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　　Jerry Paros發(fā)明的石英傳感器，將把海底監(jiān)測(cè)的精確度提高到1厘米。

　　家住華盛頓州的Jerry Paros擔(dān)心大地震就像一顆定時(shí)炸彈威脅著鄰居和自家。因?yàn)槊绹?guó)西海岸正好處在環(huán)太平洋地震帶上。但與其他數(shù)百萬干著急的人不同，Paros嘗試用實(shí)際行動(dòng)抵御風(fēng)險(xiǎn)。他的公司發(fā)明了用于地震監(jiān)測(cè)的石英傳感器。該傳感器最初用于化石能源開采等行業(yè)，現(xiàn)在，Paros打算用它幫助全世界免遭自然災(zāi)害的影響。

　　現(xiàn)年79歲的Paros在辦公室展示了他的發(fā)明：在一個(gè)排球大小的金屬架內(nèi)部，傳感器通過上下移動(dòng)感應(yīng)大氣壓力的微小變化，甚至開關(guān)門造成的氣壓變化都能被它捕捉到。在海底，該設(shè)備能感應(yīng)水壓的變化，從而推測(cè)海底深處的震動(dòng)。

　　Paros希望打造一個(gè)海洋地震預(yù)警系統(tǒng)。他向華盛頓大學(xué)捐贈(zèng)了200萬美元資金，與大學(xué)科研人員在太平洋西北海岸海域進(jìn)行測(cè)試。日本和智利等許多沿海國(guó)家也在研究海底地殼活動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，安裝測(cè)試各種傳感設(shè)備。

　　多年來，海底的斷層運(yùn)動(dòng)一直讓地球物理學(xué)家感到棘手，地球70%的表面被水覆蓋，標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)工具在海洋環(huán)境中毫無作用。Paros創(chuàng)造的傳感器讓無計(jì)可施的地球物理學(xué)家第一次有機(jī)會(huì)探測(cè)海底活動(dòng)。這些傳感器網(wǎng)絡(luò)可以揭示哪些海底斷層是無害的，哪些有可能在為下一次大地震積攢能量。

　　“它將幫助我們定位活動(dòng)區(qū)域，這正是我們此前辦不到的事。”華盛頓大學(xué)海洋學(xué)家Emily Roland說。

　　沉睡的巨人

　　當(dāng)Paros于1970年遷來華盛頓州時(shí)，他并不了解西北太平洋沿岸地震頻發(fā)的危險(xiǎn)。

　　該地區(qū)有記錄以來最大的地震發(fā)生在1949年4月13日。當(dāng)時(shí)，華盛頓州奧林匹亞市發(fā)生了7.1級(jí)地震。但從1980年代開始，研究人員發(fā)現(xiàn)南起加州北至英屬哥倫比亞，北美洲整個(gè)西海岸都面臨著9級(jí)強(qiáng)震和大海嘯的威脅。危險(xiǎn)根源來自距海岸50公里遠(yuǎn)的海洋底部，這個(gè)位置下面正是板塊交界處。

　　卡斯卡迪亞俯沖帶長(zhǎng)達(dá)1000公里，是環(huán)太平洋火山地震帶的一部分。海底俯沖帶曾導(dǎo)致有記錄以來的多次超級(jí)地震，其中包括1960年的智利9.5級(jí)大地震。1700年，卡斯卡迪亞發(fā)生海底強(qiáng)震，估計(jì)強(qiáng)度達(dá)到9級(jí)，地震引起的海嘯讓北美沿岸深受重創(chuàng)，太洋另一端的日本也受到波及。

　　卡斯卡迪亞俯沖帶就像一顆定時(shí)炸彈讓科學(xué)家提心吊膽。誰(shuí)也不知道下次地震什么時(shí)候到來，可能是明天，也可能是數(shù)世紀(jì)以后。目前，科學(xué)家監(jiān)測(cè)了其他俯沖帶的地質(zhì)活動(dòng)，并通過監(jiān)測(cè)小型地震的模式評(píng)估未來強(qiáng)震的風(fēng)險(xiǎn)。

　　加拿大地質(zhì)調(diào)查局地震專家Kelin Wang稱，卡斯卡迪亞俯沖帶通常十分平靜，近年來只檢測(cè)到很少幾次輕微震動(dòng)，暗示該地區(qū)的板塊運(yùn)動(dòng)處于平靜期。這使得卡斯卡迪亞成為一個(gè)沉睡的巨人，同時(shí)也是一個(gè)危險(xiǎn)的巨人——波特蘭和西雅圖等城市的命脈把握在它手上。

　　在陸地上，工程師可以使用全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量跟蹤細(xì)微的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)跡象，包括火山爆發(fā)前山體周圍地面的隆起，或者石塊沿地質(zhì)斷層滑動(dòng)，例如加州的圣安地列斯斷層。但在海底進(jìn)行地質(zhì)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)則困難且昂貴。直到近幾年，得益于監(jiān)測(cè)工具和部署方式的創(chuàng)新，海底測(cè)量學(xué)才逐漸趕上陸地測(cè)量水平。

　　從新西蘭、日本再到智利，各國(guó)的地球物理學(xué)家都在試圖了解長(zhǎng)期地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，并在地震和海嘯發(fā)生之初及時(shí)發(fā)布警報(bào)。大部分此類工作都基于政府資助建立的海底傳感器網(wǎng)絡(luò)，另外也有少部分由Paros這樣的私人出資建造。Paros在俄勒岡州沿岸的海域安裝了6個(gè)石英壓力傳感器，監(jiān)測(cè)卡斯卡迪亞俯沖帶運(yùn)動(dòng)狀況。

　　科學(xué)家根據(jù)地表GPS測(cè)量得出了兩個(gè)不同的卡斯卡迪亞俯沖帶運(yùn)動(dòng)模型。其中一個(gè)顯示，下降板塊的活動(dòng)十分緩慢，在整個(gè)過程中釋放出壓力。另一個(gè)認(rèn)為，兩個(gè)板塊被鎖定在一起，產(chǎn)生了壓力積聚的危險(xiǎn)。

　　釋放壓力

　　人們無法僅通過陸基儀器判斷這兩個(gè)模型正確與否?！拔覀儾恢腊鍓K鎖定到了什么程度，所以才需要海上測(cè)量。陸基測(cè)量已經(jīng)不夠用了。” Wang說。

　　海洋學(xué)家時(shí)常在卡斯卡迪亞海底安裝監(jiān)測(cè)儀器，但只能“撒撒胡椒面”。華盛頓大學(xué)和加州斯克利布斯海洋研究所聯(lián)合組建的科研團(tuán)隊(duì)正嘗試建立一個(gè)能夠在時(shí)間維度上測(cè)量海底運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，并從中評(píng)估威脅的性質(zhì)。Paros的石英傳感器在這項(xiàng)工作中扮演關(guān)鍵角色。

　　Paros在50年前就開始研發(fā)能夠測(cè)量加速度、壓力變化和溫度等物理因素的石英傳感器。其部署在海底的傳感器能測(cè)量其上的水壓變化，在糾正了波浪和潮汐帶來的干擾之后，海洋學(xué)家能將海底的上下移動(dòng)精確到1厘米。

　　Paros的公司是制造海洋壓力傳感器的公司之一。而他自己具有商業(yè)和科研的雙重背景，現(xiàn)在已與當(dāng)?shù)氐牡厍蛭锢韺W(xué)家打成一片。華盛頓大學(xué)海洋地球物理學(xué)家William Wilcock表示：“Paros喜歡與工程技術(shù)人員和科技工作者進(jìn)行互動(dòng)，一心一意達(dá)成目標(biāo)?！?p>　　早在1983年，Paros的傳感器就參與了美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局的海嘯觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)太平洋地區(qū)的海洋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2004年印尼發(fā)生大海嘯，他向華盛頓大學(xué)捐贈(zèng)100萬美元促進(jìn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)。在這筆捐贈(zèng)以及2012年的另一筆100萬美元捐款的幫助下，大學(xué)研究人員設(shè)計(jì)和測(cè)試新一代海底壓力傳感器。研究人員將搜集到的數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比，有望在十年內(nèi)對(duì)海底斷層狀況得出結(jié)論。

　　不過，即便是最好的壓力傳感器，也只能揭示海底板塊上下維度的運(yùn)動(dòng)，而無法檢測(cè)到水平方向的位移。研究者使用另一種手段彌補(bǔ)這一不足。

　　科學(xué)家在海底以兩三公里的間隔放置轉(zhuǎn)換器。每隔差不多1年，科學(xué)家就測(cè)定轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確位置信息。通過計(jì)算信通過海水的時(shí)間，研究者可以判斷與上次測(cè)量時(shí)相比，海底是否發(fā)生了水平移動(dòng)。

　　傾聽運(yùn)動(dòng)的聲音

　　目前，這種海底聲學(xué)測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用在世界各地。德國(guó)亥姆霍茲海洋研究中心在2015年為智利沿岸俯沖帶上安裝了這樣一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，幫助智利政府監(jiān)測(cè)地震威脅。日本海岸警衛(wèi)隊(duì)每年會(huì)投入幾個(gè)月的時(shí)間收集自數(shù)十個(gè)國(guó)家海岸線上的數(shù)據(jù)。而斯克里普斯研究所地球物理學(xué)家David Chadwell嘗試使用自動(dòng)航行的機(jī)器收集數(shù)據(jù)以減輕運(yùn)行成本。

　　為了解卡斯卡迪亞俯沖帶隱藏的實(shí)際危險(xiǎn)，地球需理學(xué)家需要部署多種工具，包括地震儀以及分別用于海洋和陸地的大地測(cè)量?jī)x器。關(guān)于儀器放置的位置以及如何得到最佳數(shù)據(jù)，側(cè)重基礎(chǔ)研究的科學(xué)家和那些專注地震、海嘯預(yù)警的研究者之間存在分歧。而華盛頓大學(xué)希望新的網(wǎng)絡(luò)能夠同時(shí)滿足這兩個(gè)群體的需要。

　　“我們需要也能夠讓這些科學(xué)設(shè)備服務(wù)多種目的，例如增進(jìn)科學(xué)知識(shí)和監(jiān)測(cè)災(zāi)害?！比A盛頓大學(xué)地震學(xué)家Heidi Houston說。

　　目前，卡斯卡迪亞俯沖帶已有兩個(gè)基本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。海洋觀測(cè)計(jì)劃電纜陣列用一條長(zhǎng)達(dá)900公里的線纜往返連接俄勒岡州海岸和一處海底火山。在加拿大那邊，加拿大海洋網(wǎng)絡(luò)有一條長(zhǎng)度類似的線纜連接到海底俯沖帶。兩條線纜在布線沿途都連接有各種測(cè)量?jī)x器。

　　而新方案的規(guī)模要比現(xiàn)有方案大的多，更類似于去年完工的日本DONET-2海底監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。日本橫濱大陸海洋科學(xué)與技術(shù)局天文臺(tái)副主任Katsuyoshi Kawaguchi表示，DONET-2骨干線纜長(zhǎng)達(dá)500千米，沿途連接29個(gè)獨(dú)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

　　此外，日本目前正在建設(shè)第二個(gè)規(guī)模更大的海底監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，計(jì)劃鋪設(shè)5700千米的海底線纜，連接150個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。這兩個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將匯入日本全國(guó)地震和海嘯預(yù)警系統(tǒng)。

　　未來某天，Paros或許能看到他的傳感器遍布卡斯卡迪亞海域，成為自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的一部分。近日，華盛頓大學(xué)的工程師在加州蒙特利灣的一個(gè)小型有線海底監(jiān)測(cè)站部署了一套新傳感器，并將在那里對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)月測(cè)試。

　　“我一直在做西西弗斯式的事，試圖將巨石推向山頂?！?Paros說?！拔抑皇窍氩ハ路N子證明這是可行的，同時(shí)希望政府認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)重要的公眾安全議題?！?/div>