加利福尼亚附近发现神秘的构造断层带
<p>新发现的地质断层系统位于加利福尼亚海岸的蒙特雷湾（Monterey Bay）。</p><p>摄影：FRANS LANTING, NAT GEO IMAGE COLLECTIVE</p><p>在加州圣克鲁斯东南几公里处，蒙特雷湾湛蓝的海水下，人们发现了一个前所未见的潜伏在海底的断层带。</p><p>地壳上新发现的这些皱纹，在很大程度上仍是一个谜，近日发表在《科学》杂志上的一篇论文描述了这一重大发现。我们对它们的大小、形状或活跃程度还了解的不多。尽管如此，研究结果表明，即使在地球上地震研究最透彻的区域，其海底断层图中也存在诸多空白。这是一个大问题，因为如果我们不知道海底断层在哪里，沿海社区将对地震或海啸的到来毫无察觉。</p><p>这项新研究也为我们的构造盲点提供了解决方案：我们可以充分利用这些每天在地球上传送电子邮件、推特消息和视频信息的光缆。科学家们借用了一条花园软管大小、能够覆盖蒙特雷湾海底的光缆，把它铺成了一个特殊的地震阵列，通过这种方法找到了加州最新的近海断层。</p><p>研究人员希望这种新方法在未来能用于大城市庞大地震数据的收集，这些城市已经被光纤通信电缆网络覆盖，但没有足够的预算或物理空间来安装数以千计的地震检波器。与此同时，主要人口中心城市近海区域铺设的电缆可能会稍作调整，以作为新的早期预警系统的支柱。</p><p>“这一愿望实现的可能性非常大，”研究作者之一、蒙特雷湾水族馆研究所的Craig Dawe说道。“目前全球部署了大量光缆。”</p><p><strong>照亮海底</strong></p><p>在美国，科学家们可以通过横跨美国西部的一个密集的地震台站网络掌握有关地壳运动的最新信息，以此监测著名的活跃断层带，并在第一时间发现地震迹象。而一旦你驶入太平洋海域，地震监听站的数量就会急剧下降。我们的断层图也变得更加零碎分散，这意味着我们将无从知晓何时会发生海底地震，也不能完全确定该到哪里去寻找它们。</p><p>“在陆地上，我们自认为了解关于地壳的一切，”该研究的主要作者 Nate Lindsey说道，他是加州大学伯克利分校的博士生。“但到了海里，就需要一盏灯，当它照亮海底时，你会发现一些东西。我们现在只是缺少足够的照明。”</p><p>Lindsey和同事们现在正试图用分布式声波传感技术（distributed acoustic sensing）来照亮深海。这一新兴技术需要通过光纤发射激光脉冲，直到遇到玻璃纤维中非常微小的密度变化，玻璃纤维可以令光线反弹回光源。这些变化受地面运动的影响，这意味着地震学家可以利用后向散射模式来发现地震，甚至发现新的断层结构。</p><p>“如果每两米就有一个地震检波器，我们就能获得地震检波器所能提供的信息，” GFZ德国地球科学研究中心的地球物理学家Philippe Jousset说道。 “我们可以将空间分辨率提高百倍，甚至更多。”</p><p>为了验证这项技术，Lindsey和同事们花了八个月的时间，分析了美国能源部在萨克拉门托附近运行的一根地面电缆收集到的数据。2023年3月，蒙特雷加速研究系统(Monterey Accelerated Research System)因定期维护而下线，这为海上测试提供了机会。</p><p>正常情况下，这条51公里长的光纤束会将能量传输到一个永久的深海瞭望台。在四天时间里，Lindsey和同事们收集了地震数据。光传播了大约20公里，有效地建立起一个由20230个海底地震检波器组成的探测网络。</p><p>在实验期间，加州吉尔罗伊附近的海岸发生了3.4级地震。地震产生的地震波在海床上荡漾，当地震波穿过断层带时，部分能量被分散，照亮了之前未被观测到的近海断层带。</p><p><strong>地震测定领域的革新</strong></p><p>现在，研究小组已经证明了这种方法在海上是有效的，他们希望将其应用到其他海洋环境中，特别是那些面临地震威胁的沿海地区。</p><p>就横向距离而言，目前这种技术监测的最大范围只有几十公里。但这可能会使大量研究不足的近海环境(如太平洋西北部的卡斯卡迪亚俯冲带)进入到人们的视野，后续就可以进行详细的地震监测。</p><p>西北太平洋地震台网(Pacific Northwest earthquake network)的网络经理Paul Bodin在一封电子邮件中表示，已经在俄勒冈州和华盛顿州附近铺设的海底光纤“可能会投入使用，为海啸和地震监测、预警以及对某个领域的基础科学研究提供数据”。</p><p>虽然在加州的这部分大陆架上发现新的断层并不太令人惊讶，因为这是一个非常活跃的地震区域，进一步的研究将帮助科学家评估这些断层的结构，并确定它们是否会构成危险。</p><p>Lindsey的团队希望最终能利用蒙特雷加速研究系统电缆收集一年的地震环境数据。Dawe指出，最近的实验只能照亮蒙特雷加速研究系统电缆穿越的海底的一部分，但随着技术的进一步完善，科学家们可能会照亮整个海底——这可能会揭示更多意想不到的发现。</p><p>“如果我们的监测能覆盖整个海底，就能绘制出所有的断层，” 他说道。 “之后，它将给地震测定领域带来天翻地覆的变化。”</p><p></p>
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