地震监测的“移动时代”

  在你的手机中下载一个应用程序,你便拥有了一个便携式的地震仪,地震波会在你的手机屏上以曲线图的形式显示出来。有关地震的时间、地点和强度的数据即刻会被传给专业研究人员,而这些海量数据是科学家们非常需要的,它们提供了一个在广阔区域内有效监测地震的低成本方式。上述情景是否还很遥远呢?

  手机“变身”地震仪

  2014年8月24日凌晨3时20分,一次里氏6级地震袭击了美国加州北部的纳帕镇,这是这一地区近25年来遭遇到的比较强烈的地震。地震发生后不到1分钟,地震波就抵达了加州西部城市伯克利,地震波的曲线也同时反映在一名加州大学地震监测专业研究生的安卓智能手机屏上……

  原来,借助于一种名为My Shake的应用程序,这名学生的手机“变身”为一种能监测地震的便携式地震仪。这种安装于移动设备中的传感器能记录地层的移动,它产生的地震波曲线图看上去非常像专业传感器产生的曲线图。正是因为有了这种技术上的进步,科学家萌生了使用大众的个人移动设备监测和研究地震的想法。

  一直以来,美国地质勘探局用于监测地震的仪器不仅体积大、价格贵,而且不能随处安装。比如,不能将它安装到山里,因为鸟可能飞进仪器里,或者以其他方式干扰它;也不能把它安装在高速公路旁,因为来往车辆会影响它,使它发出错误的信号。幸运的是,随着地震传感器变得越来越小和越来越便宜,而且能够通过互联网传输数据后,科学家实现了把更多的仪器安装在更多的地方,以形成高密度的地震监测网络,从而更准确地显示地震的发生地点,还能用于余震预警。

  从2009年起,美国地质勘探局开始邀请志愿者作为“代理科学家”,帮助专业机构扩充地震监测网,第一批大约500个汽车电池大小的低成本地震仪被安装在了人口密集区,主要分布于西雅图、洛杉机和旧金山等美国易发地震的城市区域。这种装置名为“Net Quakes”,它们没有大型的专业仪器灵敏,但仍然能够探测到里氏1~2级的地震。

  不仅如此,体积更小、成本更低的地震传感器也正在加入到地震监测的阵容中来,这种传感器使用一个USB接口和个人电脑相连。当一个志愿者将这种“盒子”连接上电脑并下载应用程序后,这个传感器就准备好了,它会记录它所在位置的震动并不间断地将信息传给专业人士。现在,科学家们已在洛杉矶及其附近的几百个家庭和办公室里安装了这种传感器,作为“社区地震监测网”的一部分,它们能探测到里氏3级和3级以上的地震。

  科学家们认为,这种需要公众积极参与的科学项目将大大帮助专业研究人员建立地震监测网,从而更快更准确地监测地震;这样的努力还可以树立公众的地震防范意识,提高人们应对地震灾害的能力;这种地震监测网还必将有益于地震的预警系统建设,从而挽救更多的生命。

  “编外”地震仪作用大

  来自“编外”地震仪的数据能帮助科学家生成一个“地震图”,研究人员通过分析这种图以确定地震发生在什么地方。通常情况下,这种图显示地震发生区域的误差大约在10~20千米以内,要想把精度定位到具体街区,那就要安装更多的地震传感器,而这也正是“社区地震监测网”建设所要达到的目标。

  目前,科学家正在全球范围内建设这样的网络,这就是“Quake-Catcher Network”,简称QCN。它已经在全球征募了3400名志愿者,有些志愿者的传感器只是一个手指大小的U盘,而另一些自愿者则使用一种名为“运动传感器”的加速感应器。顾名思义,加速感应器根据加速度来测量运动状态。在智能手机中,它感知手机的运动,当你转动它,屏幕上会出现旋转的影像。在一部手机中,加速感应器能测到几千千米以外发生的里氏3~3.5级的地震,而在台式电脑中,这种感应器甚至能记录里氏2.5级的地震。假若人们下载了这种QCN应用程序,他们的电脑和手机就成了地震监测网的一部分,任何被传感器测到的震动都会形成一个报告并传到科学家那里。研究人员获得并分析这些数据,从而做出准确的判断。

  2014年,用于QCN地震监测网中的传感器被安装在了阿拉斯加州安克雷奇市的24所学校里。这一年恰巧是1964年阿拉斯加大地震50周年,那次地震的强度达到里氏9.2级,地面震动了5分钟,成为有地震记录以来的第二大强震。

  3秒钟预警时间

  地震虽然无法预报,但地震监测可以为预警赢得一点儿时间。今年4月,一组科学家发表论文称,他们的实验表明,当一场里氏7级的地震从旧金山湾以西28千米的地方横扫旧金山湾时,一些生活在旧金山市的市民能依靠连接虚拟网络的智能手机传感器获得3秒钟的预警时间。看上去,3秒的时间太少了,但有了这点儿时间,人们就能及时躲藏,一些自动设备能及时开启,电梯来得及停在最近的楼层上,消防站的大门得以打开,消防车可以及时驶出……

  这样的预警之所以能够实现,是因为数字通信传输的速度接近光速,而地震波在地下的传播则相对缓慢,其速度仅相当于音波。除此之外,地震的初波(P波)和次波(S波)之间也有一个因传播速度不同而产生的时间差。由于初波更快,它会首先到来,但接踵而至的次波更强,更具破坏性。

  美国地质勘探局已着手建立美国西海岸的地震预警系统,这个名为“ShakeAlert”的系统中的625个传感器正处于测试之中,他们还将扩充这个系统。值得注意的是,他们将在这个由昂贵的地震仪构成的网络中补充进智能手机和廉价的地震传感器,使之成为一个庞大的“后备军”,要知道,仅在旧金山湾地区就有几百万智能手机使用者。科学家相信,假若更多的智能手机能够参与进来,一个强大有效的地震网络就更容易建立起来。由此看来,随着科技的日益进步,地震监测的“移动时代”正在来临。

  【责任编辑】庞云

  张唯诚

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