومًا في حوض لاو، في جنوب المحيط الهادئ، حيث قمت بالتوقيع والختم وتسليم الجيوفيزياء البحرية. أنا فقط أحب أن أكون على متن السفن. لذلك كنت أرغب في التعامل مع تلك الأشياء الكوكبية.

على الرغم من أنها عجيبة في كثير من الأحيان، إلا أن البراكين تحت الماء يمكن أن تثير الرعب في بعض الأحيان. وقد تجلى ذلك في يناير 2022 بالعنف هونجا تونجا - هونجا ها'ثوران آباي - والذي، على الرغم من أنه بدأ تحت الماء، إلا أنه أصبح معروفًا من خلال انفجاره على الفور فوق سطح البحر وإحداث ثقب في الغلاف الجوي للأرض. كيف يصمد افتتانك بالبراكين والزلازل في مواجهة هذه الكوارث؟

هذا أحد تحديات دراسة المخاطر الطبيعية: كيف يمكنني أن أكون متحمسًا جدًا للعلم و لا تكن غير محترم للأشخاص الذين تأثروا سلبا؟ وهذا صعب حقًا. عندما أشعر بسعادة غامرة بشأن هذه الأشياء، فقد يكون ذلك أيضًا لأنني لم أعمل بعد على ثوران مدمر.

موجة الصدمة من ثوران تونجا أثارت تسونامي على الجانب الآخر من العالم، في كل من المحيط الأطلسي والبحر الأبيض المتوسط، وهو الأمر الذي كان مجرد احتمال نظري حتى تلك اللحظة، أليس كذلك؟ 

نعم. أكد ثوران بركان تونغا إمكانية حدوث تسونامي بواسطة موجات الجاذبية الجوية. هذا محير للعقل.

لقد مر ما يقرب من عامين على هذا الانفجار الاستثنائي ثوران. هل دفع البحث في هذا الحدث علم البراكين إلى الأمام بأي شكل من الأشكال؟

نعم. معظم البركان سليمة جداوهذا جنون. والأشياء التي خرجت منه - الحطام البركاني المقذوفة - سافرت حتى الآن تحت الماء. مع حدث كبير وغير عادي مثل هذا، أعتقد أنه يعيد كتابة أسئلتنا ويعيد توجيهها. أعتقد أن هذا الثوران يثير أسئلة ربما لم نطرحها من قبل. وبشكل رئيسي، كيف يمكن أن تحدث هذه القوة الانفجارية الكبيرة دون أن ينفجر الصرح نفسه إلى أجزاء صغيرة؟

لذا، على الرغم من أن الانفجارات البارزة يمكن أن تكون خطيرة، إلا أن الجانب الإيجابي هو أنها تزود العلماء بأدلة حول الطريقة التي تعمل بها البراكين.

يمين. أحيانًا نجد هذه القرائن لأننا نستخدم تقنية مختلفة. أحيانًا نجدهم لأن الكوكب يقدم لنا هدية. وأشعر أن مثل هذه الثورات البركانية، إلى حد ما - وفيما يتعلق بالأشخاص الذين تأثروا سلبًا - هي بمثابة هدية من الناحية العلمية.

هذا الصيف، لفت بحثك انتباه مجموعة غير متوقعة: Swifties.  

يا إلهي. أنا لست نادما على أي شيء من ذلك.

قدمت تايلور سويفت حفلها في Lumen Field في سياتل يومي 22 و23 يوليو، وقد ألقيت نظرة على الموجات الزلزالية الناتجة عن الحفلات الموسيقية. استنادا إلى تحليلأنتجت هذه العروض نشاطًا زلزاليًا قابلاً للقياس، تمامًا مثل الزلزال الصغير. وحصل على الكثير اضغط على الاهتمام. كيف كان ذلك؟

لم أعد أنا الشخص الذي يدرس البراكين. أنا الشخص المعروف بالزلزال السريع. إنه أمر سخيف تماما. لقد تساءل الناس: هل تواصل تايلور سويفت؟ لا، لم يتواصل تايلور سويفت. 

أنت تقديم عملك على Swift Quake في اجتماع الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي في سان فرانسيسكو في ديسمبر. ماذا ستكشف؟

البيانات رائعة جدًا. يمكنك التعرف على الأغاني الفردية مثل "Blank Space" و"Shake It Off" من خلال تحديد إيقاعاتها في الدقيقة - إيقاعها - باستخدام مقياس الزلازل. ونحن في الواقع قادرون على تمييز أشياء مثل الموسيقى المضخمة، أو الفرقة، أو سلوك الجمهور. لديهم خصائص زلزالية مميزة ومثيرة للاهتمام حقًا.

وهذا لا يختلف كثيراً عن تحديد أنواع مختلفة من النشاط داخل البراكين تحت الماء.

يمين. تتوافق إيقاعات الزلازل البركانية المختلفة مع أنواع مختلفة من النشاط البركاني، بدءًا من تشقق الصهارة المتحركة عبر الصخور وحتى الانهيارات الأرضية. وهناك أشخاص مفتونون حقًا بالزلزال السريع وهم ليسوا علماء، وعندما يتعلق الأمر بالعلم، فإن أي شيء يجذب اهتمام الجمهور يعد أمرًا رائعًا. يجعلني سعيدا حقا. 

يعتقد الكثير من الناس أن عالم البراكين هو الشخص الذي يتسلق الجبال النارية ويلتقط عينات من الصخور الصلبة والحمم البركانية المتفجرة. لكن استخدام الزلازل "لسماع" الصهارة والغازات وSwifties يتطلب الكثير من الفيزياء أيضًا - ويبدو أنك فيزيائي في القلب. إذًا، ما الذي جاء أولاً بالنسبة لك: البراكين أم الفيزياء؟

حصل والدي على شهادة في الطب ولكنه كان يحب علم الفلك دائمًا. عندما زرنا منزله، كنا نجلس في الخارج، وكان معه تلسكوب، وكنا نتحدث عن النجوم. أحببت علم الفلك والفيزياء الفلكية. في الأساس، أحببت الفيزياء. أتذكر في صف الفيزياء في السنة الأولى حيث كنا نقف حرفيًا ونهتف من أجل الاشتقاق.

يبدو الأمر أشبه بمشاهدة خدعة سحرية رائعة يتم تنفيذها. 

كان! كانت هناك محاضرتان أتذكرهما وكانتا سحريتين. أحدهما كان إثبات أن سرعة الضوء ثابتة، وأنها لا تعتمد على إطار مرجعي. وكان أمرًا سحريًا تمامًا أن يخرج هذا الرقم من الحسابات الحسابية. والآخر كان عندما اشتقنا E = mc². لقد كان رائعا جدا.

يبدو أن الجميع يعتقدون أننا جئنا إلى الجيولوجيا لأننا أحببنا الرحلات الميدانية. ولكن الشيء الذي حصل لي هو هذا الاشتقاق. وأحيانًا أعتقد أننا يجب أن نحتفل بجمال ذلك، لأنه بالنسبة لبعض الناس، هذا يكفي. هذا آسر. أحب أن أكون في الميدان، وأحب استخدام أجهزة قياس الزلازل وأن أكون على متن السفن. لكنني أعتقد أننا يجب أن نحتفل أيضًا بجمال الفيزياء.