We beschouwen vulkanen vaak als torenhoge wonderen, maar deze portalen naar de geologische onderwereld bevinden zich ook onder water. Helaas zijn onderzeese vulkanen lastiger te bestuderen dan hun aardse broers en zussen. Maar het zou moeilijk zijn om iemand te vinden die er meer door betoverd is – en koppiger vastbesloten om ze te bestuderen – dan Jackie Caplan-Auerbach.

Caplan-Auerbach, een vulkanoloog aan de Western Washington University, is ook een seismoloog, iemand die de bewegingen van aardbevingen gebruikt om de geofysica te begrijpen. En het gebeurt gewoon zo dat actieve vulkanen wonderbaarlijke aardbevingsproducenten zijn; ze maken zoveel seismisch geluid als ze kunnen opbrengen. Voor Caplan-Auerbach klinkt dat geluid als muziek in haar wetenschappelijke oren: gegevens die kunnen worden gebruikt om meer te weten te komen over de interne werking van onze planeet.

Luisteren naar deze vulkanische liederen gaat niet alleen over het bevredigen van een geïsoleerde wetenschappelijke nieuwsgierigheid. Toen een onderzeese vulkaan in de Stille Zuidzee Hunga Tonga-Hunga Ha'apai catastrofaal noemde ontplofte in januari 2022veroorzaakte het een verwoestende regionale tsunami, veroorzaakte de atmosfeer als het oppervlak van een trommel en begroef het hoofdeiland van het koninkrijk Tonga in as. Caplan-Auerbach en haar collega's hopen dat ze door het bestuderen van de soundtrack van zulke gewelddadige uitbarstingen genoeg kunnen leren over de fysica achter de aanvallen om de gevolgen van toekomstige vulkaanrampen te verzachten.

Quanta Magazine sprak met Caplan-Auerbach om haar reis door de geofysica te bespreken en hoe het is om de melodieën van deze magmatische bergen te bestuderen. Het interview is voor de duidelijkheid ingekort en bewerkt.

Hoe omschrijf je wat je doet?

Ik bestudeer de aardbevingen die plaatsvinden in vulkanische systemen, die ik omschrijf als de liederen van de vulkaan. Ik heb altijd van geluid gehouden. En ik heb altijd van resonantie en staande golven gehouden. Een klassiek voorbeeld van staande golven is wanneer je een biertje neemt en over de bovenkant van de fles blaast, en het zoemt - of het is wanneer je met je vinger over de bovenkant van je wijnglas gaat, wat meer naar mijn dronken smaak is, en het glas zingt. Alles heeft een gezoem dat verband houdt met de vorm en de materiële eigenschappen, en bij vulkanen is dat niet anders. Hun leidingen zoemen.

Waarom weet ik niet, maar die wetenschap heeft mij altijd erg aangesproken. Dat was precies waar ik van hield, en ik mag het op vulkanen doen.

je hebt eerder gesproken Quanta, voor een verhaal over hoe aardbevingen in vulkanen kunnen onthullen of gesmolten gesteente zich op diepte ophoopt of naar het oppervlak beweegt, wat misschien tot een uitbarsting kan leiden. Maar hoe bespioneer je onderwatervulkanen? 

De oceanen in het algemeen zijn moeilijk te bestuderen. Je kunt niet ver kijken; het is heel moeilijk om instrumenten neer te leggen. Het is koud. Het is hogedruk. Het is zout. Dingen corroderen en imploderen.

Als we onderzeese vulkanen willen monitoren, kunnen we daar instrumenten neerzetten. Meestal laten we instrumenten overboord vallen, inclusief seismometers; dan gaan we weg, en dan komen we terug, halen de instrumenten op en zien wat er gebeurde terwijl we weg waren. Maar als we informatie in realtime willen krijgen, moeten we dat meestal doen leg een geïnstrumenteerde kabel neer, en de kosten zijn astronomisch.

Welke soorten instrumenten kun je gebruiken? 

Hydrofoons, of mechanische oren luisteren tegen allerlei onderwatergeluiden, zijn een prachtig hulpmiddel. Er is een zone ongeveer een kilometer onder water waar geluid vast komt te zitten. Als je daar een hydrofoon hebt, kan hij geluiden horen van letterlijk duizenden kilometers verderop. Je kunt een array opzetten die je vertelt: 'Oh, dat geluid komt van hier, en dat geluid komt van daar.' Je kunt aardbevingen horen, je kunt aardverschuivingen horen, je kunt vulkaanuitbarstingen horen, je kunt walvissen horen, je kunt schepen horen – God, schepen zijn luid. En je kunt de liedjes over vulkanische activiteit streamen.

In een ideale wereld zou je nog steeds je seismometers op de vulkaan zelf hebben staan. Maar alleen een hydrofoon kan je al veel vertellen. Er zijn verschillende keren hydrofoons ingezet in de omgeving van Tonga, en het is een hulpmiddel dat ik graag vaker zou willen gebruiken.

Ik stel me voor dat, onder of boven water, elke nieuwe uitbarsting hetzelfde is als het voor de eerste keer horen van een nieuw dialect, een dialect dat vertaald moet worden.

Rechts. Wanneer is er sprake van een puinachtige lavastroom die de kust nadert, en wanneer is er sprake van een meer rivierachtige lavastroom die naar binnen druppelt? We weten in eerste instantie niet hoe we dit soort dingen moeten identificeren. Daarom is wetenschap leuk. Het leuke is dat je zegt: ik weet het niet, en hoe kom ik daar achter?

Wat is er zo aan onderzeese vulkanen dat je verleidt?

Ze laten ons zien dat er onder water buitengewone dingen gebeuren waar we niet eens vanaf weten. Het geeft me het gevoel dat we gewoon niet zo relevant zijn, wat ik best geweldig vind. Deze planeet is er niet voor ons. Deze planeet doet zijn eigen dingen.

Zijn er uitbarstingen of aardbevingen waarbij dit emotionele dilemma ontbreekt?

Ik heb het over de Aardbeving in Denali in 2002 als de perfecte aardbeving: het was enorm, het had een verbazingwekkende impact, het beantwoordde veel vragen over hoe die fout werkt, maar er kwam niemand om het leven. Het was deze gebeurtenis van bijna magnitude 8.0 waar je oprecht enthousiast over kon zijn, zonder schuldgevoel.

Dat is nog iets leuks aan onderzeese vulkanen. Met uitzondering van deze sukkel in Tonga, worden mensen er voor het grootste deel niet door beïnvloed.

Ben je ooit in de verleiding gekomen om je te specialiseren in iets anders dan onderwatervulkanen?

Toen ik naar de Universiteit van Hawaï ging, twijfelde ik tussen mariene geofysica en planetaire wetenschap. Ik had zoiets van, oh mijn God, ik kon Olympus Mons bestuderen, de hoogste vulkaan op Mars. Maar in mijn tweede semester ging ik op een 28-daagse onderzoekscruise in het Lau Basin, in de Stille Zuidzee, en dat ondertekende, verzegelde en leverde mariene geofysica af. Ik vind het gewoon heerlijk om op schepen te zijn. Dus ik had zoiets van, aan de slag met dat planetaire gedoe.

Hoe wonderbaarlijk ze ook vaak zijn, onderwatervulkanen kunnen soms tot afschuw leiden. Dit bleek in januari 2022 door de gewelddadigheden Hunga Tonga-Hunga Ha'apai-uitbarsting – die, hoewel hij onder water begon, zich kenbaar maakte door onmiddellijk boven het zeeoppervlak te exploderen en een gat in de atmosfeer van de aarde te slaan. Hoe houdt uw fascinatie voor vulkanen en aardbevingen stand ondanks deze rampen?

Dat is een van de uitdagingen bij het bestuderen van natuurlijke gevaren: hoe kan ik zo enthousiast zijn over de wetenschap en wees niet respectloos voor de mensen die negatief werden beïnvloed? En dat is echt moeilijk. Als ik helemaal blij word van deze dingen, kan het ook zijn omdat ik nog niet aan een uitbarsting heb gewerkt die verwoestend was.

De schokgolf van de Tongaanse uitbarsting veroorzaakte tsunami's aan de andere kant van de wereld, zowel in de Atlantische Oceaan als in de Middellandse Zee – iets dat tot dan toe slechts een theoretische mogelijkheid was, toch? 

Ja. De uitbarsting van Tonga bevestigde dat tsunami's kunnen worden veroorzaakt door atmosferische zwaartekrachtgolven. Dat is verbijsterend.

We zijn bijna twee jaar verder na dat buitengewone explosief uitbarsting. Heeft onderzoek naar deze gebeurtenis de wetenschap van de vulkanologie op enigerlei wijze vooruit geholpen?

Ja. Het grootste deel van de vulkaan is dat wel behoorlijk intact, en dat is gek. En het spul dat eruit kwam – het uitgestoten vulkanische puin – reisde tot nu toe onder water. Met een grote en ongebruikelijke gebeurtenis als deze denk ik dat het onze vragen zowel herschrijft als heroriënteert. Ik denk dat deze uitbarsting vragen oproept die we misschien nog niet eerder hebben gesteld. Maar vooral: hoe komt zoveel explosieve kracht tot stand zonder dat het gebouw zichzelf in stukken blaast?

Dus hoewel prominente uitbarstingen gevaarlijk kunnen zijn, is het voordeel dat ze wetenschappers aanwijzingen geven over de manier waarop vulkanen werken?

Rechts. Soms vinden we deze aanwijzingen omdat we een andere technologie gebruiken. Soms vinden we ze omdat de planeet ons een geschenk aanbiedt. En ik heb het gevoel dat uitbarstingen als deze tot op zekere hoogte – en met betrekking tot de mensen die negatief worden beïnvloed – wetenschappelijk gezien een beetje een geschenk zijn.

Deze zomer trok je onderzoek de aandacht van een onverwachte groep: Swifties.  

O mijn God. Ik heb daar geen spijt van.

Taylor Swift trad op 22 en 23 juli op in Lumen Field in Seattle, en je kon een kijkje nemen naar de seismische golven die door de concerten werden gegenereerd. Volgens jouw analyse, produceerden deze prestaties meetbare seismische activiteit, net als een kleine aardbeving. En het kreeg er veel van druk op de aandacht. Hoe was dat?

Ik ben niet langer de persoon die vulkanen bestudeert. Ik ben de persoon die bekend staat om de Swift Quake. Het is volkomen belachelijk. Mensen hebben gevraagd: heeft Taylor Swift contact opgenomen? Nee, Taylor Swift heeft geen contact opgenomen. 

U bent presenteren uw werk over de Swift Quake tijdens de bijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco in december. Wat ga je onthullen?

De gegevens zijn zo cool. Je kunt individuele nummers zoals 'Blank Space' en 'Shake It Off' identificeren door hun beats per minuut (hun ritme) te identificeren met behulp van een seismometer. En we kunnen dingen onderscheiden als versterkte muziek, of de band, of het gedrag van het publiek. Ze hebben echt verschillende, interessante seismische kenmerken.

Dat verschilt niet zoveel van het identificeren van verschillende soorten activiteiten in onderwatervulkanen.

Rechts. Verschillende ritmes van vulkaanbevingen komen overeen met verschillende soorten vulkanische activiteit, van bewegend magma dat door rotsen kraakt tot aardverschuivingen. En er zijn mensen die echt geïntrigeerd zijn door de Swift Quake en die geen wetenschappers zijn, en als het op wetenschap aankomt, is alles wat de belangstelling van het publiek wekt geweldig. Ik word er echt blij van. 

Veel mensen beschouwen een vulkanoloog als iemand die vurige bergen beklimt en monsters van vast gesteente en borrelende lava pakt. Maar bij het gebruik van aardbevingen om magma, gassen en Swifties te 'horen' komt ook veel natuurkunde kijken - en het klinkt alsof je een natuurkundige in hart en nieren bent. Dus wat was er voor jou eerst: de vulkanen of de natuurkunde?

Mijn vader had een medische opleiding, maar hield altijd van astronomie. Als we zijn huis bezochten, zaten we buiten, en hij had een telescoop, en praatten we over de sterren. Ik hield van astronomie en astrofysica. Fundamenteel hield ik van de natuurkunde. Ik herinner me dat we in mijn eerstejaars natuurkundeles letterlijk stonden te juichen voor een afleiding.

Het lijkt een beetje op het kijken naar een grote goocheltruc die wordt uitgevoerd. 

Het was! Ik herinner me dat er twee lezingen waren die magisch waren. Eén daarvan bewees dat de snelheid van het licht constant was en niet afhankelijk was van een referentiekader. En het was totaal magisch dat dit getal buiten de wiskunde valt. En de andere was toen we afgeleid waren E = mc². Het was zo cool.

Iedereen lijkt te denken dat we naar de geologie zijn gekomen omdat we van excursies hielden. Maar wat mij raakte was die afleiding. En soms denk ik dat we de schoonheid daarvan moeten vieren, want voor sommige mensen is dat genoeg. Dat is boeiend. Ik hou ervan om in het veld te zijn, en ik hou ervan om seismometers te gebruiken en op schepen te zijn. Maar ik denk dat we ook de schoonheid van de natuurkunde moeten vieren.