科學人雜誌
地球科學

聽海底地震量水溫

2021-01-01 帕帕斯(Stephanie Pappas)
比較地震聲速的差異,測量廣闊區域的海水溫度變化。


聲音或許能成為測量海水溫度的新方法。氣候變遷正穩定使海洋暖化,因為海洋吸收了溫室氣體所捕獲熱量的90%,導致海平面上升,威脅海洋物種並影響天氣模式。


但是追蹤暖化其實頗為棘手。以船為基地進行測量,僅能及時拍攝一小部份海域的快照,而衛星無法深入觀測海洋表面之下。最詳盡的海水溫度圖來自阿爾戈(Argo)計畫,這組由自動探測裝置組成的浮標,已經在海洋上探索了10多年,並可能向下探測到約1980公尺深。但是這組浮標只有大約4000個,且無法探測海底。


2020年9月《科學》刊登的論文中,美國加州理工學院以及中國科學院的研究人員比較了海底地震產生的聲音傳播速度,以測量更廣區域的海洋暖化。由於聲音在較溫暖的水中傳播較快,因此速度差異會顯現水溫變化。未參與這項研究的美國普林斯頓大學地球物理學家席曼斯(Frederik Simons)評論:「他們正開闢全新的研究領域。」


海洋學家在1979年便提出以聲音來測量海水溫度,但是放置海中的發聲器造價昂貴,也可能干擾海洋動物。加州理工學院的研究人員吳文波(Wenbo Wu)受到這些早期研究的啟發,認為可以監測海底地震所發出的低頻聲波。他說:「我知道這些地震是非常強大的聲源,那麼何不嘗試利用地震呢?」


他和團隊在印尼的尼亞斯島附近測試了這個想法,那裡是印度-澳洲板塊和巽他板塊的撞擊處。他們收集了2004~2016年總共4272次規模三級以上地震的聲波數據,並比較了這段期間源自同一地點的地震聲速。他們建構聲速差異(通常只有幾分之一秒)的模型,發現尼亞斯島附近海域的水溫每十年變暖約0.04℃,比阿爾戈數據所記錄的0.026℃還高。小於0.5℃的溫差或許不多,但要使整個印度洋東部水溫上升,需要龐大的熱量......


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