全球暖化速度有多快?「地震聲波」可以告訴我們答案

透過地震,人類可以了解全球暖化的程度。加州理工學院(California Institute of Technology)與中國科學院合作,在印尼海域執行長達 12 年的地震聲波量測海溫實驗,證實了該方法的可行性。研究團隊將論文發表在《Science》期刊上。

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地震會產生聲波,可藉由速度變化計算海溫

溫室氣體會將熱量保留在地球上,產生所謂的溫室效應,而那些保留的熱量,高達 90% 被海洋吸收,因此科學家也會以海洋溫度變化作為暖化指標。

目前科學家主要使用探測船與衛星觀測海洋溫度,然而探測船只能量測特定地點的海洋溫度,範圍很小;衛星的觀測範圍比較廣,但僅能量測到淺層的海溫。目前人類最精準的海溫探測器為 Argo,它可以量測到水下 2000 公尺的溫度,然而全球只有大約 4000 個 Argo,觀測範圍很有限。

早在 1979 年,科學家就有用聲波量測海溫的想法。由於聲波的傳播速度會隨著溫度改變,因此能透過聲波的時間差計算海溫。當時的作法,是在海中置入聲波產生器,並在陸地上設置感測器,但是聲波產生器的成本很高,而且人工聲源也有干擾海洋生物(例如海豚)等疑慮,因此沒有被廣泛採用。

然而「地震」也會產生聲波。這種波不是震波,而是一種低頻率的聲波,會透過海水傳播。論文第一作者,加州理工學院博士後地質物理研究員 Wenbo Wu 認為,地震聲波能成為量測海溫的方式。

地震聲波沒有深度限制,能填補傳統觀測方式的缺口

因此在 2004 年,研究團隊前往印尼的 Nias,進行長達 12 年的地震聲波觀測實驗。Nias 位於印澳板塊與巽他板塊的交界。在 2004 到 2016 年間,研究團隊蒐集 4,272 比規模超過 3.0 的地震資料,其中 2,047 對地震有相同的震源,透過比對相同震源的地震聲波差異,研究團隊計算海水溫度的變化。

研究團隊發現,該海域以每 10 年增加華式 0.08 度(攝氏 0.044 度)的速度增溫,高於 Argo 探測器量測的華式 0.047 度(攝氏 0.026 度)。研究團隊表示,Argo 受到量測深度等限制,地震聲波的準確度較高。此外,Wu 認為,雖然華式 0.08 度與 0.047 度之間的溫差不大,但海洋是龐大的水體,就算溫度僅微小增加,吸收的熱量還是很驚人。

夏威夷大學諾阿分校(University of Hawaii at Manoa)的海洋學家 Bruce Howe 表示,研究人員也能夠過歷史地震資料,追朔過去的海溫變化。然而 Howe 認為難度很高,因為過去的地震儀並沒有現在的精確。

目前學界也在研究收集地震聲波的方式。普林斯頓大學地質物理學家 Frederik Simons 正在執行地震監測專案 MERMAID,將水聽器整合到現有的海洋監測儀器中。但該做法的最大挑戰在於準確定位儀器。Wu 表示,若能破除這些障礙,就能填補 Argo 與衛星的觀測缺口,讓海溫觀測更準確,更能了解全球暖化的狀況。

參考資料

Science》、《Scientific American》、《BBC News

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:PIXNIO CC Licensed

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