地球上似乎没有什么力量能与俯冲带相比。
如果我们能沿着俯冲带向地球内部深入,将会发现大洋板块俯冲到了大陆板块下方,并引发了被称为“群灾之首”的地震,甚至产生破坏力更强的海啸。
1964年阿拉斯加9.2级地震,2004年印度尼西亚8.7级地震,2011年日本9.0级地震,……俯冲带的巨大能量释放产生了无数次的大地震。
但是,面对俯冲带这样巨大的危险源,我们人类却连其在地震发生时究竟是如何运动的都无从得知。
陆地上,我们经常使用GNSS(全球卫星导航定位系统)来跟踪地壳的运动,以便通过运动情况来预测地震的发生,这也确实是一种很好的办法。
例如,在美国西北部和加拿大西南部有一个叫做卡斯卡迪亚的俯冲带,从加利福尼亚北部延伸到华盛顿州。
陆地上的GPS站表明,这个俯冲带已经积累了足够的变形量,规模和力量之大足以发生9级地震。但是,也有陆地测量结果表明,在俄勒冈州沿海,沿断层中段的缓慢的蠕动变形逐渐将能量释放掉,这表明该断层可能会在一系列独立的、较小规模的地震中破裂。
所以如果没有海上测量的结果,科学家无法看清洋壳和陆壳之间作用的全貌。但深不可测的海水阻挡了卫星的信号,我们无法使GNSS的信号穿透万丈深渊到达海底。
那么要测量海水下地壳的运动,科学家们就只能用船。
通常的做法是通过一连串声呐等方式来监测洋壳运动(追踪海底信标),同时通过GPS标定船只的经纬度,即“声学GPS”。
日本为了监测周边危机四伏的海中断层,启动了“声学GPS”,截止到2020年,日本的“声学GPS”网络有27个站点,每个站点又由多个信标组成。在2011年日本9.0级地震发生时,虽然“声学GPS”的站点并不多,但仍发现该断层在其浅层滑动了30多米,从而引发了毁灭性的海啸。
如今,日本的科学家大概每2个月就要驱船深入大洋,监测地壳的运动,如此频繁地监测确实积累了丰富又宝贵的数据,使得他们对预测震中位置更加有自信。
通过船只使用“声学GPS”的方法确实非常有效,但是每一次出海航行都花费巨大。
跟踪声学信标,就需要研究船配备GPS导航推进器,每天的运行成本高达50,000美元。在过去的10年中,日本已在此花费超过30亿美元。
巨大的成本导致“声学GPS”无法实现连续监测,只能定期监测,这会漏掉很多重要的线索。尤其对于科学家们来说,他们发现俯冲带上发生地震之前,经常会有断层在几周内发生“缓慢滑移”,这是否是一种新的、可靠的地震预测手段?需要大量的、连续的实测数据去证实,几个月一次的“声学GPS”无法满足科研需求。
经费是科学家们不得不考虑的问题,科学也要讲成本投入,没钱,那就苦炼装备。
最近的新发明可能会解决这一问题,使用远洋无人机代替昂贵的船只,大大降低洋壳监测的成本。
这架无人机是3米长的水面飞船,拴在一根管子上,管子向下8米,衬有摆动的鳍,可以从海浪中获取前进的动力。这架无人机每天的运行成本仅为500美元,它可以携带一个GPS装置,并在海底信标上方的固定半径内中徘徊数周。
在2016年对卡斯卡迪亚断裂带的测试中,滑翔机历时40天,行驶了近500公里,而且无人机运行起来其近乎无声,对声音信号的干扰远小于船舶的引擎。
这种水上无人机用途不仅限于俯冲带,它们可以放置在板块张裂的地方、放在海底火山的侧面,因为有研究表明,这些海底火山在喷发前体积会膨胀。
2019年,美国国家科学基金会购买了16个海底站点的信标和3架无人机来监视信标,而这正是“俯冲带观测计划”(Subduction Zone Observatory)的开端,顾名思义,这个计划就是集中监视全球12个俯冲带,以期进一步发现地震、地球的秘密,有了便宜好用的新装备,科研也能迈开大步朝前走了。
真可谓,“贫穷也是生产力”。
资料参考:Drones reveal earthquake hazards hidden in the abyss,Paul Voosen
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