海洋地震学 -海洋地震勘探电缆

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长须鲸的响亮叫声可以帮助研究海床结构。（图片来源：WILDESTANIMAL）

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撰文 | 斯蒂芬妮·帕帕斯（Stephanie Pappas）

翻译 | 龚聪

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在探测海底之下的地球结构时，科学家找到了一位不可思议的新帮手——长须鲸。长须鲸是20米~25米长的庞然大物，在水中，它们的叫声如同轰鸣的轮船引擎，即使在1000千米外也能听到。《科学》（Science）杂志上的一项新研究表明，这些声音可以帮助绘制海床下2.5千米范围内的地壳结构。

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海床成像系统通常使用大型气枪向下发送声波。声波穿透地壳，再反弹回到海床，并被海床上的仪器接收。通过分析声波信号，研究人员可以解析出它们经过的海床结构。但这样的调查耗资不菲，并且气枪产生的噪声也会对海洋哺乳动物产生负面影响。而这项新研究表明，长须鲸的声音或许可以派上用场。

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瓦茨拉夫 · 库纳（Václav Kuna，这项研究的共同作者）是捷克科学院地球物理研究所的地震学家，他说：“我们又多了一种获取海床结构信息的方法，这实在是太棒了。”

当时库纳还在美国俄勒冈州立大学，他在俄勒冈州海岸研究地震时，发现海底地震仪上的一些读数很奇怪。最后，库纳发现它们表示的原来是长须鲸的声音。美国华盛顿大学的海洋地震学家埃米莉 · 罗兰（Emily Roland，并未参与这项研究）说，鲸的声音经常出现在这些仪器的记录中。地震学家通常不喜欢这些鲸的声音。但库纳注意到，有些声音出现在了海底地震仪上，却没有出现在麦克风记录的音频上。这表明，这些信号并非直接来自鲸；相反，它们是从地壳内部反弹回来的声波。

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要使用鲸的声音进行地壳成像，库纳首先需要确定鲸的大概位置。为此，他计算了长须鲸每次发声产生的两种声波到达海底地震仪的时间 ：第一种是直接到达海底地震仪的声波，第二种则经由海床和海表反射，并最终到达地震仪。

美国华盛顿大学海洋地球物理学家威廉 · 威尔科克（William Wilcock，并未参与这项研究）说，长须鲸发出的叫声响亮，频率为每秒一次，相较于连续的声音来说，更易于分析。他还指出，除了冰雪覆盖的北极地区，海洋中几乎任何地方都能发现这些鲸，因此很多海域的海床成像都可以利用它们的声音。

库纳说，这项新技术也有局限性。与气枪冲击波相比，长须鲸的声音频率范围较窄，因此产生的海床图像没有那么清晰。另外，只有在相对平坦的海底，我们才能仅用一台地震仪就确定鲸的位置并使用它们的声音。在海底坡地或山区等地区，必须使用更多的地震仪。

尽管如此，罗兰表示，普遍存在的鲸的声音意味着，我们或许可以在历史地震数据中获取新发现。并且，测量鲸的声音对其他学科也有益处。例如在气候学中，鲸的声音可以让我们更好地估计海底沉积物中的碳储量；在地震学中能够用以精确地确定地震位置和监测断层等。

“鲸的声音不仅是免费的，而且始终都存在，”库纳说，“如果我们至少能将鲸的声音作为其他信号的补充，这将是一场双赢。”

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