加州理工学院的地震创新利用海底地震来撼动气候科学

艺术家渲染的海底地震波。

尽管气候变化对人们来说是最明显的异常的冬季或冰川融化，但温室气体在地球上捕获的多余热量中，仍有多达95％储存在世界海洋中。因此，监视海洋温度一直是气候学家的首要任务，现在加州理工学院的研究人员已经发现，海底的地震隆隆声可以为他们提供另一种实现此目的的工具。

在科学杂志的一篇新论文中，研究人员展示了他们如何能够利用现有的地震监测设备以及历史地震数据来确定地球海洋温度变化了多少，并持续变化，甚至深度通常是常规工具无法达到的。

加州理工学院环境科学与工程学助理教授，研究合著者约恩·卡利斯说，他们这样做是通过聆听海底经常发生的许多地震的声音来完成的。卡里斯说，这些地震声很强，并且可以在海洋中传播很长一段距离，而不会显着减弱，这使得它们很容易监测。

该论文的第一作者，地球物理学的博士后文伯（Wenbo Wu）解释说，当地震发生在海底时，其大部分能量会通过地球传播，但是一部分能量会以声音的形式传递到水中。这些声波从地震的震中向外传播，就像穿过地面的地震波一样，但是声波的移动速度要慢得多。结果，地波将首先到达地震监测站，然后是声波，声波将作为同一事件的辅助信号出现。效果大致类似于您经常听到雷声之前从闪电秒中看到闪光灯的方式。

Wu说：“地震仪可以清楚地记录海洋中的这些声波，其距离比雷声要长得多，而雷声的距离却是数千公里。”“有趣的是，它们甚至比在固体地球深处传播的振动更“响亮”，而这种振动在地震学家中得到了更广泛的应用。

研究小组意识到，声音的速度会随着水温的升高而增加，因此，声音在海洋中传播一定距离所花费的时间长度可以用来推论水的温度。

他说：“关键是我们使用重复的地震-一次又一次在同一地点发生的地震。”“在此示例中，我们正在研究印度尼西亚苏门答腊岛附近发生的地震，并测量地震何时到达印度中部海洋。他们需要大约半小时才能走完这一距离，而水温会造成大约十分之一秒的差异。这是很小的微小变化，但我们可以衡量。”

Wu补充说，由于他们使用的地震仪自2004年以来一直位于印度洋中部的同一位置，因此他们可以回顾一下每次苏门答腊发生地震时收集的数据，从而确定地震的温度。在同一时间的海洋。

吴说：“我们使用的小地震太小，不会造成任何损害，甚至根本不会被人类感受到。”“但是地震仪可以从很远的距离检测到它们，从而使我们能够通过一次测量来监视特定路径上的大规模海洋温度变化。”

卡利斯说，他们分析的数据证实了印度洋一直在变暖，正如通过其他方法收集的其他数据所表明的那样，但印度变暖的速度甚至可能比以前估计的还要快。

他说：“海洋在气候变化的速度中起着关键作用。”“海洋是气候系统中的主要能源储藏库，对深海尤其重要的是进行监测。我们方法的优点之一是，声波的采样深度低于2,000米，而常规测量很少。”

根据他们将结果与之比较的先前数据集，海洋变暖似乎比人们认为的要高69％。但是，Callies告诫不要得出任何直接结论，因为需要收集和分析更多数据。

卡利斯说，由于海底地震在世界各地发生，因此有可能扩大他和他的研究人员开发的系统，以便可以监测所有海洋的水温。Wu补充说，由于该技术利用了现有的基础设施和设备，因此成本相对较低。

卡利斯说：“我们认为我们可以在许多其他地区做到这一点。”“通过这样做，我们希望能为有关海洋变暖的数据做出贡献。”

描述该研究的论文标题为地震海洋测温法，发表在9月18日的《科学》上。合著者是吴文波，地球物理学博士后。詹忠文（PhD ’13），地球物理学助理教授；和来自加州理工学院的环境科学与工程专业的研究生彭世瑞；中国科学院大地测量与地球物理研究所的倪思道（MS ’98，Ph ’01）。

参考：吴文博，詹忠文，彭世瑞，倪思道和乔恩·卡里斯的地震海洋测温，2020年9月18日，科学。DOI：
10.1126 / science.abb9519