埃里克·漢德（Eric Hand）

大約70％的地球表面被水覆蓋，而幾乎所有的地震探測(cè)器都在陸地上。地震學(xué)家將一些由電池供電的、今后需要撤回的高價(jià)傳感器裝入海底，并且部署了與陸地連接的幾個(gè)近岸探測(cè)器陣列。除此之外，地震學(xué)家無法監(jiān)測(cè)波及海底的、有時(shí)會(huì)引起海嘯的地震。

不久前，《科學(xué)》雜志在線版描述了一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)有望利用上橫跨海底并承載世界互聯(lián)網(wǎng)和電信業(yè)務(wù)的一百多萬公里的光纜。通過在電纜傳播的光信號(hào)中尋找所發(fā)生的微弱變化，科學(xué)家們可以探測(cè)到地震，并有可能確定地震的位置。

該技術(shù)只需要在電纜的兩端裝上激光器，占用一小部分光纜的帶寬。至關(guān)重要的是，該技術(shù)不需要改變電纜本身，也不會(huì)影響其日常使用?？屏_拉多大學(xué)地震學(xué)家安妮·希恩（Anne Sheehan）說：“該技術(shù)可能會(huì)打破地震探測(cè)的格局，對(duì)海洋地區(qū)進(jìn)行更多的觀測(cè)，可能會(huì)填補(bǔ)一些相當(dāng)大空白?！毕６鳑]有參與這項(xiàng)研究。

英國(guó)特丁頓國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量學(xué)家朱塞佩·馬拉（Giuseppe Marra）說，這項(xiàng)技術(shù)開始于一次意外的發(fā)現(xiàn)。馬拉負(fù)責(zé)研究整個(gè)歐洲實(shí)驗(yàn)室的原子鐘光纖連接，他正在測(cè)試從英國(guó)特丁頓到雷丁的79千米埋地電纜的連接狀況，他靠的是一種穩(wěn)定的共振激光環(huán)路。電纜附近的震動(dòng)——甚至是上面的交通噪聲，都可以使電纜產(chǎn)生細(xì)微的彎曲，這樣就可能縮短或延長(zhǎng)光的穿行距離，但其差距小于人的發(fā)絲寬度，從而使共振光束略微偏離了相位。

馬拉習(xí)慣了光纖的背景噪音。但是，當(dāng)回顧2016年10月份的數(shù)據(jù)時(shí)，他看到噪音量比平時(shí)更大。結(jié)果，那是當(dāng)年10月底意大利中部發(fā)生的5.9級(jí)和6.5級(jí)地震所造成的局部影響。馬拉說：“那個(gè)時(shí)刻相當(dāng)明顯。”他意識(shí)到，那種噪音可以指向地震探測(cè)的新方法。

馬拉想知道這項(xiàng)技術(shù)可否延伸到環(huán)境較為安靜的海洋中。利用連接馬耳他和意大利西西里島的一條96千米的海底電纜，馬拉和同事探測(cè)出地中海發(fā)生的一場(chǎng)3.4級(jí)的地震。但是，他們無法確定地震發(fā)生的位置。然而馬拉說，通過從電纜的兩端發(fā)射激光，科學(xué)家們能夠探測(cè)出異相信號(hào)在傳播時(shí)間上的差異，這樣就能夠揭示地震最初在電纜何處引起了干擾。馬拉稱，以這種方式配備三根或更多電纜，對(duì)地殼中地震的確切位置就可以進(jìn)行三角測(cè)量了。

有超過100萬公里的海底光纜在大陸之間傳播互聯(lián)網(wǎng)和電信業(yè)務(wù)，科學(xué)家們希望將這些光纜用作地震探測(cè)器。

新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室地震學(xué)家夏洛特·羅（Charlotte Rowe）說：通過填補(bǔ)在海洋地殼中探測(cè)地震的空白，通過證實(shí)海底地震發(fā)生的位置和頻率，該方法可以揭示新的斷層構(gòu)造以及構(gòu)造板塊碰撞或開裂的區(qū)域。羅說，如果光學(xué)信號(hào)的強(qiáng)度能夠顯示地震級(jí)別的大小，那么該技術(shù)也可以為海嘯預(yù)警系統(tǒng)提供幫助。

羅認(rèn)為，除了可以反映地震情況之外，光纜網(wǎng)絡(luò)還可以使地球內(nèi)部的圖像清晰起來。就像CT掃描中的X射線一樣，來自大地震的地震波攜帶著所經(jīng)過區(qū)域的巖石密度信息。通過多個(gè)傳感器接收到的縱橫交錯(cuò)的震波，地震學(xué)家可以構(gòu)建地幔對(duì)流的三維圖像，在這種對(duì)流之中，羽狀熱流向上噴涌，低溫板塊向地球核心下沉。來自海底光纜的數(shù)據(jù)可能會(huì)觸及這些地震CT掃描中的盲點(diǎn)。然而羅表示，研究人員必須更加合理地解釋這些光纜信號(hào)，然后才能將其運(yùn)用在地球深層探索之中。

夏威夷大學(xué)的物理海洋學(xué)家布魯斯·豪（Bruce Howe）領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)研究小組正在探索如何在新型海底光纜上每隔50至100公里處分別安裝地震、壓力和溫度傳感器。這種附加的傳感器每件花費(fèi)大約為20萬美元，仍然要比在海底安裝獨(dú)立運(yùn)行的探測(cè)器費(fèi)用低一些，但是光纜擁有商家擔(dān)心這樣做會(huì)影響光纜的傳輸性能。這項(xiàng)新技術(shù)提供了一種探測(cè)海底的方式，費(fèi)用更少，干擾更小。豪說這些研究成果很有趣，他表示他的研究團(tuán)隊(duì)將會(huì)進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試。他說：“對(duì)于這項(xiàng)新技術(shù)，絕對(duì)應(yīng)該繼續(xù)探索下去。”

（胡德良譯自《科學(xué)》雜志網(wǎng)站sciencemag.org）