穿越深海的地震声波可能成为一种新的温度计

地球物理学已经表明，精确的测量和少量的建模可以产生奇迹，比如向我们展示地球内部的详细结构，尽管它难得地埋在数百公里的岩石下面。这是可能的，因为地震产生的地震波在穿过不同的材料时会微妙地改变速度或方向。一篇新的论文表明，类似的东西实际上可以测量深海的微小温度变化。

使用人造源声波的想法实际上在几十年前就提出了，但经过一些试验后就夭折了。多伦多大学(University Of Toronto)吴文博(音译)领导的一个团队意识到，可以以同样的方式利用地震，消除了不断引发围栏测量的昂贵后勤费用，以及对海洋生物影响的担忧。

实际上，地震释放的地震波有几种类型，每种类型的表现都略有不同。P波(P代表“初级”，因为它是第一个到达的)类似于声波，因为它压缩岩石的方向与它行进的方向相同。因此，当这种波到达海底或地面时，岩石的行为就像一个巨大的扬声器，在空气或水中产生非常低频率的声波。

同样的过程也可以反向进行。假设在离海岸线不远的海底下面发生了一场地震。海底运动可以产生声波，穿过洋盆，重新进入相对海岸的海底岩石。这实际上是地震仪可以检测到的极晚到达的振动-因为波在水中的传播速度比在岩石中慢得多。当它在第一次和第二次地震波之后出现时，这个奇怪的声波散布波被称为第三次或T波。

T波的传播速度对水温很敏感，温度越高，它的传播速度就越慢。(让事情稍微复杂化的是，它对盐浓度或电流运动的变化也略有敏感，但研究人员表示，温度效应占主导地位。)。地震仪的灵敏度足以检测到非常微小的时序差异，因此它能够测量远低于1°C的变化。

但要计算变化，显然至少需要两个测量值。这意味着你需要一场与之前的地震几乎相同的地震--研究人员称之为“中继器”。然而，这些地震并不一定非得很大，所以这并不像你想象的那么困难。

为了证明这是有效的，研究人员在距离苏门答腊岛约3000公里的印度洋小环礁迭戈·加西亚(Diego Garcia)上使用了一个地震仪测站。那里的构造板块边界非常活跃，因此不乏地震可供研究。2004年至2016年，苏门答腊岛尼亚斯岛地区附近发生了4000多次3.0级或更高级别的地震。研究人员仔细处理了所有这些事件，以找到足够相似的中继器来进行温度计算。他们在900次地震的基础上发现了2000多对这样的对。

如果印度洋的这一部分变暖1摄氏度，这些地震的T波到达地震仪的时间将延长5.4秒。观察到的变化比这要小，但它们是连贯的-既有年度周期，也有逐渐变暖的趋势，看起来与其他更传统的数据集相似。

不过，这种“地震海洋测温”计算出的趋势略大一些。研究人员将其与自动ARGO浮标阵列的估计值和NASA的ECCO数据集进行了比较，后者结合了来自不同来源的数据。在同一时期，阿尔戈地区显示出每十年0.026摄氏度的变暖趋势，而东太平洋地区则显示出每十年0.039摄氏度的变暖趋势。地震估计为每十年0.044摄氏度。

这并不是要宣称一个评估是最好的，而是要证明这项技术似乎是有用的。以完全独立的方式测量温度变化本身就很有价值。例如，它不依赖于浮标有限数量的点测量，而是将整个水体积的平均温度变化进行积分。这是独一无二的。

它还测量了更深的海洋部分，这部分较难进入，该深度可能在某种程度上可以根据您使用的T波的特定频率进行调整。

研究人员提到，利用较小地震的优势，水下麦克风(水听器)可能会更灵敏。(已经有一系列水听器支持禁止核试验条约。)。但也许这里最有趣的事情是，现有的地震仪数据可以用这项技术来检测。因此，有了明确的方法，就有可能去寻找历史上的衡量标准，而不仅仅是未来的衡量标准。而且，在不部署新仪器阵列的情况下获取数据通常比部署新仪器阵列便宜得多。

事实证明，如果你的仪器足够精确，并且你知道如何使用它们，物理学可以告诉你很多东西。