一项新技术为建设全球水下地震监测网络铺平了道路 - 海洋地震监测技术

原标题：一项新技术为建设全球水下地震监测网络铺平了道路

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来源：NPL新闻

利用庞大的海底电信电缆基础设施，并使用基于激光的技术建设一个全球水下地震监测网络

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英国国家物理实验室（NPL）和意大利国家计量研究院（INRiM）的科学家们利用通信海底电缆，开发了一种创新的水下地震探测方法。

虽然大约70％的地球表面都是被水覆盖，但绝大多数地震监测站都是设在陆地上，因为海底安装的成本太高。据估计，一个大到足以覆盖地球大部分水域的海底监测站网络需要耗资7亿至10亿美元。由于大部分水下地震未被发现，因此我们调查地球内部的能力受到了限制。

英国国家物理实验室（NPL）和意大利国家计量研究院（INRiM）携手，并与英国地质调查局和马耳他大学合作开展了一项新研究，他们使用陆基和水下光纤链路探测地震，这些链路的长度最高可达535千米，探测深度距地震震中25至18,500千米。之前的相关研究已知道利用光纤，但那时的光纤是被用来在地震探测设备之间传输数据；而在这种新方法中，光纤本身被用作了探测工具。研究人员使用陆基和海底电缆作为“声学传感器”，沿电缆长度方向探测由地震引起的振动。无需额外的设备，仅凭在现有的海底电信网络上使用这项技术，就可以建设一个全球水下地震监测网络。

目前，海底电缆网络涵盖了超过100万千米的光纤，已经跨越了大西洋和太平洋，并且随着移动服务和互联网的指数级增长还在迅速扩大。利用这个庞大的网络可以探测到目前无法探测的大量水下地震，并进一步了解地球内部。将这种方法与当前基于地震计的网络相结合，就可以显著扩展和增强全球的地震监测基础设施。并且，利用现有的电缆基础设施意味着相关成本将远低于在海底安装新传感器。

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未来，该技术甚至可能帮助我们在面临水下地震引起的海啸甚至火山结构变化等情况下赢得宝贵的救生警告时间。尽管该领域尚未对这项新技术进行测试，但是，这种不是通过陆地地震仪而是通过靠近震中位置探测水下地震的能力已经为大家展现了一个激动又关键的未来机遇。

NPL的高级研究科学家，也是论文的第一作者Giuseppe Marra说：“探测水下地震对于了解我们星球的运行方式至关重要，但安装大量海底传感器是一项非常具有挑战性且成本高昂的任务。我们现在发现的这个解决方案，它依赖于现有的基础设施，而不是新的装置。这个崭新的工具可用于地球物理学和其他科学领域的研究。我们是在进行与地震探测无关的频率计量实验中首次发现了地震事件。我很高兴看到频率计量和地震学这两个科学领域以这种方式不期而遇。”

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INRiM首席研究科学家，研究协调员Davide Calonico说：“某一个科学领域中所用的技术在另一个领域大放异彩，那可谓是机缘凑巧之事。在这里，成熟的时频计量技术就在应用于水下地震学和传感时获得了崭新而有趣的结果。我们之所以能够利用电信光纤这一水下基础设施，关键就在于我们有能力使用超稳定激光进行光纤长度无限小变化的近实时测量。”

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NPL研究负责人JT Janssen博士说：“这项工作证明了合作在创新研究项目中的重要性。NPL有幸带领来自英国、意大利和马耳他的科学家们共同寻找一个创造性的全球解决方案，解决了长期以来一直令地震学家感到沮丧的问题，我们为此感到自豪。”

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英国地质调查局地震学家Richard Luckett博士说：“这种方法的潜力巨大。通过使用现有的基础设施，我们可以生成大量新的重要数据。目前海底地震监测不力，但这却是地球上一些最有趣的地质过程的发源地。”

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马耳他大学物理学高级讲师AndrèSigreb博士说：“与英国和意大利的同仁进行的这项激动人心的合作带来了非凡的成果，解决了一个全球性的问题。它展示了国际合作和基础科学研究在克服挑战、创造新技术等方面的力量。”

这项新研究“Ultrastable laser interferometry for earthquake detection with terrestrial and submarine cables（用地面和海底电缆进行地震探测的超稳定激光干涉测量法）”已于2018年6月14日发表在《科学》（Science）杂志上。

——编译：李莉萍

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