Előfizetés a lapra

Locsolócsővel az infrahangok nyomában

A hét kutatója, fizika, infrahang, interjú, szeizmológia

2018/11/28

Alig több mint fél éve infrahangállomást telepítettek Piszkéstetőre. Nem csak ez az állomás, hanem az infrahang-kutatásának tudománya is elég fiatalnak tekinthető. Czanik Csenge szeizmológussal, az MTA CSFK GGI Kövesligethy Radó Szeizmológiai Obszervatórium munkatársával arról beszélgettünk, milyen új ismereteket lehet szerezni ezzel a módszerrel, illetve eszközzel, milyen lehetőségei vannak a témának itthon és a nagyvilágban. Az interjúból az is kiderül, hogy egy teljesen hétköznapi kerti locsolócső hogyan segítheti a tudományos kutatást.

(TRUPKA ZOLTÁN FELVÉTELE)

– Honnan jött az ötlet, hogy infrahangkutatással foglalkozzon? Talán egy belső hang tanácsolta?

– Inkább egy külső hang: a témavezetőm, Bondár István javasolta, hogy foglalkozzam vele. De nem mondhatom, hogy egyenesen ívelt a pályám idáig. Csak az ELTE földtudományi alapszak után, a geofizika mesterszak második évében kezdtem szeizmológiával foglalkozni. Prágában gyakornoki feladatként mikroszeizmikus eseményeket vizsgáltam, ezzel sikerült megszereznem azt a tapasztalatot, amivel felvettek a Szeizmológiai Obszervatóriumba. Aztán, ahogy említettem Bondár István javasolta, hogy pályázzunk egy infrahangállomás felállítására, mert egy nagyon fejlődő, és viszonylag új tudományágról van szó. Nekem tetszett a téma, egy izgalmas, új terület, amivel viszonylag kis közösség foglalkozik világszinten is, így lehet ismerni azokat is, akik előásták és újra lerakták ennek a területnek az alapjait körülbelül 20 évvel ezelőtt.

– Miért nem foglalkoztak vele korábban? Nem állt rendelkezésre megfelelő technika?

– Ez egy érdekes történet. Az első infrahangos észlelést 1883-ban, a Krakatau vulkán kapcsán végezték. A robbanás infrahanghullámot is keltett, aminek hangsebességgel terjedő nyomásváltozását barométerekkel tudták mérni. A XX. század elején volt egy felfutása a témának, aztán 1963-ban aláírták a részleges atomcsend egyezményt. Ez tiltott minden vízi és légköri nukleáris tesztrobbantást, aminek egyik következménye az lett, hogy minden ilyen tevékenységet leköltöztettek a föld alá. Ez a szeizmológia aranykorát hozta, iszonyatos pénzeket fordítottak a fejlesztésére, ekkor vált komoly ipari, társadalmi jelentőséggel bíró tudományággá. Viszont az infrahang kutatása szinte teljesen megszűnt, mivel az nem igazán terjed a föld alatt. A téma újjászületését az 1996-ban aláírt Átfogó Atomcsend Szerződés jelentette. Egy világméretű monitorozó hálózatot hoztak létre, amely négy technológiát használ, ebből az egyik az infrahang. Most 60 darab nagyméretű, standard, stabilan működő infrahangállomás van világszerte. Elvben ez a hálózat képes a világ bármely pontján végzett 1 kilotonnánál nagyobb nukleáris robbantást detektálni. Ezt az ellenőrző rendszert muszáj volt pontos tudományos alapokra helyezni, ezért indult újra fejlődésnek az infrahang kutatása.

– Hogyan működik a piszkéstetői állomás?

– Infrahangnak a nem hallható, vagyis a 20 hertz alatti tartományt nevezzük, minket főleg az 5 hertz alatti rész érdekel. A hanghullámot, mint a levegőben terjedő nyomásváltozást nagyon érzékeny légnyomásmérőkkel, mikrobarométerekkel érzékeljük. Az állomás mindig több műszerből álló csoportot jelent, a csoport egyes elemei közt jellemzően néhány tíz métertől 1-2 kilométerig terjedő távolság szokott lenni. A miénk egy közepes, körülbelül 250 méter apertúrájú, négy elemből álló csoport. Több elemre azért van szükség, mert egyrészt a zajból így könnyebb kiszűrni a mind a négy műszer által mért, koherens jeleket, másrészt az egyes műszereken mért beérkezések időkülönbségeiből megadható a jel forrásának az iránya és a terjedési sebességének vízszintes komponense (például magasabbról, tehát nem vízszintesen érkező jel esetén ez a hangsebességnél jóval nagyobb értéket jelent).

– Milyen információkat lehet megtudni infrahang segítségével?

– A mesterséges források között lehetnek robbantások, rakétaindítások, nagyobb repülőgépek, illetve szuperszonikus repülőgépek lökéshulláma. Természetes forrás lehet például egy vulkánkitörés, sőt a vulkánkitörések korai fázisát is el lehet csípni. A vulkánok szempontjából aktívabb helyeken működnek korai riasztásra is alkalmas hálózatok.

Piszkéstető térképe, az állomások jelöléseivel (a piros háromszögek mikrobarométerek, a kék pont a szeizmológiai állomás)

 Az óceán hullámzása is kelt infrahangokat, mivel alulról folyamatosan „lökdösi” a légkört. Megfelelő széljárás esetén egyfolytában regisztrálni tudjuk az Atlanti-óceán északi részéről érkező mikrobaromokat. A légkörbe belépő meteorok is nagyon szép jeleket keltenek. Egyik példája volt az októberben Ukrajna felett felvillant bolida, ami bekerült a hírekbe is. Ennek nyomait utólag találtuk meg a regisztrált jelekben.

Ahogy a földrengéshullámok a Föld belsejében haladva átvilágítják bolygónk szerkezetét, az infrahanghullámokkal az atmoszférát lehet megismerni. Nagy utakat tesznek meg, bizonyos rétegekről visszaverődnek, bizonyos vezető csatornákban meg tudnak rekedni, erősebb forrás esetén több kört is megtesznek a Föld körül. Tehát a légkör nagy felbontású vizsgálatára kiválóan alkalmas módszerről van szó.

2017. október 17-i bolida az ukrán határ környékén

Az én kutatásom, ami a doktori témám is, a bányarobbantások elkülönítése a földrengésektől. Ezt ugyan szeizmikus adatok alapján is meg lehet tenni, de az infrahangok nagyon hasznos kiegészítői a „hagyományos” méréseknek. A földrengések általában nem keltenek infrahangot, pontosabban a nagyok igen, de azok merőben más jellegűek. A felszíni robbantások szeizmikus jelet és infrahangot is generálnak és a kettő együttes feldolgozásával új és hatékony módszert szeretnénk kidolgozni a robbantások és földrengések elkülönítésére. Magyarországon a szeizmikusan regisztrált események durván egyharmada bányarobbantásokból származik. A szeizmikus kockázatbecslésekhez, tektonikai elemzésekhez fontos egy megbízható katalógus, ami nem robbantásokkal van tele, mert az eltorzítja a földrengések eloszlásáról kapott képet.

– Mennyire zajérzékeny ez a módszer?

– Eléggé! Legnagyobb ellenségünk a szél, ami állandó, inkoherens zajt kelt és elnyomja a hasznos jeleket. Ennek a kiküszöbölésére a szenzor egy hordóban van elhelyezve, amit félig beástak a földbe, hogy minél nyugodtabb helyen legyen. Ezt övezi egy 15 méter átmérőjű, 32 kerti locsolócsőből összeállított polipkarszerű rendszer és ezeken keresztül tud beáramlani a levegő a műszerbe, tehát kiátlagolt légnyomásértéket kapunk. Ennek az a jelentősége, hogy a helyi, nagyfrekvenciás turbulens zajok kiszűrődnek és csak a nagy kör kerületén is koherens infrahangot érzékelje a szenzor. Tudom, meglepően hangzik, hogy locsolócsövet használunk, de ez a nemzetközi gyakorlat. Nagyon egyszerű és ötletes megoldás.

– Mik a távlati céljai az állomásnak és benne Önnek, mint kutatónak?

– Nincsenek kijárt utak, rutinok, ugyanakkor magam is részt vehetek ezek kialakításában. Nagyon izgalmas, hogy a tervezéstől kezdve részt vettem az egészben, magam csavaroztam össze a szélzajcsökkentő csöveket, és persze az adatokat is elsősorban én nézegetem. Közben azonban nincs kitől kérdeznem, hónapokat töltünk alapvető kérdések megoldásával.

A jelenlegi még kísérleti állomás, amivel megtanuljuk, hogyan működik ez a tudomány, később talán lesz egy nagyobb, szebb és jobb. Világszerte egyre nagyobb az érdeklődés a téma iránt, és fontosnak tartjuk behozni az országba ezt a technológiát. Szeretnénk tartani a lépést a világgal. Ezért is csatlakoztunk 2016-ban az ARISE nevű európai légkörkutató együttműködéshez, ők fogják össze az európai infrahangos közösséget. Mi az első lépéseken már túl vagyunk, de még van hova fejlődnünk. Ahogy mondtam, ez a nehézsége és szépsége is a munkámnak.

TRUPKA ZOLTÁN

2018/13