科技动态▏科学家通过海底光缆研究地震和海底断层
构成全球海底通信网络的光纤电缆，有一天可能会帮助科学家研究海底地震和隐藏在海洋深处的地质结构。
地球表面大约70％的面积被水覆盖，但几乎所有的地震探测器都设置在陆地上，地震学家很难监测那些波及海底并可能引发海啸的地震。不过，海底光纤电缆有望填补这一空白。这些电缆承载了全球互联网和电信通信，而通过寻找光信号的微小变化，科学家或可探测并定位地震。
美国加州大学伯克利分校劳伦斯·伯克利国家实验室、蒙特利湾水族馆研究所和莱斯大学等机构的联合研究团队，描述了一项将20公里海底光缆改造成相当于10000个海底地震台的实验。在蒙特利湾进行的为期4天的实验中，他们记录了一次3.5级地震和水下断裂带的地震散射。相关论文近日刊登于《科学》。
这是地震学前沿的一项研究，也是第一次有人使用离岸光纤电缆观察这些类型的海洋信号或成像断层结构，有助于填补海洋这一全球地震学网络的空白点。
改变游戏规则
“地震主要是由大块陆地板块运动引起的，此外，断层有时会输送富含矿物质的流体、石油、天然气和热水，从而为我们贡献了矿物和能源资源。”Jousset告诉《中国科学报》，“不幸的是，科学家还不知道地球上所有的断层都位于何处，尤其是当它们位于城市或海底时，其运动可能会引发大地震和海啸。”
这是一个意外发现。英国特丁顿国家物理实验室计量学家Giuseppe Marra通过试验发现，电缆附近的震动，即使是路面的交通噪声，都可以在不知不觉中弯曲线路。而这能够微弱地缩短或延长光的行程距离，从而使共振光束略微偏离相位。
这种方法可以“照亮”新的断层结构，以及构造板块碰撞或断裂的区域。Marra表示，如果光信号强度能显示地震的规模，它还可以帮助建立海啸预警系统。
建立海底地震网
此次，Lindsey和莱斯大学教授Jonathan Ajo-Franklin在拥有光缆的MBARI公司的Craig Dawe协助下领导了这项实验。这条电缆延伸到距海岸52公里的地方，是迄今为止第一个设在太平洋海底的地震监测站。
“海底地震学有巨大的需求。任何你能在海洋中使用的仪器，即使只是在距离海岸50公里的地方，都将非常有用。”该论文的主要作者、加州大学伯克利分校研究生Nate Lindsey告诉《中国科学报》。各种技术的发展使科学家能够从地球看到深空，但我们星球地下的细节仍然难以捉摸。
研究人员的终极目标是使用密集的全球光纤网络，打造一张地震地图。加州大学伯克利分校地球和行星学教授Michael Manga表示：“我们对海底过程和海洋地壳结构存在巨大的知识空白，因为将地震仪等仪器置于海底是一项挑战。
地震探测也要有“光”
研究人员使用的技术是分布式声传感，该技术利用一种光子装置，能将激光短脉冲沿电缆发送，并检测由拉伸引起的电缆应变产生的后向散射。通过干涉测量法，他们可以测量每2米的反向散射，有效地将20公里长的电缆变成10000个单独的移动传感器。
“光纤地震学的美妙之处在于，你可以使用现有的通信电缆，而不必安装1万个地震仪。”Lindsey说，“你只要走到现场，把仪器和光纤的一端连接起来即可。”
“通过使用这些沿海光缆，我们基本上可以看到这些海浪映射到海底的情况，以及这些海浪与地球结合产生地震波的方式。”Lindsey说。
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