Klimatologen krijgen vaak de vraag "Maakt klimaatverandering orkanen sterker?" maar ze kunnen geen definitief antwoord geven omdat het wereldwijde orkaanrecord alleen teruggaat tot het begin van het satelliettijdperk. Maar nu, een kruispunt van disciplines - seismologie, atmosferische wetenschappen, en oceanografie—biedt een onaangeboorde gegevensbron:het continue seismische record, die dateert uit het begin van de 20e eeuw.

Een internationaal team van onderzoekers heeft een nieuwe manier gevonden om de beweging en intensiteit van orkanen te identificeren, tyfoons en andere tropische cyclonen door te volgen hoe ze de zeebodem schudden, zoals vastgelegd op seismometers op eilanden en in de buurt van de kust. Na 13 jaar gegevens uit de noordwestelijke Stille Oceaan te hebben bekeken, ze hebben statistisch significante correlaties gevonden tussen seismische gegevens en stormen. Hun werk werd op 15 februari gepubliceerd in het tijdschrift Aardse en planetaire wetenschapsbrieven .

De groep van experts werd samengesteld door Lucia Gualtieri van Princeton University, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in de geowetenschappen, en Salvatore Pascale, een associate onderzoekswetenschapper in atmosferische en oceanische wetenschappen.

De meeste mensen associëren seismologie met aardbevingen, zei Gualtieri, maar de overgrote meerderheid van de seismische gegevens toont bewegingen met een lage intensiteit uit een andere bron:de oceanen. "Een seismogram is in feite de beweging van de grond. Het registreert aardbevingen, omdat een aardbeving de grond doet trillen. Maar het registreert ook alle kleine andere bewegingen, " van passerende treinen tot orkanen. "Tyfoons komen heel goed naar voren in het record, " ze zei.

Omdat er geen manier is om te weten wanneer een aardbeving zal toeslaan, seismometers lopen constant, altijd klaar om de dramatische aankomst van een aardbeving vast te leggen. Tussen deze wereldschokkende gebeurtenissen, ze volgen het gerommel op de achtergrond van de planeet. Tot ongeveer 20 jaar geleden, geofysici deden dit gerommel van lage intensiteit af als geluid, zei Gualtieri.

"Wat is ruis? Ruis is een signaal dat we niet begrijpen, " zei Pascale, die ook een associate research scientist is bij het Geophysical Fluid Dynamics Laboratory van de National and Oceanic and Atmospheric Administration.

Net zoals astronomen hebben ontdekt dat de ruis tussen radiostations ons informatie geeft over de kosmische achtergrond, seismologen hebben ontdekt dat het lage "geluid" dat door seismogrammen wordt geregistreerd, het kenmerk is van door de wind aangedreven oceaanstormen, het cumulatieve effect van golven die op stranden over de hele planeet beuken of met elkaar in aanvaring komen in de open zee.

Eén oceaangolf die alleen werkt, is niet sterk genoeg om een ​​seismische signatuur te genereren bij de frequenties die ze aan het onderzoeken was. legde Gualtieri uit, omdat typische oceaangolven alleen de bovenste paar meter van de zee beïnvloeden. "De deeltjesbeweging neemt exponentieel af met diepte, dus op de zeebodem zie je niets, "Zei ze. "Het belangrijkste mechanisme om seismische afwijkingen van een tyfoon te genereren, is om twee oceaangolven met elkaar te laten communiceren." Wanneer twee golven botsen, ze genereren verticale druk die de zeebodem kan bereiken en een nabijgelegen seismometer kan schudden.

Wanneer een storm groot genoeg is - en stormen geclassificeerd als orkanen of tyfoons - zal het een seismisch record achterlaten dat meerdere dagen duurt. Eerdere onderzoekers hebben met succes individuele grote stormen getraceerd op een seismogram, maar Gualtieri kwam van de andere kant op de vraag:kan een seismogram een ​​grote storm in het gebied vinden?

Gualtieri en haar collega's vonden een statistisch significante overeenkomst tussen het optreden van tropische cyclonen en grote amplitude, langdurige seismische signalen met korte perioden, tussen drie en zeven seconden, genaamd "secundaire microseismen." Ze waren ook in staat om de kracht van de tyfoons te berekenen uit deze "secundaire microseismen, " of kleine schommelingen, die ze met succes correleerden met de waargenomen intensiteit van de stormen.

Kortom, het seismische record had voldoende gegevens om te identificeren wanneer tyfoons plaatsvonden en hoe sterk ze waren.

Tot dusver, de onderzoekers hebben zich gericht op de oceaan voor de kust van Azië vanwege de krachtige tyfoons en het goede netwerk van seismische stations. Hun volgende stappen zijn onder meer het verfijnen van hun methode en het onderzoeken van andere stormbekkens, te beginnen met het Caribisch gebied en de oostelijke Stille Oceaan.

En dan zullen ze het historische seismische record aanpakken:"Als we een zeer gedefinieerde methode hebben en deze methode hebben toegepast op al deze andere regio's, we willen terug gaan in de tijd, ' zei Gualtieri.

Hoewel wereldwijde storminformatie alleen teruggaat tot de begindagen van het satelliettijdperk, eind jaren zestig en begin jaren zeventig, de eerste moderne seismogrammen werden gemaakt in de jaren 1880. Helaas, de oudste archieven bestaan ​​alleen op papier, en weinig historische gegevens zijn gedigitaliseerd.

"Als al deze gegevens beschikbaar kunnen worden gesteld, we zouden records kunnen hebben die meer dan een eeuw teruggaan, en dan zouden we kunnen proberen om een ​​trend of verandering in intensiteit van tropische cyclonen over een eeuw of meer te zien, " zei Pascale. "Het is erg moeilijk om trends vast te stellen in de intensiteit van tropische cyclonen - om de impact van de opwarming van de aarde te zien. Modellen en theorieën suggereren dat ze intenser zouden moeten worden, maar het is belangrijk om observationeel bewijs te vinden."

"Deze nieuwe techniek, als kan worden aangetoond dat het geldig is in alle bekkens die vatbaar zijn voor tropische cyclonen, verlengt effectief het satelliettijdperk, " zei Morgan O'Neill, een TC Chamberlin Postdoctoral Fellow in geowetenschappen aan de Universiteit van Chicago, die niet betrokken was bij dit onderzoek. "Het verlengt de periode waarover we wereldwijde dekking hebben van het optreden en de intensiteit van tropische cyclonen, " ze zei.

Het vermogen van de onderzoekers om seismische gegevens te correleren met stormintensiteit is van vitaal belang, zei Allison Wing, een assistent-professor van de aarde, oceaan- en atmosferische wetenschap aan de Florida State University, die niet bij dit onderzoek betrokken was. "Als het gaat om het begrijpen van tropische cyclonen - wat hun variabiliteit en hun reactie op klimaat en klimaatverandering regelt - is het beter om meer gegevens te hebben, in het bijzonder gegevens die ons kunnen vertellen over de intensiteit, wat hun methode lijkt te doen. ... Het helpt ons het bereik van variabiliteit die orkaanintensiteit kan hebben te beperken."

Dit verband tussen stormen en seismiciteit begon toen Gualtieri besloot in haar vrije tijd te spelen met orkaangegevens, ze zei. Maar toen ze de orkaangegevens over de seismische gegevens legde, ze wist dat ze iets van plan was. "Ik zei, 'Wauw, er is meer dan alleen spelen. Laten we contact opnemen met iemand die kan helpen."

Haar onderzoeksteam groeide uiteindelijk uit tot een tweede seismoloog, twee atmosferische wetenschappers en een statisticus. "Het meest uitdagende deel was het tot stand brengen van communicatie met wetenschappers met verschillende achtergronden, "zei Pascale. "Vaak, op verschillende gebieden van de wetenschap, we spreken verschillende dialecten, verschillende wetenschappelijke dialecten."

Toen ze eenmaal een 'gedeeld dialect' ontwikkelden, " hij zei, ze begonnen spannende ontdekkingen te doen.

"Dit is hoe de wetenschap evolueert, " zei Pascale. "Historisch gezien, het is altijd zo geweest. Disciplines evolueren eerst binnen hun eigen koninkrijk, dan wordt een nieuw veld geboren."