Geluidsbronnen in oceaan meetbaar in atmosfeer

KNMI-onderzoekers hebben ontdekt dat explosies en aardbevingen in en onder de oceaan in de atmosfeer gemeten kunnen worden. Het laagfrequente geluid, infrageluid, bleek door het oceaanoppervlak in de atmosfeer meetbaar. Deze waarneming biedt nieuwe toepassingen in het monitoren van processen en gebeurtenissen die onderwater plaatsvinden en anders moeilijk meetbaar zijn.

Theoretisch was al bekend dat het geluid van explosies en aardbevingen in de oceaan waar te nemen moet zijn in de atmosfeer, maar het was nog nooit aangetoond. Energie van een aardbeving komt makkelijk in de oceaan terecht maar komt vanuit water nauwelijks in de lucht. Geluid kan namelijk niet vanuit de oceaan de atmosfeer in; andersom overigens wel.
Uit de KNMI-studie blijkt nu dat voor de heel lage frequenties, zoals die van explosies, het geluid inderdaad door het oceaanoppervlak heen kan. Deze vinding verklaart een opmerkelijke observatie van infrageluid gedetecteerd op meer dan duizend kilometer afstand van een beving ten zuiden van Nieuw-Zeeland onder 4.2 kilometer oceaan.

Deze laagfrequente geluidsgolven kunnen op duizenden kilometers afstand gemeten worden omdat deze nauwelijks gedempt worden. Dit infrageluid is voor mensen niet hoorbaar en/of voelbaar omdat het heel lage frequenties zijn, ver onder de gehoorgrens.

Voor deze studie zijn hydrofoon- en infrageluidregistraties van het International Monitoring System (IMS) gebruikt. Het IMS houdt aarde, oceanen en atmosfeer in de gaten op het voorkomen van (nucleaire) explosies. Dit ten behoeve van de verificatie van het kernstopverdrag. Het IMS bestaat uit seismische meetstations, hydrofoons (onderwatermicrofoons) en infrageluid detectoren om ondergrondse, onderwater en atmosferische explosies te vinden. Het KNMI is Nationaal Data Centrum (NDC) voor het kernstopverdrag.

Aardbevingen zijn een van de meest voorkomende bronnen die door het IMS gemeten worden. Deze bronnen zijn nuttig om het verificatiesysteem te testen en te begrijpen hoe de energie van de bron naar de ontvangers reist. Deze kennis vergroot de capaciteit in het identificeren van clandestiene nucleaire tests.

De resultaten van deze studie, vorige week gepubliceerd in Geophysical Research Letters, bieden diverse praktische toepassingen. In totaal zijn er wereldwijd slechts zes locaties waar het IMS hydrofoons beschikbaar heeft vanwege de enorme installatiekosten van dit soort meetopstellingen. Nu onderwaterbronnen ook in de atmosfeer meetbaar zijn, kunnen de infrageluidmetingen van het IMS ook hiervoor gebruikt worden. Met name voor de nauwkeurige vaststelling van de locatie van de onderwaterbron is dit van groot belang.

Daarbij biedt deze nieuwe meetmogelijkheid een manier om vulkanisme onder water beter te monitoren. Het grootste deel van het vulkanisme op aarde bevindt zich namelijk onder de oceanen. Het volgen van dit soort erupties is moeilijk omdat vulkanen ontoegankelijk zijn en een groot deel van de onderwatervulkanen te ver zijn verwijderd van seismometers. De mogelijkheid om dit soort bronnen in de atmosfeer te meten, helpt om vulkanisme onder water beter in kaart te brengen.

Verder kunnen deze nieuwe inzichten in de communicatie tussen de vaste aarde, oceanen en atmosfeer van belang zijn voor de warmtebalans van de hoge atmosfeer. Recente studies hebben aangetoond hoe infrageluid wordt geabsorbeerd in de luchtlagen boven de 80 kilometer hoogte en kan leiden tot temperatuurfluctuaties op die hoogte. De vraag is wat onderwaterbronnen hieraan bijdragen.