#117 De hartslag van de aarde: elke 26 seconden

Voordat we kunnen beginnen...

Eerst nog een aanvulling op het verhaal over maagsweren en helicobacter pylori. Ik zei toen dat stress in ieder geval geen oorzaak is van maagsweren. Dat was een beetje kort door de bocht en daarover kreeg ik een mail van Iris Sommer. Zij is hoogleraar bij het UMCG in Groningen. Het is belangrijk om het mechanisme te begrijpen. Helicobacter pylori kan dus leven in onze maag en nestelt zich daar diep in de slijmlaag van de maagwand.

Juist op die plekken waar de bacterie zit, daar kan het maagzuur door de slijmlaag heen de maagwand bereiken en daar een maagsfeer veroorzaken. Dus de bacterie maakt de maagwand kwetsbaar en het maagzuur veroorzaakt de wond. En stress veroorzaakt dan weer een verhoogde afgifte van maagzuur. Het is dus de combinatie.

Heel veel mensen zijn drager van Helicobacter pylori, maar krijgen geen maagsweer. Stress, maar ook eetgewoontes zijn niet de oorzaak van de maagsweer, maar het helpt wel. En als je een maagsweer hebt... Dan zijn gezonde eet- en drinkgewoontes en minder stress nuttig voor de genezing.

Ik zei trouwens ook dat experimenteren op jezelf wel mag, maar dat er veel haken en ogen aan zitten. Dat was echt niet waar. Je mag van de Nederlandse wet geen medisch onderzoek doen op mensen zonder de medisch-ethische toetsingscommissie te betrekken.

Ook niet op jezelf. Zo, dan nu naar het verhaal van vandaag. Laat me beginnen met een waarschuwing. Dit verhaal eindigt met een vraagteken. Het gaat over een intrigerend natuurlijk fenomeen, maar we weten niet precies hoe het zit. Dan weet je dat vast. Hier is Nooit Geweten aflevering 117. Een seismograaf. Het apparaat waar we aardbevingen mee detecteren. Een seismograaf is in de kern een eenvoudig apparaat.

Iedereen kan verzinnen dat je een trilling van de aarde kan meten door bijvoorbeeld een natte kwast met verf aan een touw te hangen. Als de aarde schudt, dan gaat de kwast ten opzichte van de vloer heen en weer. Misschien heb je wel eens een seismograaf in werking gezien. Tegenwoordig is dat natuurlijk allemaal elektronisch, maar de oude zijn eigenlijk gewoon een naald met inkt die meetrilt met de grond.

Daar wordt dan een rol papier onderdoor getrokken en dan kan je zien wanneer de grond bewoog. En dan kan je dus meten hoe ver de meter uitslaat en weet je iets over hoe zwaar een beving is. Maar hoe weten ze op basis van die trillingen dan hoe ver weg of zelfs waar die beving heeft plaatsgevonden? Dat kan omdat er twee soorten schokgolven zijn. Ik probeer het uit te leggen, maar het is best lastig zonder plaatje.

Stel je de aarde voor als een pudding. Eén die een beetje drilt. Dan heb je aan de ene kant van de pudding een sensor die beweging kan voelen. En aan de andere kant van de pudding ga je met je vinger tegen de pudding aantikken. Als je een tikje geeft in de richting van de sensor aan de andere kant, dan ontstaat er een trilling, een golf, in de richting van de sensor. Die golf bestaat uit meer ingedrukte stukjes pudding en minder ingedrukte stukjes pudding.

Elk stukje pudding beweegt niet naar de overkant, maar alleen heen en weer langs de lijn tussen het punt waar je tegen de pudding tikt en de sensor. Heb je dat beeld voor je? Dus een tikje in de richting van de sensor. Het andere type golf breng je ook aan op het punt tegenover de sensor, maar nu geef je geen tikje in de richting van de sensor, maar je beweegt het oppervlak van de pudding juist heen en weer, haaks op de richting van de sensor.

Ook dan krijg je een soort trilling door de pudding in de richting van de overkant. Nu beweegt elk stukje pudding heen en weer haaks op de richting naar de sensor. Maar de golf gaat wel naar de sensor en de sensor voelt uiteindelijk ook die heen en weer beweging die je op het oppervlak van de pudding aanbrengt. Twee soorten trillingen dus.

De eerste, waarbij de richting van de stukjes pudding in de richting van de golf is, die noemen ze de primaire golf. De tweede, waarbij de stukjes pudding zijdelings bewegen ten opzichte van de golf, dat noemen ze een secundaire golf. Niet heel creatief in de naamgeving, maar dit is wat het is. En nu komt het. Die primaire golf gaat een stuk sneller dan de secundaire.

En een uitbeving doet altijd allerlei soorten bewegingen tegelijk, dus zendt zowel primaire als secundaire schokgolven uit in alle richtingen. Dus bij een seismograaf ergens op de wereld, daar komen van een korte aardbeving altijd twee pieken binnen. De eerste van de primaire golf en dan een tijdje later nog een van de secundaire golf. De tijd tussen die twee... is groter als de afstand van de beving tot de meter groter is en dan gemeten dwars door de aarde, niet over de buitenkant.

Als je nou vervolgens de metingen op allemaal verschillende plekken naast elkaar legt, dan weet je de afstand tot al die plekken en kan je met wat wiskunde de plek bepalen waar het signaal vandaan komt. Nou hebben we met steeds nauwkeuriger meters geleerd om vrij snel te weten waar precies het epicentrum van een beving is. Dat is belangrijke informatie bij de hulpverlening. En we hebben ook heel veel geleerd van de interne structuur van de aarde.

De snelheid van zo'n trilling is namelijk niet in iedere uitlaag hetzelfde. Als je van hetzelfde signaal... een zware aardbeving bijvoorbeeld, op heel veel plekken precies registreert wanneer er golven werden gemeten, dan kun je heel veel leren over de lagen waar die golven kennelijk doorheen zijn gekomen.

We gebruiken die apparatuur tegenwoordig niet alleen meer voor het detecteren van bevingen, maar ook bij het opsporen van olie- en gasreserves, waterlagen en bij het vaststellen van kernproeven. Allemaal toepassingen waarvoor een signaal van de seismograaf wordt bekeken.

De uitslag en de tijdstip nauwkeurig wordt vastgelegd om conclusies te kunnen trekken. Maar ik wil het vandaag graag hebben over de ruimte tussen die signalen. Op de momenten dat er niets bijzonders gebeurt. Als je wel eens naar zo'n seismograaf hebt staan kijken, dan weet je, die naald staat nooit stil. Het beweegt altijd een beetje. Die kleine bewegingen tussen de duidelijke pieken in, dat noemen we seismische ruis.

Een goede seismograaf wordt natuurlijk altijd zo opgesteld dat je zo min mogelijk omgevingsinvloeden meet. Het meetgedeelte wordt direct in de grond verankerd, diep in de kelder. En het apparaat wordt zoveel mogelijk trillingsvrij geplaatst. Zodat je niet de trillingen van het gebouw meet, niet de voetstappen op de gang, niet de tik van het boek dat op tafel wordt gelegd. Maar dan nog is er dus ruis. Die ruis, dat is de optelsom van ontelbaar veel kleine bronnen van trilling.

Als er een vrachtwagen voor het gebouw voorbij rijdt of een helikopter overvliegt, dan brengt dat de aarde een klein beetje in beweging en de meter pikt dat op. En er zijn wetenschappers die zich juist verdiepen in de ruis. Wat veroorzaakt die ruis? Daarvoor wil je eigenlijk al die losse componenten van de ruis uit elkaar trekken, zodat je kan zeggen dit stukje wordt veroorzaakt door de snelweg en dit stukje is van het bulderende water bij die waterval.

Een van de manieren om een signaal te analyseren en in losse stukjes uit elkaar te halen is de Fourier-analyse. Fourier was een natuurkundige en wiskundige zo in de tijd van Napoleon en is vooral nog bekend van zijn wiskunde. Hij vond uit dat je een willekeurig repetitief signaal kan opbouwen uit een groot aantal eenvoudige sinusvormige functies. We gaan nu even niet op de wiskunde in, maar met geluid werkt het ongeveer zo.

Een geluidstrilling dat een perfecte sinus volgt klinkt bijvoorbeeld zo. Het kan ook hoger of lager en natuurlijk harder en zachter. En het idee van Fourier is dat je veel complexere geluiden, zoals het geluid van een viool bijvoorbeeld, dat je die kan samenvatten uit allemaal verschillende sinusvormige piepjes.

En als je dan gaat kijken welke toonhoogtes je allemaal gebruikt, dan is dat in eerste instantie natuurlijk de frequentie van de zuivere toon die de viool speelt, maar ook een frequentie die twee keer of drie keer of vier keer zo hoog ligt, de zogenaamde boventonen. En allemaal frequenties die vlakbij die tonen liggen. Al die piepjes en zoomtonen samen, die klinken, geloof het of niet, als een viool. Of als een heel orkest.

Als je deze truc, de Fourier-analyse, nou eens doet met de seismische ruis, wat mag je dan verwachten? Als je echte ruis hebt, als er helemaal geen signaal in zit, dan komt er uit een Fourier-analyse dat alle frequenties evenveel bijdragen. Dan heb je zogenaamde witte ruis. Maar ruis is bijna nooit zo netjes. In de trillingsruis van de aarde zijn best veel frequenties te vinden die eruit springen en die we kunnen thuis brengen. 50 hertz bijvoorbeeld.

Dat is de frequentie van het stroomnet en er staan overal elektrische apparaten in die frequentie te trillen. Zo rond de 1000 tot 2000 toeren per minuut, oftewel ongeveer... 20 tot 40 hertz, kan je in grafieken wel zien dat dat de frequenties zijn waarbij onze automotoren meestal draaien. Maar het interessante deel zit bij de heel lage frequenties. De trillingen van minder dan 1 hertz.

Dat is het onderzoek waar ik het even over wil hebben. Het is wel begrijpelijk dat seismologen meestal niet bezig zijn met het analyseren van Fourier-analyses van heel langzame trillingen. Voor het detecteren of zelfs voorspellen van aardbevingen heb je er bijvoorbeeld weinig aan. Maar in 2006 aan de Universiteit van Boulder, Colorado, werd er toch weer eens naar die gegevens gekeken.

Een student, Greg Benson, deed een analyse over de seismische ruis voor zijn afstudeeronderzoek. De seismografen worden steeds nauwkeuriger en over nauwkeurige metingen kan je met dit soort analyses scherpere piekjes zien. En wat er duidelijk uit de grafiekjes sprong was een piek bij ongeveer 0,038 hertz. Dat is eens per 26 seconde.

Je ziet dat niet aan de ruis, maar eens per 26 seconden lijkt er ergens iets te gebeuren. Ergens wordt een harde klap op iets gegeven of ontploft er iets. Wat zou dat zijn? De interesse van Greg's begeleider en de rest van de groep was gewekt. Ze begonnen met het uitsluiten van iets lokaals, door de ruis van allerlei meetstations over de wereld te vergelijken. Ze hebben het allemaal. Het is dus een klap...

Elke 26 seconden die over de hele wereld te horen is. In de literatuur vonden ze twee eerdere publicaties waarin dit signaal was opgepikt. Een uit 1962 en een uit 1980. In beide gevallen was het 1 keer per 26 seconde signaal beschreven, werd beweerd dat de oorsprong ergens op het zuidelijke halfgrond moest zijn en verder zonder verklaring. Als seismologen gingen ze vervolgens natuurlijk de primaire en secundaire golven vergelijken van al die meetstations om de locatie te bepalen.

De techniek had in de tussentijd niet stilgestaan, dus daar kwam een veel scherper beeld uit. De bron van het signaal moet ergens liggen in de golf van Bonnie. Misschien weet je niet meteen waar dat is. Het is in de hoek van Afrika waar Nigeria en Cameroen liggen, de oksel van Afrika zeg maar. Ook in dit artikel uit 2006 kwamen de seismologen niet verder dan speculeren over de oorzaak.

Misschien iets met oceaangolven die ergens tegenaan slaan? Zes jaar later verschenen er twee artikelen die een verklaring gaven. Alleen niet dezelfde verklaring. Het eerste artikel denkt dat de puls inderdaad zou kunnen komen van grote oceaangolven. Die hebben op die plek een enorme kracht kunnen opbouwen en als die golven dan het continentaal plat in de baai van Bonnie raken, dan slaan die kennelijk met zo'n klap op de onderliggende aardplaat dat we dat in de hele wereld kunnen horen.

De onderzoekers toonden aan dat er een duidelijk seizoenseffect was en dat het signaal in de winter sterker wordt als er meer stormen zijn. Maar waarom dan speciaal op die plek? Het andere artikel was van een Chinese groep. Zij geloven niets van het verhaal over oceaangolven. Die zouden nooit genoeg energie dragen voor zulke klappen. Zij denken eerder aan iets vulkaanisch. Er is daar in de buurt een vrij grote vulkaan op het eiland Sout-Tome.

Van vulkanen is bekend dat ze soms heel langdurig een rommelend geluid maken. Misschien dat er daar ergens onder de grond iets rommelt op een superlage frequentie. Zo laag dat ze het niet kunnen horen of voelen. maar misschien wel over de hele wereld meten. Hier had ik dus al voor gewaarschuwd, we hebben voorlopig geen antwoord. Er zijn twee mogelijke verklaringen neergelegd, beide nogal speculatief en zonder bewijs.

En eerlijk gezegd hebben seismologen over het algemeen wel iets beters te doen dan de puzzel op te lossen rond de hartslag van de aarde. Dus het wachten is op een afstuderende student seismologie die wel van een mysterie houdt. En hopelijk is het signaal er dan nog steeds. Want het kan natuurlijk tijdelijk zijn. Het gerommel duurt al minimaal sinds 1962, maar het kan ook ineens ophouden.

Dit was aflevering 117 van Nooit Geweten. Het antwoord op de fotopuzzel was de pagina Seismic Noise op de Engelstalige Wikipedia. Nooit Geweten wordt gemaakt door mijzelf, Deun Duinste en is een homage aan Wikipedia. Ken je iemand die dit een leuk verhaal zou vinden? Stuur het dan door. Over twee weken is er weer een nieuwe aflevering en wie alvast wil weten waar die over gaat, kan proberen de Wikipedia fotopuzzel op te lossen. Die vind je in de show notes.

Dank aan alle Wikipedianen die hebben gewerkt aan de onderliggende artikelen en natuurlijk ook aan jou voor het luisteren. Tot over twee weken.