Узнать больше о том, как звук помогает изучать то, что скрыто под землёй, смогли кировчане 5 ноября на лекции «Звук недр» в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Кирова. Об этом рассказал Александр Буторин — кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геофизики Института наук о Земле СПбГУ, геофизик и ведущий эксперт научно-технического центра ПАО «Газпром нефть». Учёный посетил Киров в рамках проекта «Энергия науки» сети ИЦАЭ.

Обращаясь к истории, Александр рассказал о том, что изучение звука долго было связано с музыкой. Ещё в конце 1880-х годов физик Рудольф Кениг проводил манометрический эксперимент: он произносил звуки на разных нотах и зарисовывал изменения пламени. А в 1877 году появился фонограф — первый аппарат для записи и воспроизведения звука. Сегодня, по словам Буторина, в обычном mp3-файле записано 44 100 значений амплитуды на каждую секунду трека. Именно эти колебания мы и слышим.

Звук — это упругая волна, колебания, которые распространяются в пространстве. Человеческое ухо воспринимает частоты от 20 Гц до 20 кГц, но многие животные используют ультразвук для ориентации и охоты. Спикер объяснил, что звук распространяется во всех типах сред, а на границе раздела сред с разными свойствами происходит частичное отражение падающей энергии. «Именно по этому отражению мы можем судить о том, что находится внутри объекта», — подчеркнул лектор. Этот принцип лежит в основе сонаров, УЗИ и сейсморазведки. Повышая частоту, можно изучать мелкие объекты (например, внутренние органы). Понижая — проникать глубже в землю и «видеть» геологические пласты.

«Изучая отражённые звуковые волны высоких частот, мы получаем возможность «увидеть» поверхность морского дна, распознать объекты, которые на нём находятся. Эти изображения — оцифрованное эхо или звук», — отметил спикер.

Геологические пласты имеют разную геометрию границ. Для бурения нужно знать глубину, на которой находится пласт. Образ геологических объектов в отражённом акустическом сигнале помогает геологам прогнозировать, какими породами сложены пласты. «Знание условий образования пород помогает воссоздать обстановки геологического прошлого», — подчеркнул эксперт.

Особое внимание он уделил сонификации — превращению любых данных в звук. Сейсмическая трасса, по сути, показывает, как меняется амплитуда сигнала со временем. Если перевести эти колебания в слышимый диапазон, можно буквально «услышать» недра. «Теоретически данные сейсморазведки могут быть «услышаны», так как находятся на нижней границе слышимого человеком диапазона», — пояснил лектор.

Однако есть нюанс: современные сейсмические съёмки содержат от 100 тысяч до 100 миллионов трасс на квадратный километр. Средний размер съёмки — около 500 квадратных километров. Длина записи — 5 секунд, с шагом снятия амплитуд 500 Гц. Чтобы «прослушать» весь массив данных, потребовалось бы почти 8 лет (если брать по минимальной плотности данных). «Полученный «музыкальный» файл может быть воспроизведён на любом устройстве — так мы можем «услышать» сигнал от пород на глубине», — отметил Александр Буторин.

В завершение лекции он презентовал звуковую карту России, созданную на основе записей, полученных на разных месторождениях. Учёный продемонстрировал, как звучат Оренбургская область, Западная и Восточная Сибирь. «Геологические науки позволяют заглянуть в прошлое нашей планеты и понять, как она была устроена миллионы лет назад. А звук помогает нам «услышать» эту историю», — сделал вывод лектор.

Проект «Энергия науки» создан, чтобы знакомить жителей регионов с новейшими научными открытиями и идеями. Лучшие популяризаторы, учёные и научные журналисты рассказывают о передовых экспериментах и теориях, открытиях и гипотезах. Главная цель — дать людям, далёким от науки, возможность задать вопрос и даже поспорить с учёными, чтобы наука перестала быть чем-то непонятным и скучным.