在广阔而遥远的海底，地震监测站分布很少。这种稀缺性意味着，研究人员往往无法探测到引发海啸的地震的最初震动，也难以捕捉到像X射线一样穿透地球内部深处的地震波，这些地震波承载着地幔与地核结构的信息。但深海之下还存在另一种技术设施——承担全球互联网数据传输任务的光纤光缆。

近年来，研究人员一直尝试利用这些光缆补充海底地震仪的功能：通过监测在光纤中传输的光信号变化实现地震探测。如今，由美国诺基亚贝尔实验室研究人员牵头的团队，将这项技术推向了终极应用——他们把一条连接夏威夷与加利福尼亚、长达4400公里的通信光缆，改造成间距仅100米、约4.4万个地震监测站。

这项近日在美国地球物理联合会年会上公布的突破技术，有望开启地球内部成像和海洋监测的新时代。“这是我们一直期待的探测设备。”冰岛雷克雅未克大学的地球物理学家Vala Hj?rleifsdóttir表示。

在今年早些时候的测试中，这条太平洋光缆不仅捕捉到7月下旬发生在堪察加半岛的8.8级地震信号，还记录了随后海啸波的微弱信号，因为海啸波穿过海洋时对海底产生了轻微形变。“我们已经探测到多个地质事件。”该项目负责人、诺基亚贝尔实验室光学传感工程师Mikael Mazur指出。今年9月，研究团队已将早期探测成果以预印本形式发布在arXiv平台。

这项新技术基于英国国家物理实验室的计量学家Giuseppe Marra开发的方法——他在本世纪初期设计了一种让激光脉冲与互联网数据传输共存的技术。不过，瑞士苏黎世联邦理工学院的地震学家Andreas Fichtner认为，该方法的灵敏度以及能否产出可用数据，仍有待验证。“仅仅记录到信号是不够的，这是一项高精度科学研究。”

该技术的核心是分布式声学传感（简称DAS）。这是一种光纤传感技术，科学家已在陆地上用它探测火山与冰川的震动。当光穿过玻璃纤维时，会被随机分布的缺陷反射。当声波或压力波穿过光纤时，会挤压或拉伸这些缺陷，导致缺陷反射回光缆起点的光产生相位偏移。通过测量这些偏移，光纤就能转化为密集的应变监测阵列。

原理虽已成熟，但海底光缆存在一个问题：每隔约75公里就会有一个中继器。中继器的作用是放大光信号，确保其能跨洋长距离传输，但同时也会削弱光纤沿途微弱的反射光信号。

Mazur团队发现，每条光缆中的光纤束就像分开的高速公路：光在一些光纤上向外传播，在另一些光纤上返回。而每个中继器都设有一个“环路”结构，用于监测光纤健康状况，其功能相当于让光信号“跨越车道中线”，在返回方向的某条光纤中传输。

研究团队意识到，这些内置的旁路使研究人员能够沿着返回的光纤发送每一段的缺陷反射，在那里它们会被中继器放大，而不是被输出的光纤阻挡。团队表示，借助复杂的计算技术，即使是光缆最远端的反射信号也能被捕捉到。这实际上相当于构建了一个跨洋的密集二维地震监测阵列。

对于迫切需要这类数据的科学家而言，他们不需要专用光缆，只需一台激光设备，以高于互联网数据传输的频率“搭载”在商用光缆上即可。“这项技术的精妙之处在于，它能在现有老旧光缆上运行，无需投入数亿美元资金。”研究合著者、美国Seismics Unusual公司的地球科学家Martin Karrenbach指出。他是推动DAS技术发展的核心人物之一。

不过Fichtner担忧，向科学界推广这项技术并非易事。军方可能会提出反对，因为光纤传感器可能探测到潜艇活动；出于安全考虑，电信公司或许不愿向科学家透露光缆的精确位置。如果研究人员必须签署保密协议才能知晓光缆位置，其他科学家将难以复现相关研究成果。“这些后勤与政策层面的问题，可能比技术问题更难解决。”他说。

尽管如此，德国地学科学研究中心的地球物理学家Verónica Rodríguez Tribaldos认为，这项技术有望为长期被忽视的区域提供高分辨率监测数据，潜力十分诱人。这类传感器不仅能追踪鲸鱼活动、监测洋流，还能观测大洋中板块的张裂过程，或进一步厘清大洋热点区域的上升岩浆柱与地幔底部的连接方式。

超过100万公里的光纤光缆纵横交错于海底。图片来源：REUTERS/ROGAN WARD