Je leest:

Het geheime geluid van glijdende gletsjers

Het geheime geluid van glijdende gletsjers Infrageluid als wetenschappelijk instrument

Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink

Zonder dat we het horen is het óveral een enorme herrie op aarde, zelfs op de meest afgelegen plekken. Ook hier dringt het geluid door dat zó laag is dat onze oren het niet meer horen. Wetenschappers ontdekken nu de mogelijkheden om van dit zogenoemde infrageluid een wetenschappelijk instrument te maken. Bij de TU Delft luisteren onderzoekers aandachtig naar gletsjers, vulkanen en meteoren.

Uit de speakers van een laptop klinkt het weinig indrukwekkend. Geruis, een doffe knal en dan een soort gekraak. Läslo Evers zit achter de laptop en laat het nog een keer horen. Dan vertelt hij wat het is: het binnendringen in de atmosfeer van een meteoor boven de Russische stad Tsjeljabinsk in de ochtend van 15 februari 2013. Het schlemielige geluid in het kantoor is de registratie van een explosie met een geschatte kracht van zo’n vijfhonderd kiloton TNT, ongeveer dertig maal de kracht van de atoombom die in 1945 op de Japanse stad Hiroshima viel.

Het is niet zo dat iemand bij de explosie heeft gestaan met een microfoon. Tenminste, als je de talloze video’s van het incident niet meetelt. Wat we horen zijn opnames van een speciale microfoon op een afstand van zo’n 650 kilometer van Tsjeljabinsk. Het originele geluid zat ook ónder de twintig hertz, de ondergrens van het menselijke oor. Door het te bewerken is het nu, door de laptop van Evers, toch te horen.

Het infrageluid veroorzaakt door de meteoor van Tsjeljabinsk, opgevangen door een speciaal meetstation.

Enorme afstanden

Evers is specialist op het gebied van trillingen: hij werkt al twintig jaar bij het KNMI als seismoloog. Maar sinds een aantal jaar richt hij zich ook op trillingen in de lucht. Als deeltijd hoogleraar aan de Technische Universiteit Delft luistert hij naar infrageluid afkomstig van zowel natuurlijke als menselijke bronnen. Vooral krachtige gebeurtenissen – ontploffende meteoren, vulkaanuitbarstingen of supersonische knallen van vliegtuigen – laten zich registeren in het infrageluid. Evers denkt wat te kunnen leren van deze onhoorbare tonen van de aarde. Van de kracht van een vulkaanuitbarsting in Indonesië tot de snelheid van een gletsjer in Groenland.

8475569087 5ccf8baf24 o
Rookspoor van een meteoor boven de Russische stad Tsjeljabinsk.

Het mooie van infrageluid is dat je als onderzoeker niet naar de bron toe hoeft te gaan, het overbrugt namelijk enorme afstanden. Dat lage tonen ver dragen ervaar je al als je bijvoorbeeld een discotheek op een afstand hoort. Terwijl de hoge tonen niet meer te horen zijn, kun je de bas tot in de wijde omtrek horen. Vervang je de discotheek met een uitbarstende vulkaan dan geldt ook hier dat je de laagste tonen het verst dragen. “In het infrageluid kunnen we in Nederland de Etna op Sicilië horen uitbarsten, op bijna tweeduizend kilometer afstand”, zegt Evers. “We proberen uit die metingen informatie te halen over de uitbarsting, bijvoorbeeld de grootte en de hoogte van de aspluim. In de toekomst kan dat hopelijk bijdragen aan accuratere waarschuwingen voor het vliegverkeer.”

Fa 18 hornet breaking sound barrier %287 july 1999%29   filtered
Een straaljager die harder gaat dan het geluid veroorzaakt een harde knal.

Infrageluidbronnen

Supersonische knal F16: 5-10 Hz Uitbarsting vulkaan: 1-5 Hz Lopende zeegolven: 0,2 Hz Tijger: > 18 Hz Baleinwalvis: > 10 Hz Sumatraanse neushoorn: > 3 Hz

Krakende gletsjers

Het verdragende karakter van infrageluid komt ook van pas in atmosfeeronderzoek. Wil je als meteoroloog iets te weten komen over de bovenste luchtlagen, bijvoorbeeld de temperatuur boven de twintig kilometer, dan ontkom je er niet aan om een weerballon op te laten. Mede daardoor is dit soort data schaars, terwijl bijvoorbeeld de temperatuur op grote hoogte wel van invloed is op de langetermijnverwachting van het weer.

Met infrageluid is het mogelijk om vanaf de grond de temperatuur van de bovenste atmosfeerlagen te bepalen. “Infrageluid van bepaalde lage golflengtes reist vanaf de aarde makkelijk naar de hoge luchtlagen, en komt dan met een boog weer terug naar een andere plek op aarde”, zegt Evers. “Heb je op die twee plekken – ongeveer 200 kilometer van elkaar – microfoons dan kun je bepalen hoe snel het geluid heeft gereisd. Dat is weer een maat voor de temperatuur en de wind op grote hoogte. Dezelfde truc is mogelijk in de oceaan. Je bepaalt zo de temperatuur van het water op kilometers diepte. Daar waar nauwelijks metingen worden gedaan.”

Evers denk ook aan het inzetten van infrageluid voor het bepalen van de snelheid waarmee gletsjers materiaal afvoeren. Dat is belangrijk voor bijvoorbeeld klimaatwetenschappers. Wil je dat nu doen dan ben je aangewezen op lokale metingen of van satellieten, die niet continu aanwezig zijn en worden beperkt door het dag- en nachtritme. Maar je kunt ook luisteren. “Er zijn verschillende infrageluidmicrofoons geïnstalleerd in het noordwesten van Groenland”, zegt Evers. “Je hoort daar vijf gletsjers om je heen kraken. Door naar de verschillende aankomsttijdstippen van het geluid bij de microfoons te kijken, achterhaal je precies uit welke richting het geluid komt. De vraag is hoe betrouwbaar de informatie is die je uit het infrageluid haalt. Als we de historische data van de afvoersnelheden van de gletsjers vergelijken met het infrageluid dan lijkt dat heel aardig overeen te komen.”

Dsc05650
Gletsjer in het Skaftafell-park in IJsland.
Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink

Het kernstopverdrag

In het kader van zijn onderzoek is Evers blij met het zogenoemde kernstopverdrag uit 1996, dat inmiddels door meer dan 160 landen is ondertekend en nucleaire explosies – ook voor testdoeleinden – verbiedt. Om het verdrag te handhaven zijn er wereldwijd zo’n vijftig meetstations geïnstalleerd die via infrageluid naar nucleaire explosies speuren. De speciale microfoons registreren veertig keer per seconde de druk in de atmosfeer, en drukgolven van een explosie vallen hierin direct op.

800px operation crossroads baker edit
Een enorme waterzuil stijgt op boven de Bikini-atol in de Stille Oceaan. De Verenigde Staten testten hier tussen 1946 en 1958 23 kernbommen. Dit is de ‘Baker-explosie’ op 25 juli 1946. Dit soort testen is verboden met het kernstopverdrag.
United States Department of Defense, via Wikimedia Commons, publiek domein

De data leveren niet alleen een mooi verspreid beeld van infrageluid over de hele wereld (tussen ieder station zit ongeveer tweeduizend kilometer), maar de gemaakte opnames worden ook jarenlang opgeslagen. Het is voor wetenschappers niet zo moeilijk om die informatie op te vragen, zegt Evers. Na bewerking is het geschikt voor onderzoek. “We hebben er wat dat betreft steeds meer oren op aarde en dat komt ons onderzoek ten goede”, aldus Evers.

Infrageluid gaat vier keer de wereld rond

De knal van de Indonesische vulkaan Krakatau die in augustus 1883 uitbarstte was tot op zeer grote afstand hoorbaar voor mensen. Duizenden kilometers verderop werden er meldingen gedaan. Nog meer indruk maakten de infrageluidgolven. Eind negentiende eeuw werd de luchtdruk gemeten met zogenoemde barografen, die het netjes met een pen op een lange rol papier uitschreven. Sommige meetstations maten over de loop van een aantal dagen verschillende golven in de luchtdruk: het was de ‘knal’ van de Krakatau die tot wel vier keer de wereld rondging. Het is nog steeds de krachtigste geluidsbron die ooit is gemeten.

Alleen maar luisteren

Het onderzoek is nu nog vooral een zoektocht, laat Evers weten. Met zijn collega’s zoekt hij in bestaande data naar interessante infrageluidbronnen. Ze komen eigenlijk op afgelegen plekken zonder dat ze erheen hoeven, bijvoorbeeld hoog in de atmosfeer of diep in de oceaan. Hoewel we de aarde in hoog tempo vol leggen met sensoren, zijn er nog steeds plekken waar nauwelijks betrouwbare informatie over is. Infrageluid helpt om die laatste plekken toegankelijker te maken voor de wetenschap.

Het mooiste van het onderzoek naar infrageluid vindt Evers dat hij op een ‘passieve’ manier informatie kan winnen over een groot aantal fenomenen in de natuur. “We sturen niets de omgeving in”, zegt hij. “Het enige dat we doen is luisteren.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde Kennislink ongeveer 1 maand geleden

Discussier mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE