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感知海底2万里 新设备助力海底地震探测

来源:网络整理 编辑:采集侠 时间:2018-05-16

感知海底2万里 新设备助力海底地震探测

  Jerry Paros发明的石英传感器,将把海底监测的精确度提高到1厘米。

  家住华盛顿州的Jerry Paros担心大地震就像一颗定时炸弹威胁着邻居和自家。因为美国西海岸正好处在环太平洋地震带上。但与其他数百万干着急的人不同,Paros尝试用实际行动抵御风险。他的公司发明了用于地震监测的石英传感器。该传感器最初用于化石能源开采等行业,现在,Paros打算用它帮助全世界免遭自然灾害的影响。

  现年79岁的Paros在办公室展示了他的发明:在一个排球大小的金属架内部,传感器通过上下移动感应大气压力的微小变化,甚至开关门造成的气压变化都能被它捕捉到。在海底,该设备能感应水压的变化,从而推测海底深处的震动。

  Paros希望打造一个海洋地震预警系统。他向华盛顿大学捐赠了200万美元资金,与大学科研人员在太平洋西北海岸海域进行测试。日本和智利等许多沿海国家也在研究海底地壳活动监测技术,安装测试各种传感设备。

  多年来,海底的断层运动一直让地球物理学家感到棘手,地球70%的表面被水覆盖,标准探测工具在海洋环境中毫无作用。Paros创造的传感器让无计可施的地球物理学家第一次有机会探测海底活动。这些传感器网络可以揭示哪些海底断层是无害的,哪些有可能在为下一次大地震积攒能量。

  “它将帮助我们定位活动区域,这正是我们此前办不到的事。”华盛顿大学海洋学家Emily Roland说。

  沉睡的巨人

  当Paros于1970年迁来华盛顿州时,他并不了解西北太平洋沿岸地震频发的危险。

  该地区有记录以来最大的地震发生在1949年4月13日。当时,华盛顿州奥林匹亚市发生了7.1级地震。但从1980年代开始,研究人员发现南起加州北至英属哥伦比亚,北美洲整个西海岸都面临着9级强震和大海啸的威胁。危险根源来自距海岸50公里远的海洋底部,这个位置下面正是板块交界处。

  卡斯卡迪亚俯冲带长达1000公里,是环太平洋火山地震带的一部分。海底俯冲带曾导致有记录以来的多次超级地震,其中包括1960年的智利9.5级大地震。1700年,卡斯卡迪亚发生海底强震,估计强度达到9级,地震引起的海啸让北美沿岸深受重创,太洋另一端的日本也受到波及。

  卡斯卡迪亚俯冲带就像一颗定时炸弹让科学家提心吊胆。谁也不知道下次地震什么时候到来,可能是明天,也可能是数世纪以后。目前,科学家监测了其他俯冲带的地质活动,并通过监测小型地震的模式评估未来强震的风险。

  加拿大地质调查局地震专家Kelin Wang称,卡斯卡迪亚俯冲带通常十分平静,近年来只检测到很少几次轻微震动,暗示该地区的板块运动处于平静期。这使得卡斯卡迪亚成为一个沉睡的巨人,同时也是一个危险的巨人——波特兰和西雅图等城市的命脉把握在它手上。

  在陆地上,工程师可以使用全球定位系统(GPS)测量跟踪细微的地质运动迹象,包括火山爆发前山体周围地面的隆起,或者石块沿地质断层滑动,例如加州的圣安地列斯断层。但在海底进行地质运动监测则困难且昂贵。直到近几年,得益于监测工具和部署方式的创新,海底测量学才逐渐赶上陆地测量水平。

  从新西兰、日本再到智利,各国的地球物理学家都在试图了解长期地质运动的风险,并在地震和海啸发生之初及时发布警报。大部分此类工作都基于政府资助建立的海底传感器网络,另外也有少部分由Paros这样的私人出资建造。Paros在俄勒冈州沿岸的海域安装了6个石英压力传感器,监测卡斯卡迪亚俯冲带运动状况。

  科学家根据地表GPS测量得出了两个不同的卡斯卡迪亚俯冲带运动模型。其中一个显示,下降板块的活动十分缓慢,在整个过程中释放出压力。另一个认为,两个板块被锁定在一起,产生了压力积聚的危险。

  释放压力

  人们无法仅通过陆基仪器判断这两个模型正确与否。“我们不知道板块锁定到了什么程度,所以才需要海上测量。陆基测量已经不够用了。” Wang说。

  海洋学家时常在卡斯卡迪亚海底安装监测仪器,但只能“撒撒胡椒面”。华盛顿大学和加州斯克利布斯海洋研究所联合组建的科研团队正尝试建立一个能够在时间维度上测量海底运动的系统,并从中评估威胁的性质。Paros的石英传感器在这项工作中扮演关键角色。

  Paros在50年前就开始研发能够测量加速度、压力变化和温度等物理因素的石英传感器。其部署在海底的传感器能测量其上的水压变化,在纠正了波浪和潮汐带来的干扰之后,海洋学家能将海底的上下移动精确到1厘米。

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