科学家利用地震波测量海底水温变化





海底水温是海洋地球物理的一个基本参数, 有助于大洋油气资源和矿产资源的调查和评估。海底水温异常可预示有泥火山导致的热液活动, 甲烷气体的泄漏, 洋壳流体的交换等。

目前的一些测温方法主要包括海底热流探针、海水盐度-温度-深度剖面仪 (CTD) 、以及微型搭载在海底地震仪 (OBS) 和沉积物捕获器上的测温探头。这些方法无一例外需要较高的技术，还需要实地测量。

日前，多伦多大学的吴文波(音译)领导的一个研究小组提出，可以通过地震波来测量海底水温的变化。

这一方法的好处在于降低了测温的经济和时间成本，并减少了对海洋生物的影响。

地震产生的原因是由于地壳在板块运动过程中的累积应力，当地壳无法继续累积应力时，地壳会破裂，释放出地震波。

地震波是指以地震为能量来源的波动，通常包括三种：实体波、面波、尾波。在这其中，实体波又包括三种：P波，即纵波，地震时使人或物上下颠簸的波;S波，即横波，使人左右摇晃;T波是一种短周期的纵导波。在海底与海面间以多重反射的形式传播。

这项研究成果所利用的就是T波。

T波传播速度对水温很敏感，两者之间成反比，水温越高，传播速度越慢。其实，这种波的速度对于盐度和电流运动也或有所反应，但是科学家指出，其对温度的变化是最敏感的。地震仪非常灵敏，足以发现非常小的时间差异，因此它能够确定远小于1℃的变化。

要计算温度变化，显然需要至少两次测量。这意味着需要一个与前一次震级几乎完全相同的地震，研究人员将其称之为“中继器”。不过，上面说过地震仪对轻微的波动都很敏感，因此，即便是震级很小的地震，也能作为参考。

为了验证他们的猜想，研究人员利用了一个地震测站的测量数据，该站在距离苏门答腊3000公里的印度洋上的一个小环礁Diego Garcia上。2004年至2016年，苏门答腊尼亚斯岛附近发生了4000多次3.0级以上地震。经过对比，他们在900次地震的基础上发现了2000组可用于对比的数据。

如果印度洋上的震中区域的温度上升到1摄氏度，那么地震产生的T波要花5.4秒才能到达这个地震测站。观测到的时间虽然比这个要小，但规律是一致的，既有一个年度周期，也有一个逐渐变暖的趋势。

研究人员最终测得这一地区的水温在十年内上升了0.044摄氏度。相比之下，自动探测器的浮标阵列(Argo)测得的升温为0.026℃，美国宇航局的ECCO数据集显示为0.039℃。利用地震波测得的数据与NASA的数据更为接近。

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从上图可以看出，三者的具体数值虽然有所不同，但是变化趋势是一直。三者对比并非要逐出优劣，而是证明“地震波”测量的可行性。