2.5公里深！地球最安静的地方埋了两台传感器

近日，研究人员利用高压热水在南极冰层中钻凿了两个深达2.5千米的洞。待洞内的水完全冻结后，两台极其灵敏的地震传感器将被永久封存于此。在这个地球上最安静的区域，它们能够探测到全球范围内5级以上的所有地震。

据《科学》报道，这两台地震传感器是美国地质调查局（USGS）耗资100万美元开展的“深层冰层地震仪项目”的核心设备，目前已开始传回有效探测信号。近日，它们监测到首个清晰的地震信号——日本冲绳附近发生的6.1级地震。由于南极地区仅设有少数几个永久性地震监测站，新部署的地震传感器将填补一项关键的研究空白——通过分析地震波在地球内部传播方式的变化，探究地幔与地核的结构与组成。研究人员还期望它们能捕捉到南极冰盖微弱的“呻吟声”，从而增进对冰盖如何滑入海洋及如何加剧海平面上升的了解。

地球本身是一个嘈杂的星球。海浪声、风声、动物奔跑声、车辆行驶声等，都会产生干扰信号，地震学家必须将这些噪声逐一过滤。此外，地球自转还会扭曲地震事件产生的长周期地震波，对科研工作造成干扰。

在地震学家看来，能同时解决上述问题的地点，唯有南极。那里气候严寒、环境静谧，远离海洋，也没有人类基础设施；同时，作为地球的两极之一，该区域还能消除地球自转带来的影响。2002年，科学家曾在南极冰层下300米处安装过一台地震传感器，但该设备目前已经老化。

美国威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家Michael DuVernois和同事与USGS合作，共同建设了这个世界上最深的地震监测站。加拿大地震仪器企业Nanometrics则负责设计这些地震传感器，并协助设计了特殊的容器来保护它们——这对于承受南极的高压和低温环境至关重要。该公司首席地震仪设计师Geoffrey Bainbridge表示，这些仪器的“自身噪声”水平是所有地震传感器中最低的，甚至比地球本身的背景轰鸣声还要微弱。

此外，地表的地震传感器通常依靠全球定位系统（GPS）传感器记录地震波到达时间，但GPS卫星的无线电信号无法穿透深厚的冰层。因此，这两台地震传感器被集成到在南极建造的冰立方中微子天文台的电子系统中。该系统会将地震数据伪装成中微子探测信号进行处理，之后再将数据解析出来，以供地震学家使用。

USGS的地球物理学家Rob Anthony表示，一旦新地震传感器被纳入由约150个站点组成的全球地震监测网络，其性能将是2002年安装的旧设备的两倍。

地震传感器需等待钻孔内的水体完全冻结后，才能全面投入运行。水体在结冰膨胀过程中可能会导致仪器发生偏移，一旦倾斜角度超过3度，设备就无法正常工作。一旦冻结，仪器便会永久固定在冰层中。“就像发射火箭一样，火箭升空后，你无法将其召回进行维修。”Anthony比喻道。

DuVernois称，截至上周，两台设备已正常开展探测与数据传输工作，倾斜角度均控制在1.5度以内，预计1个月左右洞内水体即可完全冻结。数月之后，南极将进入极夜，届时这两台地震传感器将真正迎来绝对的静谧环境。