美国海底地震监测应用中的厘米级传感新技术

　　目前，日本、智利等许多沿海国家，都在研究海底地壳活动监测技术。环太平洋地震带的地质断层产生地球上最猛烈的地震，对人类社会造成巨大灾难。2004年，印尼海底地震引发大海啸，将近25万人在巨浪中丧生。其中，美国西海岸便处在这一地震带上。

发明家杰瑞·帕罗斯发明的石英传感器，将海底监测的精确度提高到厘米级别。资料图

　　为此，家住美国西部华盛顿州的79岁的发明家杰瑞·帕罗斯，便尝试用实际行动规避风险。具有商业和科研的双重背景的他，发明了一款用于地震监测的石英传感器，一个排球大小的金属架内部，传感器通过上下移动感应大气压力的微小变化，甚至开关门造成的气压变化都能被它捕捉到。

　　在海底应用中，传感仪器可以感应水压的变化，从而推测海底深处的震动。据了解，帕罗斯发明的这些传感器网络，可以揭示哪些海底断层是无害的，哪些又有可能在为下一次大地震积攒能量。

　　帕罗斯希望基于自己的发明打造一个海洋地震预警系统。目前，他向华盛顿大学捐赠了200万美元研究资金，与大学科研人员在太平洋西北海岸海域进行测试。

该公司在俄勒冈州沿岸海域安装了6个石英压力传感器，监测地壳运动变化。资料图

　　在陆地上，工程师可以使用全球定位系统（GPS）来测量跟踪细微的地质运动迹象。但相比陆地，在海底进行地质运动监测则困难且昂贵。得益于最近几年监测工具和部署方式的创新，海底测量学才逐渐赶上向陆地测量的水平。

石英传感器可测量其上的水压变化，纠正其他干扰后，海洋科学家可将海底的上下移动精确到1厘米。资料图

　　帕罗斯开设的Paroscientific公司，是制造海洋压力传感器的公司之一。目前，该公司在俄勒冈州沿岸的海域安装了六个石英压力传感器，监测地壳的运动变化状况。石英具有压电效应，受到压力会产生电荷。利用这一特性，Paroscientific在50年前开始研发能够测量加速度、压力变化和温度等物理因素的石英传感器。部署在海底的石英传感器可测量其上的水压变化，在纠正了波浪和潮汐带来的干扰之后，海洋学家能将海底的上下移动精确到1厘米。

　　早在1983年，Paroscientific传感器就参与了美国国家海洋和大气管理局的海啸观测系统，对太平洋地区的海洋运动进行监测。2004年印尼发生大海啸，帕罗斯向华盛顿大学捐赠100万美元促进传感器网络的研发。在这笔捐赠以及2012年的另一笔100万美元捐款的帮助下，大学研究人员设计和测试新一代海底压力传感器。

　　据了解，目前，由斯克里普斯研究所和华盛顿大学联合研发的海底测量仪，被部署到俄勒冈州海岸和俯冲带之间的海底中。研究人员将搜集到的数据与数学模型进行对比，有望在十年内对海底断层状况得出结论。

　　不过，即便是最好的压力传感器，也只能揭示海底板块上-下一个维度的运动，而无法检测到水平方向的位移。研究者使用另一种手段弥补这一不足。科学家们在海底以两、三公里的间隔放置转发器。每隔上差不多一年的时间，科学家乘坐科研船测定转发器的准确位置信息。通过计算信通过海水的时间，研究者可以判断与上次测量时相比，海底是否发生了水平移动。