常利軍和隊(duì)友們承擔(dān)了南極地震臺(tái)改建工作。 (中國地震局地球物理研究所供圖)

林云芳向記者介紹在南極建地震臺(tái)的故事。

南極作為地球上唯一沒有人員定居的大陸，多年來吸引了眾多科學(xué)家來此探尋未知世界的奧秘。

前不久，由中國地震局地球物理研究所承擔(dān)的南極長城站地震臺(tái)改建任務(wù)圓滿完成，新一代長城站地震臺(tái)正式運(yùn)行，標(biāo)志著中國在南極進(jìn)行地震觀測的基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)質(zhì)量得到顯著改善

您知道嗎——南極也有地震臺(tái)。南極地震觀測是我國南極科學(xué)考察工作的重要組成部分，于1985年建成投入使用的長城站地震臺(tái)，一直承擔(dān)著中國在南極的地震觀測任務(wù)。那么南極會(huì)發(fā)生地震嗎?建在南極的地震臺(tái)將派上哪些用場?就讓兩代參與過南極科考的地震科學(xué)家為我們講述在南極建地震臺(tái)和地磁臺(tái)的故事。

開啟南極科考新篇章

南極是世界上最寒冷、暴風(fēng)雪最頻繁、風(fēng)力最強(qiáng)和最干燥的大陸，年平均氣溫為零下25攝氏度。幾千萬年來，這個(gè)地球的最南端常年被冰雪覆蓋，冰雪平均厚度已達(dá)2000米。

南極又是一個(gè)神秘誘人的地方。那里有純粹而原始的自然環(huán)境、豐富的自然資源、奇妙美麗的風(fēng)光，也是人類進(jìn)行科學(xué)研究的理想場所。

為揭開南極洲的神秘面紗，數(shù)以千計(jì)的科學(xué)家前赴后繼，直至上世紀(jì)50年代，才開啟了南極考察的新紀(jì)元。“在1957年到1958年的國際地球物理年期間，世界上集中了12個(gè)國家的1000多位科考人員，對(duì)南極進(jìn)行了為期一年的大規(guī)模綜合科學(xué)考察，開展了極光、地磁、宇宙線、氣象和大氣環(huán)境、地震等觀測。這次考察也使人們認(rèn)識(shí)到：南極洲是地球物理學(xué)家的天堂。”曾參與我國第二次南極科考的中國地震局地球物理所研究員林云芳回憶道。

1984年11月20日，我國首次赴南大洋、南極洲進(jìn)行科學(xué)考察，考察隊(duì)于翌年的2月15日向全世界宣布：中國南極長城站勝利建成。1985年11月，第二次南極科考中，“地震和地磁”被列入了科學(xué)考察項(xiàng)目，并確定建立中國南極長城地震臺(tái)和地磁臺(tái)。林云芳也踏上了前往南極的征程，但真要開展南極實(shí)地考察并非易事。

去時(shí)帶了28個(gè)大箱子，裝滿了地磁和地震觀測儀器，建設(shè)南極地震臺(tái)站的重?fù)?dān)落到林云芳一個(gè)人身上。長城站所在的喬治王島是一個(gè)低氣壓地區(qū)，與我國西藏地區(qū)相仿，初到該地的人連走路都喘得厲害。在林云芳的印象里，南極的氣候瞬息萬變，有時(shí)一天會(huì)出現(xiàn)一年四季的天氣過程，晴空萬里之后即刻飛沙走石，棉花狀的飛雪中夾雜著冰雹，一天之內(nèi)積雪可達(dá)1米厚，最大風(fēng)力有12級(jí)。

短暫的科考期間，林云芳經(jīng)歷了很多：從剛到長城站時(shí)搭起的野外帳篷很快被狂風(fēng)刮倒，到目睹因惡劣天氣，一架旅游飛機(jī)在長城站附近的冰山失事。“我們自己建地震臺(tái)、地磁臺(tái)、地震地磁記錄室，必須克服天氣因素，爭取時(shí)間，才能多獲取南極的地震地磁數(shù)據(jù)記錄。”

正如中國地震局地球物理研究所《地震監(jiān)測志》中提及：“南極開展地震地磁觀測，成為中國固體地球物理科學(xué)界走向全球地震地磁觀測科技舞臺(tái)的里程碑。”

南極是否有地震

一旦在網(wǎng)上搜索“南極有地震嗎”等類似問題時(shí)，常常會(huì)得到這樣的解答——“地震幾乎遍于世界各地，包括陸地和海洋，但南北兩極地區(qū)卻從未有過任何地震的記錄。這一奇特的地質(zhì)現(xiàn)象是地質(zhì)學(xué)界的一個(gè)謎。”

實(shí)際上，謎底早已揭曉。第二次南極考察度夏期間，地震臺(tái)站獲得了1986年2月25日至3月25日的地震記錄資料。一個(gè)月內(nèi)，共記錄到兩次3至4級(jí)近震、4次遠(yuǎn)震;此外，中國南極長城站地震臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觀測后，從2010年底至2011年底，數(shù)字化寬頻帶地震記錄儀還捕捉到發(fā)生在南極地區(qū)的百余次地震，其最大震級(jí)達(dá)里氏4級(jí)左右，最小震級(jí)約為0.5級(jí)。可見“南極無地震”一說并不準(zhǔn)確。

在普通人看來，南極是位于地球一隅孤僻獨(dú)立的冰雪大陸，與我們生活的綠色世界隔著千山萬水，似乎沒有必要開展大規(guī)模科學(xué)考察活動(dòng)甚至是地震觀測。其實(shí)不然，人類經(jīng)過200多年堅(jiān)持不懈的探索，隨著對(duì)南極考察的深入，越來越認(rèn)識(shí)到南極洲與人類生存和發(fā)展密切相關(guān)，地震監(jiān)測也不例外。

自20世紀(jì)70年代末以來，南極地區(qū)曾發(fā)生火山噴發(fā)，并伴有大量小地震。因此，許多在南極有基地的國家紛紛設(shè)立了永久或流動(dòng)的地震及火山觀測臺(tái)網(wǎng)。

“南極地震臺(tái)可以記錄到發(fā)生在世界各地的大地震和南極地區(qū)的小地震及火山活動(dòng)。由于所處的特殊地理位置，這些資料對(duì)研究全球地震、中國地震、南極地區(qū)小地震和火山的成因機(jī)制等都十分重要。”林云芳表示，如果能與周圍基地的國家合作，聯(lián)成一組遙測記錄臺(tái)網(wǎng)，還可利用這組臺(tái)網(wǎng)記錄的資料探究南極大陸地殼和地幔的深部結(jié)構(gòu)，助力我國全球地震觀測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

林云芳介紹，南極地區(qū)還是地磁極所在地。這里的地磁場變化要比中、低緯度地區(qū)復(fù)雜豐富得多，不僅可用于研究極區(qū)特有的各種地磁變化形態(tài)，還可用于研究極區(qū)電離層電流體系引起的全球范圍的地磁變化。

中國地震局地球物理所研究員常利軍則給經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者帶來一項(xiàng)南極科考新發(fā)現(xiàn)：長城站地震臺(tái)的觀測記錄顯示，南極洲南設(shè)得蘭群島地震雖然強(qiáng)度不大，但小震頻發(fā)，這給出了菲尼克斯微板塊向南設(shè)得蘭海溝俯沖仍然進(jìn)行著的地震學(xué)證據(jù);此外，還發(fā)現(xiàn)火山引起的小震尤為明顯，顯示近期一些海底火山活動(dòng)增強(qiáng)。“勘測到地球板塊的運(yùn)動(dòng)，可以追溯南極大陸如何形成等一系列地質(zhì)演化問題，為礦產(chǎn)資源的研究提供背景依據(jù)。”常利軍說。

臺(tái)站“改頭換面”能力強(qiáng)

長城站地震臺(tái)建成使用至今已走過34年，是我國南極科學(xué)考察工作的重要組成部分，對(duì)服務(wù)國家安全、推動(dòng)極地地震觀測科學(xué)發(fā)展、提升我國極地觀測和科學(xué)研究的國際地位具有重要意義。

但近年來，因地震臺(tái)初建時(shí)期所使用的材料和儀器裝備等技術(shù)原因，加之長期受到南極地區(qū)極端災(zāi)害性天氣影響，長城站地震臺(tái)觀測房受損嚴(yán)重。

“特別是去年3月，長城站遭遇罕見大風(fēng)，地震臺(tái)觀測房損毀嚴(yán)重。”常利軍說，恢復(fù)并改善南極地震觀測基礎(chǔ)設(shè)施和工作條件成為當(dāng)時(shí)非常急迫的任務(wù)——長城站地震臺(tái)站改建項(xiàng)目被列入中國第35次南極科考任務(wù)。2018年12月，常利軍隨中國南極科學(xué)考察隊(duì)赴長城站開始實(shí)施地震臺(tái)改建任務(wù)。

改建工作持續(xù)了兩個(gè)多月，在長城站多次統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，10余名后勤保障人員和科研人員齊心協(xié)力，克服了南極冰天雪地的極端氣候影響，利用站上裝載車、吊車、挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備，完成了老地震臺(tái)建筑垃圾分類清理、材料和設(shè)備的運(yùn)送、新地震觀測房地基的開挖澆筑等工作，并布設(shè)了新購置的極地版低溫寬帶地震儀。

要知道，地震臺(tái)位于距離長城站區(qū)南面500米的“八達(dá)嶺”山上。那里山高坡陡，冰雪很厚，如何將近3噸重的地震觀測房運(yùn)上去，對(duì)常利軍和他的隊(duì)友們來說是一個(gè)極大考驗(yàn)。

常利軍告訴記者，為防止車輛陷入厚厚的積雪中，他們不得不等到今年1月中旬山上的部分積雪融化，才利用挖掘機(jī)把運(yùn)輸路線上多余的積雪和巨石清理掉，開辟出一條簡易上山路，并在吊車、裝載機(jī)和挖掘機(jī)的相互配合下，最終將觀測房運(yùn)到了山上的地震臺(tái)。

“改建后的地震臺(tái)采用在極端環(huán)境下也能防潮、抗風(fēng)、抗壓的材料，極大保障了地震臺(tái)連續(xù)觀測的穩(wěn)定性;并具備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控能力和數(shù)據(jù)傳輸功能，可實(shí)現(xiàn)長期無人值守情況下的正常運(yùn)行。”常利軍說。

常利軍期待，未來地震科研工作者能夠立足于我國南極科考站，深入南極內(nèi)陸新增固定地震監(jiān)測臺(tái)站，使得地震觀測分布更加均勻。更重要的是，如果將南極地震臺(tái)的觀測數(shù)據(jù)與我國大陸地震觀測臺(tái)網(wǎng)所得資料結(jié)合，還會(huì)大幅提升我國地震監(jiān)測能力。

(新媒體責(zé)編：wb001)