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

前不久，由中國(guó)地震局地球物理研究所承擔(dān)的南極長(zhǎng)城站地震臺(tái)改建任務(wù)圓滿完成，新一代長(zhǎng)城站地震臺(tái)正式運(yùn)行，標(biāo)志著中國(guó)在南極進(jìn)行地震觀測(cè)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(cè)是我國(guó)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(zhǎng)城站地震臺(tái)，一直承擔(dān)著中國(guó)在南極的地震觀測(cè)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(chǎng)？就讓兩代參與過(guò)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(wàn)年來(lái)，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(chǎng)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(guó)際地球物理年期間，世界上集中了12個(gè)國(guó)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(cè)。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(guó)第二次南極科考的中國(guó)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(guó)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(guó)南極長(zhǎng)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(guó)南極長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)城站所在的喬治王島是一個(gè)低氣壓地區(qū)，與我國(guó)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(wàn)變，有時(shí)一天會(huì)出現(xiàn)一年四季的天氣過(guò)程，晴空萬(wàn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhēng)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(guó)地震局地球物理研究所《地震監(jiān)測(cè)志》中提及：“南極開展地震地磁觀測(cè)，成為中國(guó)固體地球物理科學(xué)界走向全球地震地磁觀測(cè)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(guò)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(guó)南極長(zhǎng)城站地震臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觀測(cè)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(wú)地震”一說(shuō)并不準(zhǔn)確。

在普通人看來(lái)，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(wàn)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(cè)。其實(shí)不然，人類經(jīng)過(guò)200多年堅(jiān)持不懈的探索，隨著對(duì)南極考察的深入，越來(lái)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(cè)也不例外。

自20世紀(jì)70年代末以來(lái)，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(guó)家紛紛設(shè)立了永久或流動(dòng)的地震及火山觀測(cè)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(guó)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(guó)家合作，聯(lián)成一組遙測(cè)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(guó)全球地震觀測(cè)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(chǎng)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(guó)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(lái)一項(xiàng)南極科考新發(fā)現(xiàn)：長(zhǎng)城站地震臺(tái)的觀測(cè)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(cè)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(shuō)。

臺(tái)站“改頭換面”能力強(qiáng)

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

但近年來(lái)，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(zhǎng)期受到南極地區(qū)極端災(zāi)害性天氣影響，長(zhǎng)城站地震臺(tái)觀測(cè)房受損嚴(yán)重。

“特別是去年3月，長(zhǎng)城站遭遇罕見大風(fēng)，地震臺(tái)觀測(cè)房損毀嚴(yán)重。”常利軍說(shuō)，恢復(fù)并改善南極地震觀測(cè)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(zhǎng)城站地震臺(tái)站改建項(xiàng)目被列入中國(guó)第35次南極科考任務(wù)。2018年12月，常利軍隨中國(guó)南極科學(xué)考察隊(duì)赴長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)房地基的開挖澆筑等工作，并布設(shè)了新購(gòu)置的極地版低溫寬帶地震儀。

要知道，地震臺(tái)位于距離長(zhǎng)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(cè)房運(yùn)上去，對(duì)常利軍和他的隊(duì)友們來(lái)說(shuō)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(zhǎng)期無(wú)人值守情況下的正常運(yùn)行。”常利軍說(shuō)。

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