新發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)斷層系統(tǒng)位于加利福尼亞海岸的蒙特雷灣（Monterey Bay）。
攝影：FRANS LANTING, NAT GEO IMAGE COLLECTIVE
在加州圣克魯斯東南幾公里處，蒙特雷灣湛藍(lán)的海水下，人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)前所未見(jiàn)的潛伏在海底的斷層帶。
地殼上新發(fā)現(xiàn)的這些皺紋，在很大程度上仍是一個(gè)謎，近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文描述了這一重大發(fā)現(xiàn)。我們對(duì)它們的大小、形狀或活躍程度還了解的不多。盡管如此，研究結(jié)果表明，即使在地球上地震研究最透徹的區(qū)域，其海底斷層圖中也存在諸多空白。這是一個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)槿绻覀儾恢篮５讛鄬釉谀睦?，沿海社區(qū)將對(duì)地震或海嘯的到來(lái)毫無(wú)察覺(jué)。
這項(xiàng)新研究也為我們的構(gòu)造盲點(diǎn)提供了解決方案：我們可以充分利用這些每天在地球上傳送電子郵件、推特消息和視頻信息的光纜?？茖W(xué)家們借用了一條花園軟管大小、能夠覆蓋蒙特雷灣海底的光纜，把它鋪成了一個(gè)特殊的地震陣列，通過(guò)這種方法找到了加州最新的近海斷層。
研究人員希望這種新方法在未來(lái)能用于大城市龐大地震數(shù)據(jù)的收集，這些城市已經(jīng)被光纖通信電纜網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但沒(méi)有足夠的預(yù)算或物理空間來(lái)安裝數(shù)以千計(jì)的地震檢波器。與此同時(shí)，主要人口中心城市近海區(qū)域鋪設(shè)的電纜可能會(huì)稍作調(diào)整，以作為新的早期預(yù)警系統(tǒng)的支柱。
“這一愿望實(shí)現(xiàn)的可能性非常大，”研究作者之一、蒙特雷灣水族館研究所的Craig Dawe說(shuō)道。“目前全球部署了大量光纜?！?/p>
照亮海底
在美國(guó)，科學(xué)家們可以通過(guò)橫跨美國(guó)西部的一個(gè)密集的地震臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)掌握有關(guān)地殼運(yùn)動(dòng)的最新信息，以此監(jiān)測(cè)著名的活躍斷層帶，并在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)地震跡象。而一旦你駛?cè)胩窖蠛Ｓ?，地震監(jiān)聽(tīng)站的數(shù)量就會(huì)急劇下降。我們的斷層圖也變得更加零碎分散，這意味著我們將無(wú)從知曉何時(shí)會(huì)發(fā)生海底地震，也不能完全確定該到哪里去尋找它們。
“在陸地上，我們自認(rèn)為了解關(guān)于地殼的一切，”該研究的主要作者 Nate Lindsey說(shuō)道，他是加州大學(xué)伯克利分校的博士生。“但到了海里，就需要一盞燈，當(dāng)它照亮海底時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些東西。我們現(xiàn)在只是缺少足夠的照明。”
Lindsey和同事們現(xiàn)在正試圖用分布式聲波傳感技術(shù)（distributed acoustic sensing）來(lái)照亮深海。這一新興技術(shù)需要通過(guò)光纖發(fā)射激光脈沖，直到遇到玻璃纖維中非常微小的密度變化，玻璃纖維可以令光線反彈回光源。這些變化受地面運(yùn)動(dòng)的影響，這意味著地震學(xué)家可以利用后向散射模式來(lái)發(fā)現(xiàn)地震，甚至發(fā)現(xiàn)新的斷層結(jié)構(gòu)。
“如果每?jī)擅拙陀幸粋€(gè)地震檢波器，我們就能獲得地震檢波器所能提供的信息，” GFZ德國(guó)地球科學(xué)研究中心的地球物理學(xué)家Philippe Jousset說(shuō)道。 “我們可以將空間分辨率提高百倍，甚至更多?！?/p>
為了驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)，Lindsey和同事們花了八個(gè)月的時(shí)間，分析了美國(guó)能源部在薩克拉門(mén)托附近運(yùn)行的一根地面電纜收集到的數(shù)據(jù)。2018年3月，蒙特雷加速研究系統(tǒng)(Monterey Accelerated Research System)因定期維護(hù)而下線，這為海上測(cè)試提供了機(jī)會(huì)。
正常情況下，這條51公里長(zhǎng)的光纖束會(huì)將能量傳輸?shù)揭粋€(gè)永久的深海瞭望臺(tái)。在四天時(shí)間里，Lindsey和同事們收集了地震數(shù)據(jù)。光傳播了大約20公里，有效地建立起一個(gè)由10000個(gè)海底地震檢波器組成的探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
在實(shí)驗(yàn)期間，加州吉爾羅伊附近的海岸發(fā)生了3.4級(jí)地震。地震產(chǎn)生的地震波在海床上蕩漾，當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^(guò)斷層帶時(shí)，部分能量被分散，照亮了之前未被觀測(cè)到的近海斷層帶。
地震測(cè)定領(lǐng)域的革新
現(xiàn)在，研究小組已經(jīng)證明了這種方法在海上是有效的，他們希望將其應(yīng)用到其他海洋環(huán)境中，特別是那些面臨地震威脅的沿海地區(qū)。
就橫向距離而言，目前這種技術(shù)監(jiān)測(cè)的最大范圍只有幾十公里。但這可能會(huì)使大量研究不足的近海環(huán)境(如太平洋西北部的卡斯卡迪亞俯沖帶)進(jìn)入到人們的視野，后續(xù)就可以進(jìn)行詳細(xì)的地震監(jiān)測(cè)。
西北太平洋地震臺(tái)網(wǎng)(Pacific Northwest earthquake network)的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)理Paul Bodin在一封電子郵件中表示，已經(jīng)在俄勒岡州和華盛頓州附近鋪設(shè)的海底光纖“可能會(huì)投入使用，為海嘯和地震監(jiān)測(cè)、預(yù)警以及對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)”。
雖然在加州的這部分大陸架上發(fā)現(xiàn)新的斷層并不太令人驚訝，因?yàn)檫@是一個(gè)非?；钴S的地震區(qū)域，進(jìn)一步的研究將幫助科學(xué)家評(píng)估這些斷層的結(jié)構(gòu)，并確定它們是否會(huì)構(gòu)成危險(xiǎn)。
Lindsey的團(tuán)隊(duì)希望最終能利用蒙特雷加速研究系統(tǒng)電纜收集一年的地震環(huán)境數(shù)據(jù)。Dawe指出，最近的實(shí)驗(yàn)只能照亮蒙特雷加速研究系統(tǒng)電纜穿越的海底的一部分，但隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善，科學(xué)家們可能會(huì)照亮整個(gè)海底——這可能會(huì)揭示更多意想不到的發(fā)現(xiàn)。
“如果我們的監(jiān)測(cè)能覆蓋整個(gè)海底，就能繪制出所有的斷層，” 他說(shuō)道。 “之后，它將給地震測(cè)定領(lǐng)域帶來(lái)天翻地覆的變化?！?/p>
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