當(dāng)我們咳嗽了，我們到醫(yī)院去看醫(yī)生，醫(yī)生通常會(huì)戴著一個(gè)聽診器，聽一聽我們的心跳和呼吸，來判斷我們咳嗽的原因和程度。
有人說，地震是地球的一聲“嘆息”，亦或是地球在“打噴嚏”或者“咳嗽”。近年來，世界各地大地震多發(fā)且頻發(fā)，也即地球“打噴嚏”日益頻繁。那么，地球是“生病”了嗎?能否給地球安裝一個(gè)聽診器(圖1)，聽一聽它的“心跳”和“呼吸”呢?
圖1“聽診”地球(圖片源自網(wǎng)絡(luò))
地球“打噴嚏”或者“咳嗽”，也即發(fā)生地震時(shí)，地震波從地球深部~10-15km亦或更深的震中向外傳播，到達(dá)地表造成破壞。如果我們能夠在地震波尚未傳播到地表時(shí)就早早地監(jiān)測(cè)到了它，那么我們就可以對(duì)它進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，從而采取有效措施來減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。這就需要我們?cè)谏钊氲厍蛏畈康你@孔中安裝儀器來監(jiān)測(cè)它。
海底井孔觀測(cè)裝置CORK，是一種放置在大洋鉆探鉆孔中的長(zhǎng)期觀測(cè)設(shè)備，主要由再入圓錐筒和套管系統(tǒng)、CORK主體和長(zhǎng)期數(shù)據(jù)記錄儀與傳感儀器鏈組成(圖2)。通過在鉆孔中將待測(cè)層位上下密封，阻止鉆孔內(nèi)的流體與海水之間的交換，然后向目標(biāo)層位快速泵入流體使壓力升高并監(jiān)測(cè)壓力隨時(shí)間的變化(壓力脈沖測(cè)試法)，或以恒定的速度持續(xù)泵入流體同時(shí)監(jiān)測(cè)壓力隨時(shí)間的變化。
圖2 海底井孔觀測(cè)裝置CORK
地球表面大約71%的面積都被海水覆蓋，海水的流動(dòng)性決定了它對(duì)運(yùn)動(dòng)最為敏感。因此，海水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)時(shí)刻刻都在靈敏地指示著地球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也即地球的“心跳”和“呼吸”。通常情況下，地球的“心跳”呈現(xiàn)出穩(wěn)定的波狀起伏的波形(圖3a)，類似于人類的心電圖(圖3b)，因此，本文把它譽(yù)為地球的“心電圖”。當(dāng)它發(fā)出“嘆息”或者“咳嗽”時(shí)，也即發(fā)生地震、火山噴發(fā)、海嘯等，它的“心跳”也會(huì)發(fā)生突然變化，溫度、壓力和流體等參數(shù)也會(huì)發(fā)生異常，尤其是壓力。井孔中的CORK能夠長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到壓力的變化，從而將地球的“心電圖”呈現(xiàn)出來。
圖3 地球的“心電圖”(a)vs人類的心電圖(b)
自20世紀(jì)90年代初始CORK成功研制和布放以來，科學(xué)家已在37口國(guó)際大洋鉆探鉆孔中布放了不同類型的CORK，監(jiān)測(cè)到了1991年以來環(huán)太平洋地震帶上發(fā)生的多期大地震引起的壓力瞬變。例如，2011年11月，地球在日本打了一個(gè)非常大的“噴嚏”，在日本東北部發(fā)生了Mw9.0的大地震。這次大地震還誘發(fā)了>10米的海嘯(圖4a)，造成了上萬人傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。距離震中~800 km的4口鉆孔(C0002G、C0010A、808I和1173B鉆孔)中的CORK監(jiān)測(cè)到了這次大地震引起的異常信號(hào)。C0002G、C0010A和1173B鉆孔的壓力瞬時(shí)下降了~1.0-1.5kPa，然后呈現(xiàn)出階梯式下降，大地震發(fā)生后的第11天，808I孔的壓力瞬時(shí)升高了~3-4kPa(圖4b)。
圖4(a) 2011年日本Mw9.0地震引起的海嘯;(b)CORK記錄到的壓力異常(圖片a源于網(wǎng)絡(luò)，圖片b改自Davis et al., 2018)
CORK的功能就類似于醫(yī)生的“聽診器”，能夠監(jiān)測(cè)到地球 “嘆息”或者“咳嗽”時(shí)的狀態(tài)，這些參數(shù)有助于破解地震、火山和海嘯的成因機(jī)制，進(jìn)而采取有效措施來 “平息”地球的“嘆息”，也更有助于減少生命財(cái)產(chǎn)損失。半個(gè)多世紀(jì)的國(guó)際大洋科學(xué)鉆探已在全球各大洋實(shí)施了上萬口鉆探，但是安裝CORK的鉆孔只有幾十口。熱切希望所有的大洋鉆探鉆孔能夠充分利用起來，為地球安裝上“聽診器”，時(shí)刻監(jiān)測(cè)地球的“健康狀況”，珍惜和愛護(hù)地球。
地球是各種生命生存的家園，與地球同呼吸，共命運(yùn)。人類，作為目前地球上唯一的高等智慧生命，更應(yīng)該在充分享用地球帶來的財(cái)富的同時(shí)，時(shí)刻關(guān)注地球的“健康狀態(tài)”，聆聽地球的“心跳”和“呼吸”，及早發(fā)現(xiàn)異常，竭盡所能地運(yùn)用智慧，努力為地球“平息怒火”，把“病痛”扼殺在搖籃之中。
責(zé)編：微科普