探索地球

格雷格·範德文克希望“地球透鏡”專案能夠產生關於斷層和板塊的前所未有的資料。它可能會像人類基因組測序對生物學所做的那樣,為地球科學帶來變革。

“地球透鏡”專案啟動兩年,已投入3700萬美元,就像一支年輕的小聯盟球隊在第二局比賽中打成平手——隊員們仍在學習如何協同工作,家長們則在密切關注。但比賽才剛剛開始。

充滿激情、拍著胸脯保證的教練是格雷格·範德文克,一位受過訓練的地球物理學家,普林斯頓大學的客座教授,也是有史以來最雄心勃勃的地球科學專案的首任專案主管。如果成功,“地球透鏡”專案將以前所未有的細節水平和資料可訪問性,測量美國本土和阿拉斯加下方地球的運動和變形。希望對塑造環境的力量有更清晰的瞭解,能夠轉化為對地震和火山災害的更好評估,以及對國家自然資源更精確的認識。

在綜合地震學研究機構聯合會 (IRIS) 的六月會議上,我見到了 48 歲的格雷格·範德文克——同事們稱他為 GVDV,這是一個由大學和研究機構組成的聯盟。我請他用一個體育類比來解釋“地球透鏡”專案。“我想知道是否會提到這個,”他笑著說。範德文克第一次在國會作證——那是 1980 年代中期,他作為一名剛從研究生院畢業的國會研究員——一位參議員建議他用體育類比在三分鐘或更短的時間內解釋一切,因為你只有這麼多的時間來陳述你的理由。現在,體育類比已經成為他普林斯頓大學學生的期末考試的一部分。


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毫不奇怪,範德文克希望他的學生在科學和政治方面都具有素養。除了國會研究員的身份外,他還曾擔任國會和比爾·克林頓總統關於核武器控制和條約核查的顧問,以及外交關係委員會的評審員,以改進科學資訊在制定國際政策中的應用方式。

在國會山工作之後,範德文克擔任 IRIS 主任 14 年,期間他參與了“地球透鏡”專案的初步規劃過程。他和他的同事們想要找到一種方法來填補地球科學中的資訊空白,以更高的解析度更深入地觀察地球。如今,地球科學家主要依賴地震資料,這些資料只有在儀器數量有限且靠近震源地點時才能收集到——這種情況在某種程度上取決於偶然性。或者,他們偶爾進行主動源實驗,即產生和記錄聲波——這種情況在某種程度上取決於資金。

由來自 50 多所大學和十幾個州和聯邦機構的數百名地球科學家參加的近十年的討論和研討會,最終促成了“地球透鏡”專案的提案,該提案於 2003 年獲得國會資助。“這將改變地球科學的未來,”範德文克宣稱。“‘地球透鏡’專案將為未來十年提供新的資料來源。”他補充說,“未來,這可能不再是一門受[缺乏]資料限制的科學。”

當“地球透鏡”專案在 2008 年完成時,它的儀器網路將為地球科學提供公共資料,就像人類基因組測序工作為生物學所做的那樣。“地球透鏡”專案將收集三個尺度上的資訊。

在最小尺度,即斷層層面,是聖安德烈亞斯斷層深度觀測站 (SAFOD),這是一個四公里深的孔洞,鑽入舊金山以南 300 公里的山區。SAFOD 計劃於 2007 年完工,已在自 1857 年以來破裂七次的區域(包括最近 2004 年發生的 6 級帕克菲爾德地震)旁邊向下鑽探了 3200 米。8 月 2 日,鑽探到達斷層帶,科學家計劃在那裡安裝地震儀器並採集岩石和流體樣本。

在中等尺度,即板塊邊界層面,板塊邊界觀測站 (PBO) 將對美國西部和阿拉斯加沿線的地球緩慢變形進行成像和表徵。大約 1000 個全球定位系統 (GPS) 儀器將以網格狀模式安裝,從太平洋海岸邊緣到落基山脈,再從阿拉斯加到墨西哥(不包括加拿大)。這些儀器安裝在四條四米長的支腿上以保持穩定性,將與 GPS 衛星通訊以測量地球表面的運動。此外,175 個裝置將聚集在斷層帶和岩漿中心附近,以測量地表和深度的應變。工作人員於 7 月初完成了在阿拉斯加阿庫坦火山上安裝儀器的任務。[換行]

在最大的大陸層面,是 USArray,它由三個地震元件組成。第一個是“大腳怪”,一個由 400 個地震儀組成的移動網格,將在未來 10 年內橫跨美國。在每個足跡(覆蓋約四分之一的國家)內,400 個行動式地震儀的靈活陣列將在地球物理學上有趣的地方提供密集的儀器覆蓋。為了為“大腳怪”和靈活陣列提供參考資料,將在美國地質調查局維護的現有陣列中增加 43 個永久性地震臺站。一個“大腳怪”臺站位於華盛頓州阿伯丁附近的威什卡谷學校,學生們現在可以線上監控其資料收集。

範德文克幫助保持了三個元件接近計劃進度,並且沒有一個超出預算。然而,“地球透鏡”專案的未來仍然不確定。最初的計劃是分階段支付“地球透鏡”專案的費用:前五年 2 億美元用於建造和安裝儀器(2003 年至 2008 年);未來 10 年每年 1300 萬美元用於運營和維護設施,外加 1 億美元用於資助實際科學研究。國會在 2003 年批准了首批 2 億美元,但意外地推遲了對“地球透鏡”專案未來十年運營和維護資金的決定。

“如果未來沒有資金使用這些設施,我們對建造設施沒有興趣,”範德文克說,他承認資金在某種程度上超出了他的掌控範圍。“我們有一個團隊和結構來按時按預算交付‘地球透鏡’專案。” 他仍然樂觀地認為,他和他的同事們在 1 月份申請的 4000 萬美元將會到位,以啟動 2009 年“地球透鏡”專案運營和維護的第一年。

許多人對範德文克保持資金流動能力充滿信心。作為 IRIS 的負責人,範德文克透過聯邦和私人渠道獲得了額外的 5000 萬美元。“格雷格最擅長在國會山上描繪‘地球透鏡’專案的活動和潛力,”地球透鏡設施執行委員會的 USArray 代表索恩·萊說。

儘管他從未打算在科學和政治之間的世界工作,但範德文克承認這有點讓人上癮。“從智力上講,”他說,“[在國會]的工作最具挑戰性,因為你必須找到不僅在科學上準確,而且在社會、政治和經濟上也能接受的解決方案。”

當他最終同意我的要求,用體育類比來描述“地球透鏡”專案時,資金和管理挑戰並不在他的描述之列。相反,他用決心回應了這種多學科的要求。“‘地球透鏡’專案需要培養下一代運動員,讓他們參加未來的十項全能比賽——而不是單項比賽,”他說。“未來在於全能型運動員。”

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