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在最南端聆听地球“心跳”

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时间:2019-06-16 11:09:06  来源:经济日报

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在最南端聆听地球“心跳”

前不久,由中国地震局地球物理研究所承担的南极长城站地震台改建任务圆满完成,新一代长城站地震台正式运行,标志着中国在南极进行地震观测的基础设施和数据质量得到显著改善。


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南极作为地球上唯一没有人员定居的大陆,多年来吸引了众多科学家来此探寻未知世界的奥秘。

前不久,由中国地震局地球物理研究所承担的南极长城站地震台改建任务圆满完成,新一代长城站地震台正式运行,标志着中国在南极进行地震观测的基础设施和数据质量得到显著改善。

您知道吗——南极也有地震台。南极地震观测是我国南极科学考察工作的重要组成部分,于1985年建成投入使用的长城站地震台,一直承担着中国在南极的地震观测任务。那么南极会发生地震吗?建在南极的地震台将派上哪些用场?就让两代参与过南极科考的地震科学家为我们讲述在南极建地震台和地磁台的故事。

开启南极科考新篇章

南极是世界上最寒冷、暴风雪最频繁、风力最强和最干燥的大陆,年平均气温为零下25摄氏度。几千万年来,这个地球的最南端常年被冰雪覆盖,冰雪平均厚度已达2000米。

南极又是一个神秘诱人的地方。那里有纯粹而原始的自然环境、丰富的自然资源、奇妙美丽的风光,也是人类进行科学研究的理想场所。

为揭开南极洲的神秘面纱,数以千计的科学家前赴后继,直至上世纪50年代,才开启了南极考察的新纪元。“在1957年到1958年的国际地球物理年期间,世界上集中了12个国家的1000多位科考人员,对南极进行了为期一年的大规模综合科学考察,开展了极光、地磁、宇宙线、气象和大气环境、地震等观测。这次考察也使人们认识到:南极洲是地球物理学家的天堂。”曾参与我国第二次南极科考的中国地震局地球物理所研究员林云芳回忆道。

2019-06-16,我国首次赴南大洋、南极洲进行科学考察,考察队于翌年的2月15日向全世界宣布:中国南极长城站胜利建成。1985年11月,第二次南极科考中,“地震和地磁”被列入了科学考察项目,并确定建立中国南极长城地震台和地磁台。林云芳也踏上了前往南极的征程,但真要开展南极实地考察并非易事。

去时带了28个大箱子,装满了地磁和地震观测仪器,建设南极地震台站的重担落到林云芳一个人身上。长城站所在的乔治王岛是一个低气压地区,与我国西藏地区相仿,初到该地的人连走路都喘得厉害。在林云芳的印象里,南极的气候瞬息万变,有时一天会出现一年四季的天气过程,晴空万里之后即刻飞沙走石,棉花状的飞雪中夹杂着冰雹,一天之内积雪可达1米厚,最大风力有12级。

短暂的科考期间,林云芳经历了很多:从刚到长城站时搭起的野外帐篷很快被狂风刮倒,到目睹因恶劣天气,一架旅游飞机在长城站附近的冰山失事。“我们自己建地震台、地磁台、地震地磁记录室,必须克服天气因素,争取时间,才能多获取南极的地震地磁数据记录。”

正如中国地震局地球物理研究所《地震监测志》中提及:“南极开展地震地磁观测,成为中国固体地球物理科学界走向全球地震地磁观测科技舞台的里程碑。”

南极是否有地震

一旦在网上搜索“南极有地震吗”等类似问题时,常常会得到这样的解答——“地震几乎遍于世界各地,包括陆地和海洋,但南北两极地区却从未有过任何地震的记录。这一奇特的地质现象是地质学界的一个谜。”

实际上,谜底早已揭晓。第二次南极考察度夏期间,地震台站获得了2019-06-16至3月25日的地震记录资料。一个月内,共记录到两次3至4级近震、4次远震;此外,中国南极长城站地震台实现数字化观测后,从2010年底至2011年底,数字化宽频带地震记录仪还捕捉到发生在南极地区的百余次地震,其最大震级达里氏4级左右,最小震级约为0.5级。可见“南极无地震”一说并不准确。

在普通人看来,南极是位于地球一隅孤僻独立的冰雪大陆,与我们生活的绿色世界隔着千山万水,似乎没有必要开展大规模科学考察活动甚至是地震观测。其实不然,人类经过200多年坚持不懈的探索,随着对南极考察的深入,越来越认识到南极洲与人类生存和发展密切相关,地震监测也不例外。

自20世纪70年代末以来,南极地区曾发生火山喷发,并伴有大量小地震。因此,许多在南极有基地的国家纷纷设立了永久或流动的地震及火山观测台网。

“南极地震台可以记录到发生在世界各地的大地震和南极地区的小地震及火山活动。由于所处的特殊地理位置,这些资料对研究全球地震、中国地震、南极地区小地震和火山的成因机制等都十分重要。”林云芳表示,如果能与周围基地的国家合作,联成一组遥测记录台网,还可利用这组台网记录的资料探究南极大陆地壳和地幔的深部结构,助力我国全球地震观测网络建设。

林云芳介绍,南极地区还是地磁极所在地。这里的地磁场变化要比中、低纬度地区复杂丰富得多,不仅可用于研究极区特有的各种地磁变化形态,还可用于研究极区电离层电流体系引起的全球范围的地磁变化。

中国地震局地球物理所研究员常利军则给经济日报记者带来一项南极科考新发现:长城站地震台的观测记录显示,南极洲南设得兰群岛地震虽然强度不大,但小震频发,这给出了菲尼克斯微板块向南设得兰海沟俯冲仍然进行着的地震学证据;此外,还发现火山引起的小震尤为明显,显示近期一些海底火山活动增强。“勘测到地球板块的运动,可以追溯南极大陆如何形成等一系列地质演化问题,为矿产资源的研究提供背景依据。”常利军说。

台站“改头换面”能力强

长城站地震台建成使用至今已走过34年,是我国南极科学考察工作的重要组成部分,对服务国家安全、推动极地地震观测科学发展、提升我国极地观测和科学研究的国际地位具有重要意义。

但近年来,因地震台初建时期所使用的材料和仪器装备等技术原因,加之长期受到南极地区极端灾害性天气影响,长城站地震台观测房受损严重。

“特别是去年3月,长城站遭遇罕见大风,地震台观测房损毁严重。”常利军说,恢复并改善南极地震观测基础设施和工作条件成为当时非常急迫的任务——长城站地震台站改建项目被列入中国第35次南极科考任务。2018年12月,常利军随中国南极科学考察队赴长城站开始实施地震台改建任务。

改建工作持续了两个多月,在长城站多次统一协调下,10余名后勤保障人员和科研人员齐心协力,克服了南极冰天雪地的极端气候影响,利用站上装载车、吊车、挖掘机等机械设备,完成了老地震台建筑垃圾分类清理、材料和设备的运送、新地震观测房地基的开挖浇筑等工作,并布设了新购置的极地版低温宽带地震仪。

要知道,地震台位于距离长城站区南面500米的“八达岭”山上。那里山高坡陡,冰雪很厚,如何将近3吨重的地震观测房运上去,对常利军和他的队友们来说是一个极大考验。

常利军告诉记者,为防止车辆陷入厚厚的积雪中,他们不得不等到今年1月中旬山上的部分积雪融化,才利用挖掘机把运输路线上多余的积雪和巨石清理掉,开辟出一条简易上山路,并在吊车、装载机和挖掘机的相互配合下,最终将观测房运到了山上的地震台。

“改建后的地震台采用在极端环境下也能防潮、抗风、抗压的材料,极大保障了地震台连续观测的稳定性;并具备远程实时监控能力和数据传输功能,可实现长期无人值守情况下的正常运行。”常利军说。

常利军期待,未来地震科研工作者能够立足于我国南极科考站,深入南极内陆新增固定地震监测台站,使得地震观测分布更加均匀。更重要的是,如果将南极地震台的观测数据与我国大陆地震观测台网所得资料结合,还会大幅提升我国地震监测能力。

编辑:谢珊


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