海底的细节映射远不如火星表面。来源：美国地质调查局/科学摄影库 海洋深处是科学探索的终极边界之一。科学家们对海底的视觉调查还不到0.001%，然而，海洋学对于理解气候、生态系统和地球深层过程（包括地震及其引发的海啸）至关重要。如今，先进的钻探技术、地震传感器以及将深海电缆转换为巨型地震监测网络的方法等新兴技术正在准备揭开这些神秘面纱。《自然》杂志探讨了一些这些工具的工作方式以及它们可能帮助回答的地球科学问题。 映射地幔 板块构造是由对流驱动的，或称地幔的搅动——地壳下方大部分是固体岩石的层，占据了地球体积的80%以上。但地幔内部的地质运作仍然主要是个谜。研究人员已开始通过测量不同岩石密度如何影响地震波的传播来绘制对流过程——使用可以运行一年以上的海底地震仪（OBS）。OBS研究帮助显示，地幔岩石的运动“就像熔岩灯”，伦敦大学学院（UCL）的地震学家安娜·费雷拉说。“想象一个煮糖浆的锅，但不同类型的糖浆有不同的密度，”她说。特别热的“羽流”（比周围地幔更热的固体地幔岩）会在中洋形成火山链，比如冰岛或夏威夷群岛。研究人员使用海底地震仪，如图所示，正在将其放入水中，以研究地球的地幔。来源：NASA图片集/Alamy 1990年代的开创性研究集中于太平洋，但科学家们现在正在将研究扩展到其余海洋。一项名为UPFLOW的项目目前正在分析费雷拉及其合作者在亚速尔群岛、加那利群岛和马德拉周围部署的OBS的数据。在一个独立项目中，团队展示了海底工具如何在危机中帮助科学家。2022年3月，亚速尔群岛的火山圣乔治岛经历了一场地震风暴，人们担心即将发生喷发。费雷拉和她的合作者迅速在岛周围设置了六个OBS，以绘制火山下的岩浆活动。最后，没有发生喷发。“岩浆达到距离地表一公里的地方。然后它停滞不前，”研究的共同作者、UCL地震学家斯蒂芬·希克斯说。 钻探深入地幔 最终，科学家们希望了解地球的深度：一个重大的挑战是钻穿地壳的下边界——称为莫霍洛维奇不连续面——并首次采集到底层地幔的原始样本。研究人员对一艘新的海洋研究船充满期待——中国的“梦乡”，意为“梦”，将在2024年底下水——有望首次直接采集地幔样本。“梦乡”装备有钻探能力，可以钻探达11000米的深度——超过目前任何科学船只的深度。荷兰乌得勒支大学的古海洋学家彼得·比尔在2024年晚些时候的广州Workshop上被邀请参观这艘船，并对船上的实验室和设施印象深刻。“它拥有一艘船可以需要的一切，甚至更多，”比尔说。 使用水听器检测海啸 海啸可以从海洋的一端开始，并在另一端造成广泛的破坏。英国卡迪夫大学的应用数学家乌萨马·卡德里及其合作者开发了一种基于海洋的技术，预测海啸是否会造成破坏及其位置，提前几个小时预知海啸的波浪会袭击陆地。他们的方法依赖于水听器或水下麦克风，它们能探测到在海啸发生点产生的低频声音。卡德里和他的合作者创建了一个数学模型，利用水听器的数据模拟海啸波如何在全球传播。“该软件的优势在于能在不到30秒的时间内进行全球计算，”卡德里说。关键的是，水下声音的传播速度是海啸本身的三倍，因此它们可以在海啸到达之前几个小时到达水听器。这可能为当地当局提供珍贵的时间，以撤离低洼沿海地区的居民。