深海互联网电缆可以帮助感知远处的地震轰鸣

海洋覆盖了地球表面三分之二以上的面积。对于地震学家、海洋学家和其他想要持续监测地球运动的人来说，这一事实带来了一个问题。海洋可能是昏暗而浑浊的地方，很难获得有关地震和地震灾害等重要数据。

但海洋神秘并不意味着它缺乏基础设施：首先，超过 75 万英里的电信电缆让互联网跨越各大洲。科学家也知道这一点。他们已经开始利用这些基础设施来探测地震。

他们最新的举措是：使用跨大西洋电缆寻找地震，正如他们在 5 月 20 日发表在《科学》杂志上的一篇论文中所做的那样。由英国国家物理实验室的朱塞佩·马拉 (Giuseppe Marra) 领导的研究人员探测到了两次地震，其中一次地震起源于地球另一边。

“我们在近海的传感能力非常有限。非常有限。我们拥有的这些能力简直太荒谬了，”密歇根大学地震学家扎克·斯皮卡 (Zack Spica) 说道，他不是本文的作者之一。“但现在，我们意识到，实际上，我们拥有数千个可能的传感器，因此我们可能开始深入研究并开始观察正在发生的事情。”

如今，电信公司已将光纤编织成遍布全球的复杂网络。这些电缆是互联网运行的隐秘而关键的组件。它们不仅连接了半球，还为世界更偏远的地区带来了关键的连接。

（只要问问汤加就知道了，今年早些时候，该国的电缆链路因火山爆发而中断。在电缆修复之前，岛上的居民和救援工作经常不得不依赖速度缓慢的 2G 卫星互联网。）

使用电缆进行水下传感并不是一个新想法。最初，这个想法依赖于定制的专用电缆。美国海军在冷战初期曾尝试使用它们来探测苏联潜艇。加州和日本的科学家从 20 世纪 60 年代开始测试用于地震探测的电缆。

但安装专用设备的成本很高，而在21世纪，由于电信行业对这一想法的接受度不断提高，科学家们已经开始利用现有的设备。

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最成熟的方法可能是一种称为分布式声学传感 (DAS) 的技术。为此，科学家从电缆的一端发射短光脉冲。例如，如果地震震动了电缆，震动会将部分光反射回发送者，发送者可以利用它重建发生了什么以及在哪里发生。

许多科学家都接受了 DAS，但它有一个关键的限制：距离。当光（或任何其他信号）沿着一条线传播时，它会衰减或失去强度。因此，很难使用 DAS 来感知几十英里以外的距离。这绝非易事，但如果你想看到距离海岸数千英里的海洋中心，该怎么办？

2021 年，加州理工学院地震学家詹钟文带领的研究人员在居里电缆上测试了另一种方法。居里电缆是谷歌拥有的一条电缆，从洛杉矶延伸至智利瓦拉帕莱索，与美洲活动频繁的太平洋海岸平行。该团队研究了通过电缆的常规信号流量中的地震指纹。

但他们的方法有一个缺陷：他们无法判断地震发生地点有多远，只能知道地震已经发生。“他们探测到了地震，但……他们不知道地震来自哪里，”斯皮卡说。

当然，如果你和海外的朋友聊天，你们的声音可以毫无问题地传到对方那里。这是因为这些电缆配备了称为中继器的设备。就像电话游戏中的玩家一样（只是可靠性要高得多），中继器接收传入信号并将其放大，然后将其发送到下一个信号。

多年来，一些科学家一直支持一项名为 SMART 的提案，即在未来的电缆上安装新的中继器，并配备廉价的地震、压力和温度传感器。电信公司现在开始关注：一项名为 SMART 的项目——一条连接葡萄牙大陆和大西洋岛屿的电缆——计划于 2025 年投入使用。

但海底电缆的水下中继器已经具有第二个功能：为了帮助电缆操作员定位潜在问题，中继器可以发回部分信号。

马拉和他的同事利用了现有的安全措施。他们向电缆发射红外激光，检查每个中继器返回的信号。这样，他们就能把跨洋电缆分解成几十英里长的短小部分。

“我知道其他人也在思考如何做到这一点，”夏威夷大学海洋学家布鲁斯·豪说道（他没有参与这篇论文），“但他们做到了。”

Marra 的团队在一条横跨大西洋的电缆上测试了他们的技术，该电缆连接着英格兰西北部南港和加拿大大西洋省份哈利法克斯。他们不仅能够探测到地震（一次来自秘鲁北部，另一次来自印度尼西亚），还能探测到海水流动的噪音。

但也存在一些问题。首先，豪说，这种检测方式与地震学家习惯的方式不同。马拉和同事们还无法测量地震的震级。而且，从海洋温度变化等因素中辨别地震可能很困难。这时，多种方法（例如，这项最新技术加上 SMART）可以协同工作。

许多科学家对电缆的潜力感到兴奋。“我真的觉得（地震学）最大的突破将在海上实现，因为有太多东西需要探索，”斯皮卡说。它们可以大大改善我们的海啸预警系统。它们可能帮助地质学家窥视不太了解的板块聚集或分离的地方，比如大洋中脊。它们可能能够帮助海洋学家监测变暖海洋的情况。

“资金一如既往地是主要障碍，”豪说，“但最近的进展表明我们可以克服这一障碍。”