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美國海底地震監測應用中的厘米級傳感新技術

作者:深圳銘之光 發布時間:2017-06-29 15:51:59
目前,日本、智利等許多沿海國家,都在研究海底地殼活動監測技術。環太平洋地震帶的地質斷層產生地球上最猛烈的地震,對人類社會造成巨大災難。2004年,印尼海底地震引發大海嘯,將近25萬人在巨浪中喪生。其中,美國西海岸便處在這一地震帶上。
 


發明家杰瑞·帕羅斯發明的石英傳感器,將海底監測的精確度提高到厘米級別。資料圖
 
為此,家住美國西部華盛頓州的79歲的發明家杰瑞·帕羅斯,便嘗試用實際行動規避風險。具有商業和科研的雙重背景的他,發明了一款用于地震監測的石英傳感器,一個排球大小的金屬架內部,傳感器通過上下移動感應大氣壓力的微小變化,甚至開關門造成的氣壓變化都能被它捕捉到。
 
在海底應用中,傳感儀器可以感應水壓的變化,從而推測海底深處的震動。據了解,帕羅斯發明的這些傳感器網絡,可以揭示哪些海底斷層是無害的,哪些又有可能在為下一次大地震積攢能量。
 
帕羅斯希望基于自己的發明打造一個海洋地震預警系統。目前,他向華盛頓大學捐贈了200萬美元研究資金,與大學科研人員在太平洋西北海岸海域進行測試。
 


該公司在俄勒岡州沿岸海域安裝了6個石英壓力傳感器,監測地殼運動變化。資料圖
 
在陸地上,工程師可以使用全球定位系統(GPS)來測量跟蹤細微的地質運動跡象。但相比陸地,在海底進行地質運動監測則困難且昂貴。得益于最近幾年監測工具和部署方式的創新,海底測量學才逐漸趕上向陸地測量的水平。
 


石英傳感器可測量其上的水壓變化,糾正其他干擾后,海洋科學家可將海底的上下移動精確到1厘米。資料圖
 
帕羅斯開設的Paroscientific公司,是制造海洋壓力傳感器的公司之一。目前,該公司在俄勒岡州沿岸的海域安裝了六個石英壓力傳感器,監測地殼的運動變化狀況。石英具有壓電效應,受到壓力會產生電荷。利用這一特性,Paroscientific在50年前開始研發能夠測量加速度、壓力變化和溫度等物理因素的石英傳感器。部署在海底的石英傳感器可測量其上的水壓變化,在糾正了波浪和潮汐帶來的干擾之后,海洋學家能將海底的上下移動精確到1厘米。
 
早在1983年,Paroscientific傳感器就參與了美國國家海洋和大氣管理局的海嘯觀測系統,對太平洋地區的海洋運動進行監測。2004年印尼發生大海嘯,帕羅斯向華盛頓大學捐贈100萬美元促進傳感器網絡的研發。在這筆捐贈以及2012年的另一筆100萬美元捐款的幫助下,大學研究人員設計和測試新一代海底壓力傳感器。
 
據了解,目前,由斯克里普斯研究所和華盛頓大學聯合研發的海底測量儀,被部署到俄勒岡州海岸和俯沖帶之間的海底中。研究人員將搜集到的數據與數學模型進行對比,有望在十年內對海底斷層狀況得出結論。
 
不過,即便是最好的壓力傳感器,也只能揭示海底板塊上-下一個維度的運動,而無法檢測到水平方向的位移。研究者使用另一種手段彌補這一不足??茖W家們在海底以兩、三公里的間隔放置轉發器。每隔上差不多一年的時間,科學家乘坐科研船測定轉發器的準確位置信息。通過計算信通過海水的時間,研究者可以判斷與上次測量時相比,海底是否發生了水平移動。
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