В самых посещаемых пещерах Теннесси крошечная проводная коробка держит руку на пульсе планеты.
На окраине национального парка Грейт-Смоки-Маунтинс в небольшом городке Теннесси находится чудо техники, которое вот уже почти 50 лет помогает геологическим и ядерным исследованиям. Депозитные фото
Глубоко под землей в Таунсенде, штат Теннесси, спрятанный в темном углу извилистой системы пещер, всего в двух шагах от Национального парка Грейт-Смоки-Маунтинс, технологическое чудо расположено внутри природного: AS107, один из самых- если не самые чувствительные сейсмографы в мире.
Если бы вы были одним из тысяч посетителей, которые посещают пещеру каждый месяц, вы, вероятно, даже не поняли бы, что она там есть. Невзрачная металлическая коробка стоит на естественной полке в стороне от главной пешеходной дорожки, спрятанная в тени. Единственным намеком на то, что такие чувствительные механизмы вообще находятся в темных проходах, является подключенная станция считывания, молча записывающая данные в углу центра для посетителей.
Но станция Такаличи - это больше, чем периферийная туристическая достопримечательность для страстных геологов: это палец на пульсе сейсмологической активности США и важный элемент оборудования для национальной и международной безопасности.
В поисках идеальной пещеры
Двое детей, Билл Вананда и Гарри Майерс, впервые погрузились в глубины пещеры в 1930-х годах с газовыми фонарями и духом приключений. Они превратили его в то, чем он является сегодня, но владелец пещеры Бенджамин Вананда, говорящий с южным акцентом энтузиаст геологии и внук Вананды, теперь тот, кто стоит за стойкой регистрации и готов болтать обо всем, что касается сейсмики, начиная с сейсмографа.
Ящик внутри пещеры известен, в зависимости от того, какая из полудюжины или более организаций отслеживает данные, которые он собирает, как SEISMICTKL или AS107-Вспомогательная сейсмическая станция 107, вторая буква «S» мудро убрана из аббревиатуры.. «У нас самая стабильная потоковая передача данных из всех сейсмических станций, - говорит Вананда. «Он поднимет почти все, что сотрясает землю».
Как и большинство сейсмографов, AS107 улавливает тектонические сдвиги и записывает уникальные частотные характеристики каждого события. Как? Поскольку сейсмические волны распространяются по концентрическим кругам вокруг планеты, чем дальше они уходят, тем ниже частота, регистрируемая сейсмографом. Например, событие, происходящее в Индонезии, будет считываться как низкочастотное на сейсмографе в Теннесси, который, особенно при использовании в сочетании с другими сейсмографами по всему миру, помогает точно определить, где возникло землетрясение.
Вананда сравнивает сигналы с рябью, возникающей при броске камня в пруд: чем дальше рябь уходит от источника, тем шире и мягче она становится, в конечном итоге превращаясь в шепот. AS107 достаточно чувствителен, чтобы улавливать океанские волны, разбивающиеся о пляж в Китае. Они будут слабыми, но зарегистрируются.
Он также обнаружил нарушения вблизи дома, такие как местные оползни и взрывы в карьерах, а также загадочные удары в 2018 году в Мэривилле, штат Теннесси, которые, по мнению некоторых источников, могли быть небольшим землетрясением. В более широком смысле он обнаружил ядерные испытания и взрывы по всему миру.
Сейсмическая станция в пещерах Такаличи, однако, начиналась не как устройство ядерного мониторинга. Первая машина была установлена в 1978 году, когда администрация долины Теннесси захотела отслеживать, как вода, вытесняемая недавно построенными плотинами, влияет на тектонические плиты региона.
Грегу Штайнеру и Джиму Золлвегу, работавшим в Информационном центре по землетрясениям Теннесси или TEIC (ныне Центр исследований и информации о землетрясениях), было поручено выбрать место для первой станции. Они выбрали пещеры после разведывательной поездки, где заметили рекламу аттракциона возле своего отеля.
«Пещера была бы идеальным местом», - вспоминает заявление Штайнера. В то время в восточном Теннесси было не так много станций, а пещера обеспечивала бы более четкие показания, так как была защищена от ветра - серьезная проблема в Аппалачах. Станция метро также означала, что будет меньше помех из-за движения транспорта или строительства.
К тому времени, когда они установили и подключили всю установку, команда TEIC поняла, насколько идеальным был сайт. Как вспоминает Штайнер, Цольвег воскликнул: «Вау, это тихое место! Я никогда не видел такого тихого сайта».
Пещеры достаточно глубоки, чтобы уменьшить влияние антропогенного шума от заводов, железных дорог и автомагистралей, ни один из которых даже не расположен поблизости. Более того, сейсмограф крепится к древней известняковой породе, что дает четкое представление о природной активности с отличными реверберациями и отсутствием ухудшения сейсмических колебаний. В качестве бонуса, это далеко от побережья, где ветер и волны могут повлиять на данные.
Это также неизменно круто. «Датчик и дигитайзер Tuckaleechee установлены в пещере, где температура постоянна и составляет примерно 59 градусов по Фаренгейту круглый год, что способствует точности сейсмических измерений», - объясняет Паулина Биттнер, ведущий аналитик сигналов в Договоре о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. (ОДВЗЯИ).«Изменения температуры являются источником шума прибора».
Эволюция сейсмографа
Первоначальная станция Tuckaleechee представляла собой записывающее устройство типа бумаги и стилуса, которое гравировало сейсмологическую активность как запись. Когда земля двигалась, металлическая игла, установленная на раме, царапала запись ее движений на покрытом копотью листе, называемом дымовой бумагой.
Но наличие совладельцев пещеры Вананды и Майерса, которые регулярно занимаются обработкой, отправкой и настройкой дымовых показаний, оказалось проблематичным. Хотя это была несложная работа, пещеры были открыты только с Дня памяти до Дня труда, а это означало, что рядом не было никого, кто мог бы добавить копоти на бумагу, изменить записи и отправить их по почте в Университет Теннесси. В межсезонье установка была перенесена в яму на заднем дворе Майерса.
Сейсмометр был заменен версией технологии с ручкой и чернилами. Это было не так точно, но требовало меньше времени для работы - однокомпонентная система, которая измеряла только движения тектонической активности вверх и вниз - и в 1981 году TEIC приобрела выделенную телефонную линию для непрерывной отправки данных в университет.
После того, как Университет Теннесси в Ноксвилле взял на себя мониторинг в 1995 году, технология снова была модернизирована. Новый инструмент, широкополосный детектор, может усиливать высокие частоты более отдаленных событий. Местные геологи обратили внимание на то, что на этом участке было тихо, и рекомендовали ОДВЗЯИ следить за ним.
Правительство США стремилось следить за ядерными испытаниями других стран. В июне 2006 г. модернизированная трехкомпонентная станция (которая использует три маятника для измерения всего диапазона движения сейсмических волн в вертикальном и горизонтальном направлениях или в трехмерном пространстве) была сертифицирована и подключена к Международной системе мониторинга, всемирной сети. станций мониторинга. С тех пор он непрерывно отправляет данные через спутник правительству США, ОДВЗЯИ и другим организациям - каждую 300-ю долю миллисекунды.
Кто следит за землетрясением?
В результате эта станция стала ценной для международной безопасности. По словам Биттнера, большая часть данных используется для обнаружения потенциальных нарушений Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, точного определения местоположения этих событий и описания их сейсмических источников, чтобы помочь автоматически отсеивать естественные события, такие как землетрясения.
На самом деле, Биттнер говорит, что за последний год данные AS107 помогли обнаружить 450 событий и уточнить местоположение 100 событий. Три из этих событий связаны с обнаружением ядерных испытаний, объявленных Северной Кореей в 2016 и 2017 годах.
Сейсмические данные станции Такаличи также могут помочь геологам оценить внутреннюю структуру Земли и возникающие там опасности, такие как картирование и вероятность землетрясений. Он может обнаруживать и регистрировать землетрясения небольшой магнитуды на расстоянии более 1000 миль, что может помочь ученым, геологам и сейсмологам узнать больше об этих природных явлениях, а также предупредить группы риска о надвигающихся цунами.
Все из скромной пещеры в Теннесси.