阿康艾克斯大奖聚焦下一代海底机器人新濠国际

2020-03-01 11:34栏目:科技中心

阿康艾克斯大奖聚焦下一代海底机器人

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大约20公里长的电缆被用来在海底测试一个被称为“光子地震学”的新概念。图片来源:《科学》

南极麦克默多湾的冰墙和洋底。最新的阿康艾克斯大奖呼吁在绘制洋底地图与探索洋底状况方面开拓创新。 图片来源:NSF

■本报记者唐凤

未探明的火山、未想象过的物种、未曾预料到的疾病治疗方式,科学家对它们有过很多猜想,但人们对95%的未经探索的海底却知之更少。现在,荷兰皇家壳牌公司和美国国家海洋和大气管理署合作,集资700万美元设立了阿康艾克斯大奖,他们表示希望通过提高新感应器发展、机器潜水能力以及其他技术,回答关于海底的一些问题。这个奖项12月14日在美国地球物理联合会上公布。

构成全球海底通信网络的光纤电缆,有一天可能会帮助科学家研究海底地震和隐藏在海洋深处的地质结构。

当宇航科学家谈及太空探索的难度时,海洋学家经常会予以快速反击。“我喜欢和宇航局的朋友谈这个话题。”马里兰州银泉市NOAA首席科学官Rick Spinrad在宣布这一决定的新闻发布会上说。Spinrad说,探索海洋比探索宇宙更难,因为海洋有着庞大的压力和严酷的化学环境,不能用无线电频路沟通,而且没有光线。

地球表面大约70%的面积被水覆盖,但几乎所有的地震探测器都设置在陆地上,地震学家很难监测那些波及海底并可能引发海啸的地震。不过,海底光纤电缆有望填补这一空白。这些电缆承载了全球互联网和电信通信,而通过寻找光信号的微小变化,科学家或可探测并定位地震。

因此,不仅大部分海底地图没有绘制,而且据估计60%~90%的海洋物种仍然不为人知。聚焦海洋发现的阿康艾克斯大奖旨在加速新技术研发,探索深海。事实上,这是为期10年的阿康艾克斯大奖海洋计划的一部分,也是5个与海洋相关的竞赛的第三项。与此前的奖项一样,新奖项的设计目的是让新的成员加入到海洋探索的进程中。

美国加州大学伯克利分校劳伦斯·伯克利国家实验室、蒙特利湾水族馆研究所和莱斯大学等机构的联合研究团队,描述了一项将20公里海底光缆改造成相当于10000个海底地震台的实验。在蒙特利湾进行的为期4天的实验中,他们记录了一次3.5级地震和水下断裂带的地震散射。相关论文近日刊登于《科学》。

“现在,探索成本在很大程度上和大型研究项目存在密切关联。”加州阿康艾克斯奖基金会生物学家和高级科学家Paul Bunje说,“仍然有很多创新机遇。”据悉,此次比赛将为期3年,分为两个阶段。有25个团队将参加第一阶段的比赛,即在水下2000米深处进行测试。在第二阶段,最终的10名获胜者将在4000米的水下深度检验探测设备。在海床绘制和高清数字图像方面得分最高的团队将赢得600万美元的奖金。

该研究负责人、莱斯大学地球物理学教授、伯克利实验室客座教授lindseyajo-franklin说:“这是地震学前沿的一项研究,也是第一次有人使用离岸光纤电缆观察这些类型的海洋信号或成像断层结构,有助于填补海洋这一全球地震学网络的空白点。”

《中国科学报》 (2015-12-17 第3版 国际)

未参与该研究的德国亥姆霍兹地球科学研究中心的philippejousset在相关评论文章中表示,lindseyajo-franklin等人描述的研究海底地震的方法——分布式声波传感,使发现之前未被识别的蒙特利湾断层成为可能。

改变游戏规则

该方法“可能会改变‘游戏规则’,针对海洋地区的更多观测可能会填补相当大的空白”。未参与该研究的科罗拉多大学地震学家annesheehan说。

“地震主要是由大块陆地板块运动引起的,此外,断层有时会输送富含矿物质的流体、石油、天然气和热水,从而为我们贡献了矿物和能源资源。”jousset告诉《中国科学报》,“不幸的是,科学家还不知道地球上所有的断层都位于何处,尤其是当它们位于城市或海底时,其运动可能会引发大地震和海啸。”

之前就有研究人员将目光聚焦在这根小小的电缆上。

这是一个意外发现。英国特丁顿国家物理实验室计量学家giuseppemarra主要负责欧洲实验室原子钟的连接。他依靠稳定的共振激光环路,测试了从特丁顿到雷丁79公里地下电缆的连接情况。结果发现,电缆附近的震动,即使是路面的交通噪声,都可以在不知不觉中弯曲线路。而这能够微弱地缩短或延长光的行程距离,从而使共振光束略微偏离相位。

当marra从2016年10月回顾数据时,他看到的不只是平均噪声量。事实证明,造成这一情况的原因是10月下旬意大利中部发生的5.9级和6.5级地震的局部影响。marra意识到这种噪声可能暗示了地震探测的新方法。

这种方法可以“照亮”新的断层结构,以及构造板块碰撞或断裂的区域。marra表示,如果光信号强度能显示地震的规模,它还可以帮助建立海啸预警系统。

建立海底地震网

此次,lindsey和莱斯大学教授jonathanajo-franklin在拥有光缆的mbari公司的craigdawe协助下领导了这项实验。这条电缆延伸到距海岸52公里的地方,是迄今为止第一个设在太平洋海底的地震监测站。

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