Een hard maar niet te horen geluid

Apparaten die het geluid van kernproeven registreren, ‘hoorden’ in februari een superlaag signaal van de inslaande Tsjeljabinskmeteoriet.

In de werkkamer van Läslo Evers bij het KNMI staat een koffiemok. ‘Voor de stoerste papa.’ Van zijn zoon gekregen, bevestigt Evers. Acht jaar is die, en hij weet wel een beetje wat zijn vader doet. „Maar akoestische propagatie leg ik nog niet uit”, zegt Evers met een lachje.

Het werk van Evers bestaat uit luisteren. Naar geluiden die voor menselijke oren onhoorbaar zijn. Zulke ‘infrasone’ geluiden met lage frequenties (minder dan 20 Hz in de atmosfeer) en lange golflengtes kunnen zich kilometers voortplanten door water, het aardoppervlak en de lucht (dat is die ‘akoestische propagatie’). Soms reizen ze zelfs meerdere keren rond de aarde.

Alleen dieren en voorwerpen die veel groter zijn dan de zwaarste bas-speaker, kunnen deze langgerekte luchttrillingen teweeg brengen. Walvissen en olifanten dus. Straaljagers, vulkanen, bommen. En grote meteorieten.

Zo raakte Evers betrokken bij het onderzoek naar de meteoriet (19 meter in doorsnee en 12.000 ton zwaar) die op 15 februari hoog in de atmosfeer boven het Russische Tsjeljabinsk uiteenspatte. Zijn naam staat boven twee van de drie artikelen die daarover gisteren verschenen: een artikel stond in Science, het andere in Nature.

Hoe ging dat op 15 februari?

„Ik hoorde op het nieuws dat er boven Tsjeljabinsk een – hoogstwaarschijnlijk – enorme meteoriet de atmosfeer in was gesuisd. En ik dacht: dat moet ik gaan bekijken op het IMS-netwerk.”

Dat International Monitoring System (IMS) werd aangelegd nadat in 1996 het kernstopverdrag was opgesteld om een einde te maken aan atoombomproeven. Het verdrag zelf is nog altijd niet geratificeerd, maar het IMS-netwerk omspant intussen de hele wereld. Het pikt de infrasone geluidsgolven op zoals die bij kernproeven worden opgewekt: met microfoontjes in de oceanen, seismometers op het aardoppervlak en met microbarometers die infrasone luchtverplaatsingen in de atmosfeer registreren. Omdat KNMI er het Nederlandse Nationaal Data Centrum in is, heeft Evers er permanent toegang toe.

Wat zag u?

„Ik zocht op wat de meetinstrumenten in Kazachstan hadden geregistreerd – dat was het dichtst bij Tsjeljabinsk. En ik kon mijn ogen niet geloven. Zulk zwaar onhoorbaar geluid had ik nooit eerder gezien. Bij een vulkaanuitbarsting zoals van de Etna of de IJslandse Eyjafjallajökull bijvoorbeeld, rommelt de kraterpijp met infrasoon geluid van 0,5 Hz. Maar dit waren golven met een periode van 50 seconde, een frequentie van 0,02 Hz dus. Het moest iets nog véél groters zijn.

„Zodra het ook in Canada ochtend was geworden, heb ik mijn collega Peter Brown in Ontario gebeld. Toen zijn we met een stel mensen aan de slag gegaan. Met de gegevens van Amerikaanse defensiesatellieten, met video-opnames van de meteoriet, met data uit het IMS-netwerk, enzovoorts. Ikzelf zat in een groepje dat de infrasone geluidsgolven bestudeerde – de luchtverplaatsingen dus die horen bij de schokgolf die de meteoriet in de atmosfeer opwekte.”

Wat leerde het infrasone geluid over de meteoriet?

„Allereerst kun je de geluidssterkte bekijken. Maar dat is lastig, want slechts een deel van het geluid reist rechtstreeks naar het aardoppervlak. Een ander deel reist eerst omhoog en buigt dan via de stratosfeer of hoog in de thermosfeer pas weer naar de aarde. Welk pad het geluid daarbij precies volgt, hangt af van de omstandigheden hoog in de atmosfeer. Boven de dertig kilometer kennen we die niet goed. Daardoor is het geluidssterktepatroon lastig te interpreteren.

„Veel helderder is de frequentie van het geluid. Die kun je direct relateren aan de explosieve kracht van een gebeurtenis. In onze publicatie in Nature komen we uit op een kracht van ongeveer 500 kt TNT.”

Waarmee is dat te vergelijken?

„Met kernexplosies. Sinds het IMS-netwerk er ligt, worden er nog nauwelijks kernproeven gedaan, maar je kunt Noord-Korea als voorbeeld nemen. In 2006 deden ze daar een – waarschijnlijk deels mislukte – proef met een kracht van 3 kt TNT. In 2009 eentje met een kracht van 6 kt TNT en in 2013, kort voor de meteorietinslag, eentje van 10 kt TNT. Of neem de atoombom op Hiroshima: die had een explosieve kracht van 15 kt TNT.

„De drukgolf van de meteoriet was dus nóg krachtiger. Die is zelfs te vergelijken met een kernexplosie van 1000 kt TNT: dat komt doordat relatief meer energie aan de atmosfeer wordt overgedragen, en doordat de drukgolf van de meteoriet een andere vorm heeft. Meer cilindrisch.

„Maar doordat de meteoriet de drukgolf hoog in de atmosfeer opwekte, beperkte de schade in Tsjeljabinsk zich toch voornamelijk tot gesprongen ruiten. De drukgolf had al sterk aan kracht ingeboet toen hij de aarde bereikte.”

Hoe kwam u erbij om onhoorbaar geluid te onderzoeken?

„Na mijn studie geofysica in Utrecht kwam ik bij het KNMI terecht. Daar werd ik gevraagd voor een project om bij het militair vliegveld in Deelen de sonic booms van straaljagers in kaart te brengen: het infrasone geluid dat ontstaat als straaljagers door de geluidsbarrière gaan.

„We zetten er 16 microbarometers neer om de luchtverplaatsingen te registreren en hadden aanvankelijk grote moeite om al die signalen te begrijpen. Hoe zat dat onhoorbare geluidslandschap in elkaar? Ik zag er een onderwerp voor een proefschrift in, en zo werd het mijn werk.”

De ‘onhoorbare symfonie’ noemde u de infrasone geluiden in 2008 in dat proefschrift. Wat zouden we horen als we ‘infrasone oren’ konden opzetten?

„Een onaangename herrie. Op de achtergrond zouden voortdurend de infrasone klanken klinken die golven op de oceaan voortbrengen. Ja, je zou ze de strijkers kunnen noemen. Tussendoor hoorde je het gerommel van vulkanen en inderdaad, olifanten zouden de ritmesectie kunnen zijn. Onder water hoorde je walvissen zingen, en afbrekende ijsschotsen knallen. Ook zou je er telkens het ploffen horen van de explosies waarmee mensen geluidsgolven opwekken om de aardbodem in kaart te brengen, op zoek naar olie en gas. En de meteoriet zou een werkelijk gigantische paukenslag zijn. Een reusachtige dreun.”

Kijkt u anders naar de wereld, nu u weet dat die vol is van geluiden die ons ontgaan?

„Hmm. Ik speur niet de hele dag naar bronnen van onhoorbaar geluid. Wel ben ik me ervan bewust dat er vele dingen zijn die ik niet hoor. En dat er nog veel te ontdekken is. Ik ga nu bijvoorbeeld bekijken of je die constante infrasone achtergrondruis die vanaf de aarde opstijgt, kunt gebruiken om de omstandigheden hoog in de atmosfeer te bepalen. Vergelijkbaar met hoe je infrasoon geluid aanwendt om de aardbodem in kaart te brengen. En ja, als er een vulkaanuitbarsting is, of een andere gebeurtenis, dan kijk ik altijd meteen op het IMS-netwerk.”

En vreest u nu meteorietinslagen?

„Welnee. Het voordeel is dat je dit soort meteorieten nauwelijks kunt zien aankomen. Het heeft dus geen zin om je zorgen te maken.”