地震監(jiān)測(cè)的“移動(dòng)時(shí)代”

文/張唯誠(chéng)

地震監(jiān)測(cè)的“移動(dòng)時(shí)代”

文/張唯誠(chéng)

在你的手機(jī)中下載一個(gè)應(yīng)用程序，你便擁有了一個(gè)便攜式的地震儀，地震波會(huì)在你的手機(jī)屏上以曲線圖的形式顯示出來(lái)。有關(guān)地震的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度的數(shù)據(jù)即刻會(huì)被傳給專業(yè)研究人員，而這些海量數(shù)據(jù)是科學(xué)家們非常需要的，它們提供了一個(gè)在廣闊區(qū)域內(nèi)有效監(jiān)測(cè)地震的低成本方式。上述情景是否還很遙遠(yuǎn)呢？

手機(jī)“變身”地震儀

2014年8月24日凌晨3 時(shí)20分，一次里氏6級(jí)地震襲擊了美國(guó)加州北部的納帕鎮(zhèn)，這是這一地區(qū)近25年來(lái)遭遇到的比較強(qiáng)烈的地震。地震發(fā)生后不到1分鐘，地震波就抵達(dá)加州西部城市伯克利，地震波的曲線也同時(shí)反映在一名加州大學(xué)地震監(jiān)測(cè)專業(yè)研究生的安卓智能手機(jī)屏上……

原來(lái)，借助于一種名為My Shake的應(yīng)用程序，這名學(xué)生的手機(jī)“變身”為一種能監(jiān)測(cè)地震的便攜式地震儀。這種安裝于移動(dòng)設(shè)備中的傳感器能記錄地層的移動(dòng)，它產(chǎn)生的地震波曲線圖看上去非常像專業(yè)傳感器產(chǎn)生的曲線圖。正是因?yàn)橛辛诉@種技術(shù)上的進(jìn)步，科學(xué)家萌生了使用大眾的個(gè)人移動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)和研究地震的想法。

一直以來(lái)，美國(guó)地質(zhì)勘探局用于監(jiān)測(cè)地震的儀器不僅體積大、價(jià)格貴，而且不能隨處安裝。比如，不能將它安裝到山里，因?yàn)轼B(niǎo)可能飛進(jìn)儀器里，或者以其他方式干擾它；也不能把它安裝在高速公路旁，因?yàn)閬?lái)往車(chē)輛會(huì)影響它，使它發(fā)出錯(cuò)誤的信號(hào)。幸運(yùn)的是，隨著地震傳感器變得越來(lái)越小和越來(lái)越便宜，而且能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了把更多的儀器安裝在更多的地方，以形成高密度的地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，從而更準(zhǔn)確地顯示地震的發(fā)生地點(diǎn)，還能用于余震預(yù)警的夢(mèng)想。

從2009年起，美國(guó)地質(zhì)勘探局開(kāi)始邀請(qǐng)志愿者作為“代理科學(xué)家”，幫助專業(yè)機(jī)構(gòu)擴(kuò)充地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，第一批大約500個(gè)汽車(chē)電池大小的低成本地震儀被安裝在了人口密集區(qū)，主要分布于西雅圖、洛杉磯和舊金山等美國(guó)易發(fā)地震的城市區(qū)域。這種裝置名為“Net Quakes”，它們沒(méi)有大型的專業(yè)儀器靈敏，但仍然能夠探測(cè)到里氏1級(jí)-2級(jí)的地震。

不僅如此，體積更小、成本更低的地震傳感器也正在加入到地震監(jiān)測(cè)的陣容中來(lái)，這種傳感器使用一個(gè)USB接口和個(gè)人電腦相連。當(dāng)一個(gè)志愿者將這種“盒子”連接上電腦并下載應(yīng)用程序后，這個(gè)傳感器就準(zhǔn)備好了，它會(huì)記錄它所在位置的震動(dòng)并不間斷地將信息傳給專業(yè)人士。現(xiàn)在，科學(xué)家們已在洛杉磯及其附近的幾百個(gè)家庭和辦公室里安裝了這種傳感器，作為“社區(qū)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)”的一部分，它們能探測(cè)到里氏3級(jí)和3級(jí)以上的地震。

科學(xué)家們認(rèn)為，這種需要公眾積極參與的科學(xué)項(xiàng)目將大大幫助專業(yè)研究人員建立地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，從而更快更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)地震；這樣的努力還可以樹(shù)立公眾的地震防范意識(shí)，提高人們應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害的能力；這種地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)還必將有益于地震的預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，從而挽救更多的生命。

“編外”地震儀作用大

來(lái)自“編外”地震儀的數(shù)據(jù)能幫助科學(xué)家生成一個(gè)“地震圖”，研究人員通過(guò)分析這種圖以確定地震發(fā)生在什么地方。通常情況下，這種圖顯示地震發(fā)生區(qū)域的誤差大約在10千米-20千米以內(nèi)，要想把精度定位到具體街區(qū)，那就要安裝更多的地震傳感器，而這也正是“社區(qū)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)”建設(shè)所要達(dá)到的目標(biāo)。

目前，科學(xué)家正在全球范圍內(nèi)建設(shè)這樣的網(wǎng)絡(luò)，這就是“Quake-Catcher Network”，簡(jiǎn)稱QCN。它已經(jīng)在全球征募了3400名志愿者，有些志愿者的傳感器只是一個(gè)手指大小的U盤(pán)，而另一些自愿者則使用一種名為“運(yùn)動(dòng)傳感器”的加速感應(yīng)器。顧名思義，加速感應(yīng)器根據(jù)加速度來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在智能手機(jī)中，它感知手機(jī)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)你轉(zhuǎn)動(dòng)它，屏幕上會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的影像。在一部手機(jī)中，加速感應(yīng)器能測(cè)到幾千千米以外發(fā)生的里氏3級(jí)-3.5級(jí)的地震，而在臺(tái)式電腦中，這種感應(yīng)器甚至能記錄里氏2.5級(jí)的地震。假若人們下載了這種QCN應(yīng)用程序，他們的電腦和手機(jī)就成了地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)的一部分，任何被傳感器測(cè)到的震動(dòng)都會(huì)形成一個(gè)報(bào)告并傳到科學(xué)家那里。研究人員獲得并分析這些數(shù)據(jù)，從而做出準(zhǔn)確的判斷。

2014年，用于QCN地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的傳感器被安裝在了阿拉斯加州安克雷奇市的24所學(xué)校里。這一年恰巧是1964年阿拉斯加大地震50周年，那次地震的強(qiáng)度達(dá)到里氏9.2級(jí)，地面震動(dòng)了5分鐘，成為有地震記錄以來(lái)的第二大強(qiáng)震。

3秒鐘預(yù)警時(shí)間

地震雖然無(wú)法預(yù)報(bào)，但地震監(jiān)測(cè)可以為預(yù)警贏得一點(diǎn)兒時(shí)間。今年4月，一組科學(xué)家發(fā)表論文稱，他們的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)一場(chǎng)里氏7級(jí)的地震從舊金山灣以西28千米的地方橫掃舊金山灣時(shí)，一些生活在舊金山市的市民能依靠連接虛擬網(wǎng)絡(luò)的智能手機(jī)傳感器獲得3秒鐘的預(yù)警時(shí)間。看上去，3秒的時(shí)間太少了，但有了這點(diǎn)兒時(shí)間，人們就能及時(shí)躲藏，一些自動(dòng)設(shè)備能及時(shí)開(kāi)啟，電梯來(lái)得及停在最近的樓層上，消防站的大門(mén)得以打開(kāi)，消防車(chē)可以及時(shí)駛出……

這樣的預(yù)警之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是因?yàn)閿?shù)字通信傳輸?shù)乃俣冉咏馑伲卣鸩ㄔ诘叵碌膫鞑t相對(duì)緩慢，其速度僅相當(dāng)于音波。除此之外，地震的初波（P波）和次波（S波）之間也有一個(gè)因傳播速度不同而產(chǎn)生的時(shí)間差。由于初波更快，它會(huì)首先到來(lái)，但接踵而至的次波更強(qiáng)，更具破壞性。

美國(guó)地質(zhì)勘探局已著手建立美國(guó)西海岸的地震預(yù)警系統(tǒng)，這個(gè)名為“Shake Alert”的系統(tǒng)中的625個(gè)傳感器正處于測(cè)試之中，他們還將擴(kuò)充這個(gè)系統(tǒng)。值得注意的是，他們將在這個(gè)由昂貴的地震儀構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中補(bǔ)充進(jìn)智能手機(jī)和廉價(jià)的地震傳感器，使之成為一個(gè)龐大的“后備軍”，要知道，僅在舊金山灣地區(qū)就有幾百萬(wàn)智能手機(jī)使用者。科學(xué)家相信，假若更多的智能手機(jī)能夠參與進(jìn)來(lái)，一個(gè)強(qiáng)大有效的地震網(wǎng)絡(luò)就更容易建立起來(lái)。由此看來(lái)，隨著科技的日益進(jìn)步，地震監(jiān)測(cè)的“移動(dòng)時(shí)代”正在來(lái)臨。