Сейсмометры могут регистрировать ураганы за тысячи миль или слышать таяние и повторное замерзание льда, предлагая новый способ отслеживания больших и малых изменений.
Сейсмометр в Пиренейских горах прислушивается к звукам таяния и замерзания речного льда. Использование мониторов землетрясений для наблюдения за природой может помочь ученым более внимательно следить за изменением климата.
Пиренейские горы, протянувшиеся вдоль франко-испанской границы, скрывают в себе запутанную подземную лабораторию. Пока несколько экспериментов внутри охотятся за темной материей, единственная сейсмическая станция в старом железнодорожном туннеле прислушивается к скрипу и грохоту окружающего мира.
Несколько лет назад Хорди Диас, сейсмолог из Института наук о Земле им. Жауме Альмера, занимался контролем качества своих сейсмометров, проводя поиск среди шумов. Именно тогда он и несколько его коллег наткнулись на мошеннический сигнал, который никто не мог идентифицировать. "Что это за фигня?" он вспоминает, как думал.
Вскоре они поняли, что темпераментное шипение исходит от реки Арагон, протекающей над туннелем, с крещендо и диминуэндо сигнала, совпадающими с изменениями стока реки.
Арагон питается тающим снегом, поэтому, настраиваясь на ритм реки, Диас и его коллеги могли отслеживать симфонию снега, сопоставляя определенные сейсмические песни с конкретными эпизодами таяния. В недавнем выпуске журнала PLOS One они показали, что могут с поразительной точностью отслеживать поведение тающего снега в течение дней, месяцев и лет.
Поскольку таяние снега обусловлено местной погодой, есть надежда, что этот метод сможет отслеживать реакцию снежного покрова на постоянное потепление. Другими словами, эта маленькая сейсмическая станция может вести хронику изменения климата.
(Здесь звучит сейсмическая песня таяния снега в Пиренеях.)
Одолжите мне свои механические уши
Роль сейсмометров по умолчанию состоит в том, чтобы выслушивать тектонические колебания, происходят ли эти колебания на Земле, Луне или Марсе. От колоссальных землетрясений, ломающих тектонические плиты надвое, до мельчайших подземных сотрясений, все более чувствительные машины могут «записывать все, что может сотрясать землю», - говорит Венди Бохон, геолог из Объединенного исследовательского института сейсмологии, которая не принимала участия в исследовании. с работой.
Бохон означает это буквально. От пролетающих над головой вертолетов до взрывов ядерных бомб, от самоуничтожения метеоров в воздухе до рычания подводного извержения - эти металлические чудеса слышат все.
Это фантастическая новость для ученых-экологов. Сейсмометры на западном побережье могут слышать, как океан отскакивает от морского дна, поскольку его беспокоит приближающийся к восточному побережью ураган, а более интенсивные тропические циклоны производят более громкий сейсмический рев. Они также могут слышать треск льда при колебаниях температуры, отдачу ледяного щита, когда часть его отрывается, и взрывной рост ледяных трещин.
Тропические циклоны, вероятно, станут более интенсивными, а лед Земли будет все больше разрушаться по мере нагревания планеты. В последние десятилетия потенциал сейсмометров для отслеживания последствий изменения климата становится все более очевидным.
Ученые все еще пытаются понять важные нюансы каждого сейсмического сигнала, иногда обращаясь к мелкомасштабным воссозданиям мира природы в лаборатории, чтобы попытаться выяснить причины отдельных сейсмических сонат. Но поскольку сейсмометры продолжают повышать чувствительность и снижать стоимость, говорит Бохон, зарождающаяся область экологической сейсмологии будет продолжать приносить плоды.
Найди мне реку
Реки также попадают под этот многообещающий научный зонтик. Звуковой ландшафт рек может выявить нежелательное присутствие лавин мокрого мусора, падающих на уязвимые объекты инфраструктуры или рядом с ними, а также изменения общего стока, вызванные естественными или антропогенными факторами..
Арагон - последний испытательный стенд для этой зарождающейся техники. В 2014 году, используя сейсмическую станцию в подземной лаборатории Канфранка в Пиренеях, Диас и его коллеги впервые определили сейсмические волны, связанные с выходом реки Арагон.
На течение реки могут влиять дожди, поэтому они использовали водомер в 3 милях ниже по течению от сейсмической станции, чтобы исключить этот эффект, тем самым изолировав сигнал таяния снега. Используя алгоритмы для выбора альбомов Арагон с 2011 по 2016 год, команде удалось услышать мелодии, конкретно связанные с таянием снежного покрова в Альпах.
Вскоре были обнаружены типичные закономерности. Команда, как правило, слышит большое увеличение стока в центральные часы дня, вскоре после того, как снег успел растаять и просочиться в реку. В среднем в году снеготаяние длится 35 дней, обычно в период с марта по июнь происходит два или три крупных всплеска таяния..
Также были слышны отклонения от кажущейся нормы. Во время засушливого 2011 года снеготаяние было всего 10 дней. В 2013 году их было 65, причем один эпизод таяния длился чуть больше месяца, а сезон таяния снега продолжался до начала июля..
Диас объясняет, что команда сейчас работает с гидрологами, чтобы лучше понять, что вызывает эти зениты и надиры при таянии снега. И, несмотря на довольно четкую связь между таянием снега и речным стоком, команда не совсем уверена, что вообще вызывает сейсмические сигналы. Предполагается, что грохот вызван наносами, срывающимися со русла реки во время малых расходов, и турбулентностью воды во время больших потоков, но точно неизвестно.
Подслушивание на Эвересте
Сейсмическая станция в туннеле горы находится далеко от большинства человеческих источников сейсмического шума, что немного облегчает определение ритма Арагона. По словам Диаса, приближение к уличному движению, строительство и шумные толпы могут ослабить эту способность. Однако он может найти пристанище в столь же изолированных частях мира.
Гималаи могут стать отличным местом для продвижения этой концепции в ближайшие годы. Этот район, подверженный разрушительным землетрясениям, уже прослушивается семейством сейсмометров. Его горы также являются домом для множества ледников, воды которых обеспечивают жизнь 1,65 миллиарда человек по всему региону. Ледники там все больше поддаются глобальному потеплению, поэтому сейсмометры могут слушать их гибель, отслеживая скорость их кровоизлияния.
Поверхностные и подземные реки, уносящие жизнь с ледяного щита Гренландии, тоже, возможно, можно контролировать таким образом, говорит Майк Макферрин, гляциолог из Колорадского университета в Боулдере, который не участвовал в исследовании работа. Водомеры не всегда легко установить там, где они вам нужны, но сейсмометры, непрерывно слушающие на расстоянии, могут заполнить эти пробелы в данных.
Слишком рано говорить, можно ли воспроизвести джем-сейшн на реке Арагон в таких масштабах, но это многообещающе.
«Это новый инструмент, - говорит МакФеррин. И поскольку мир накаляется, «нам нужны все инструменты, которые мы можем получить».