
通过地震,人类可以了解全球暖化的程度。加州理工学院(California Institute of Technology)与中国科学院合作,在印尼海域首席执行官达12年的地震声波测量海温实验,证实了该方法的可行性。研究团队将论文发布在《Science》期刊上。
地震会产生声波,可借由速度变化计算海温
温室气体会将热量保留当地球上,产生所谓的温室效应,而那些保留的热量,高达90%被海洋吸收,因此科学家也会以海洋温度变化作为暖化指标。
目前科学家主要使用探测船与卫星观测海洋温度,然而探测船只能测量特定地点的海洋温度,范围很小;卫星的观测范围比较广,但仅能测量到浅层的海温。目前人类最精准的海温探测器为Argo,它可以测量到水下2000米的温度,然而全球只有大约4000个Argo,观测范围很有限。
早在1979年,科学家就有用声波测量海温的想法。由于声波的传播速度会随着温度改变,因此能通过声波的时间差计算海温。当时的做法,是在海中置入声波产生器,并在陆地上设置传感器,但是声波产生器的成本很高,而且人工声源也有干扰海洋生物(例如海豚)等疑虑,因此没有被广泛采用。
然而“地震”也会产生声波。这种波不是震波,而是一种低频率的声波,会通过海水传播。论文第一作者,加州理工学院博士后地质物理研究员Wenbo Wu认为,地震声波能成为测量海温的方式。
地震声波没有深度限制,能填补传统观测方式的缺口
因此在2004年,研究团队前往印尼的Nias,进行长达12年的地震声波观测实验。Nias位于印澳板块与巽他板块的交界。在2004到2016年间,研究团队搜集4,272比规模超过3.0的地震资料,其中2,047对地震有相同的震源,通过比对相同震源的地震声波差异,研究团队计算海水温度的变化。
研究团队发现,该海域以每10年增加华式0.08度(摄氏0.044度)的速度增温,高于Argo探测器测量的华式0.047度(摄氏0.026度)。研究团队表示,Argo受到测量深度等限制,地震声波的准确度较高。此外,Wu认为,虽然华式0.08度与0.047度之间的温差不大,但海洋是庞大的水体,就算温度仅微小增加,吸收的热量还是很惊人。
夏威夷大学诺阿分校(University of Hawaii at Manoa)的海洋学家Bruce Howe表示,研究人员也能够过历史地震资料,追朔过去的海温变化。然而Howe认为难度很高,因为过去的地震仪并没有现在的精确。
目前学界也在研究收集地震声波的方式。普林斯顿大学地质物理学家Frederik Simons正在执行地震监测项目MERMAID,将水听器集成到现有的海洋监测仪器中。但该做法的最大挑战在于准确定位仪器。Wu表示,若能破除这些障碍,就能填补Argo与卫星的观测缺口,让海温观测更准确,更能了解全球暖化的状况。
参考资料
《Science》、《Scientific American》、《BBC News》