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)了一個前所未見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。這是一個大問題，因為如果我們不知道海底斷層在哪里，沿海社區(qū)將對地震或海嘯的到來毫無察覺。
這項新研究也為我們的構(gòu)造盲點提供了解決方案：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，把它鋪成了一個特殊的地震陣列，通過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，但沒有足夠的預(yù)算或物理空間來安裝數(shù)以千計的地震檢波器。與此同時，主要人口中心城市近海區(qū)域鋪設(shè)的電纜可能會稍作調(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說道?！澳壳叭虿渴鹆舜罅抗饫|?！?/p>
照亮海底
在美國，科學(xué)家們可以通過橫跨美國西部的一個密集的地震臺站網(wǎng)絡(luò)掌握有關(guān)地殼運動的最新信息，以此監(jiān)測著名的活躍斷層帶，并在第一時間發(fā)現(xiàn)地震跡象。而一旦你駛?cè)胩窖蠛Ｓ?，地震監(jiān)聽站的數(shù)量就會急劇下降。我們的斷層圖也變得更加零碎分散，這意味著我們將無從知曉何時會發(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，你會發(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）來照亮深海。這一新興技術(shù)需要通過光纖發(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。這些變化受地面運動的影響，這意味著地震學(xué)家可以利用后向散射模式來發(fā)現(xiàn)地震，甚至發(fā)現(xiàn)新的斷層結(jié)構(gòu)。
“如果每兩米就有一個地震檢波器，我們就能獲得地震檢波器所能提供的信息，” GFZ德國地球科學(xué)研究中心的地球物理學(xué)家Philippe Jousset說道。 “我們可以將空間分辨率提高百倍，甚至更多?！?/p>
為了驗證這項技術(shù)，Lindsey和同事們花了八個月的時間，分析了美國能源部在薩克拉門托附近運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，這為海上測試提供了機會。
正常情況下，這條51公里長的光纖束會將能量傳輸?shù)揭粋€永久的深海瞭望臺。在四天時間里，Lindsey和同事們收集了地震數(shù)據(jù)。光傳播了大約20公里，有效地建立起一個由10000個海底地震檢波器組成的探測網(wǎng)絡(luò)。
在實驗期間，加州吉爾羅伊附近的海岸發(fā)生了3.4級地震。地震產(chǎn)生的地震波在海床上蕩漾，當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^斷層帶時，部分能量被分散，照亮了之前未被觀測到的近海斷層帶。
地震測定領(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)測的最大范圍只有幾十公里。但這可能會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。
西北太平洋地震臺網(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“可能會投入使用，為海嘯和地震監(jiān)測、預(yù)警以及對某個領(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，因為這是一個非?；钴S的地震區(qū)域，進(jìn)一步的研究將幫助科學(xué)家評估這些斷層的結(jié)構(gòu)，并確定它們是否會構(gòu)成危險。
Lindsey的團(tuán)隊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，最近的實驗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)家們可能會照亮整個海底——這可能會揭示更多意想不到的發(fā)現(xiàn)。
“如果我們的監(jiān)測能覆蓋整個海底，就能繪制出所有的斷層，” 他說道。 “之后，它將給地震測定領(lǐng)域帶來天翻地覆的變化。”
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