日本建设新型海底监测网

没有人会忘记2011年摧毁日本福岛地区的东日本大地震，当时高达40米的海啸造成近2万人死亡。幸运的是，面对大地震，日本将做好更充分的准备。据《科学》报道，未来几个月内，日本将完成一个海底电缆仪表化网络的建设，并将其接入国家预警系统。这个耗资1.2亿美元、名为N-net的网络，通过更靠近震源探测地震，将为发电站和高速列车提供宝贵的额外几秒钟时间来关闭和停车。

2011年东日本大地震在日本福岛地区引发了致命海啸。图片来源：KIM KYUNG-HOON/REUTERS

该网络与另外两个已建成的离岸监测网络相结合，将覆盖两处俯冲带的全部区域，并从包含地震仪和压力传感器的200多个仪表化节点收集数据。日本还部署了超过20个海底GPS站点。

日本防灾科学技术研究所所长Shin Aoi表示，建设这些网络的主要目的是提供预警。他估计，N-net将为南海海槽附近的大地震提供额外22秒的预警时间，并为海啸提供额外20分钟的预警时间。研究人员在近日发表于《科学》的两篇论文中报告称，这些网络连同日本本土密集的仪器设备，正在揭示俯冲带如何运作的基本原理。

直到本世纪初，人们还认为俯冲板块要么是平稳滑动，要么是卡住并积聚应力，最终在地震的震动中释放。但现在已知这些断层带也可能经历“慢滑移”时期，即板块在数月或数年内几乎难以察觉地缓慢蠕动，产生奇怪的、低频的地震信号。

2011年的东日本大地震突显了这些慢动作地震不仅仅是新奇事物。日本当时部署的两个离岸传感器显示，在主震发生前数周，被锁定的断层的一部分一直在缓慢滑动。这一发现表明，慢滑移可能通过给断层的其他部分施加应力而触发地震。这也表明监测慢滑移事件可能有助于提前预报重大破裂。

“从物理角度看，地面在快速移动之前会缓慢移动。”美国加州大学圣克鲁兹分校的地震物理学家Emily Brodsky说，“但在实践中，几乎没人见过。”

《科学》发布的一项研究支持了这一观点。基于陆地上GPS站点的移动，研究人员在日向滩地震发生前一年里，在南海俯冲带深处识别出一系列逐步升级的慢滑移事件——这表明它们对断层施加了至关重要的应力。

相比之下，另一篇《科学》论文则表明，当慢滑移发生在断层浅部时，可以降低发生巨大地震的风险。数据来自钻入DONET下方岩石中的钻孔观测站。DONET是日本在2010年代初部署在南海海槽北部区域的第二个电缆监测网络。通过探测岩石中封闭流体微小的压力变化，研究人员记录了两个慢滑移事件在2015年和2020年掠过的情况。记录显示，滑移从断层深处向上传播了约40公里，几乎一路到达海沟。

美国得克萨斯大学地球物理研究所所长Demian Saffer表示，反复的滑移表明，断层浅部的岩石可以消散能量，否则这些能量可能会积聚起来并引发危险的、导致海啸的破裂。

尽管美国远未能复制日本的离岸监测网络，但正朝着为卡斯卡迪亚俯冲带建立一个监测系统迈进。卡斯卡迪亚是太平洋中的一处海沟，未来发生的地震可能威胁西雅图或波特兰。研究人员去年完成了在卡斯卡迪亚和阿拉斯加俯冲带部署一组海底GPS站的工作。美国国家科学基金会正支持明年在其运营的俄勒冈海岸外的一个电缆网络上增加4个先进的仪器包，希望它们也能连接到地震和海啸早期预警网络。今年晚些时候，美国研究人员计划提出一个名为SZ4D的雄心勃勃的设施，用于监测智利的俯冲带——这是1960年曾引发地球已知最大地震（9.5级）的离岸海沟。

执行这些计划意味着要找到更便宜的方法来监测深海远洋下的岩石——这样系统就不需要等到悲剧发生才得以部署。