大烟山下的一台不起眼的地震仪可能是世界上最好的地震仪之一

在田纳西州汤森的地下深处，距离大烟山国家公园仅一箭之遥的一个蜿蜒洞穴系统的黑暗角落里，一个技术奇迹坐落在一个自然洞穴中：AS107，世界上最灵敏的地震仪之一（如果不是最灵敏的话）。

如果你是每月参观洞穴的数千名游客之一，你可能甚至不会意识到它在那里。一个不起眼的金属盒子放在主步道外的天然架子上，藏在阴影中。唯一能让人感觉到这种敏感机器位于黑暗通道中的东西是连接读出站在游客中心角落默默记录数据。

但塔克利奇站对热情的地质学家来说不仅仅是一个外围的旅游景点：它是美国地震活动的脉搏，也是国家和国际安全的重要设备。

寻找完美的洞穴

20 世纪 30 年代，比尔·瓦南达 (Bill Vananda) 和哈里·迈尔斯 (Harry Myers) 两个孩子带着煤气灯和冒险精神首次潜入洞穴深处。他们把洞穴变成了如今的景点，但洞穴主人本杰明·瓦南达 (Benjamin Vananda) 却成了前台的常客。本杰明·瓦南达 (Benjamin Vananda) 操着南方口音，是个语速很快的地质爱好者，也是瓦南达的孙子，他随时准备并热切地谈论地震的一切，从地震仪开始。

洞穴内的箱子被称为 SEISMICTKL 或 AS107（辅助地震站 107），具体取决于有六个或更多组织在监控它所收集的数据，第二个“S”被明智地从首字母缩略词中去掉了。“我们的数据流是所有地震站中最一致的，”瓦南达说。“它几乎可以捕捉到任何震动地面的东西。”

与大多数地震仪一样，AS107 可以捕捉地壳变化并记录每次地震的独特频率特征。如何做到的？地震波以同心圆的形式在全球各地传播，传播距离越远，地震仪检测到的频率就越低。例如，在田纳西州的地震仪上，源自印度尼西亚的地震会被读成低频，这尤其在与世界各地的其他地震仪结合使用时，有助于确定地震的起源。

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瓦南达将这些信号比作向池塘扔石头产生的涟漪：涟漪离源头越远，范围就越广、越柔和，最终消散成微弱的声响。AS107 的灵敏度足以捕捉到中国海滩上拍打的海浪。虽然这些声音很微弱，但会被记录下来。

它还探测到了离我们很近的干扰，比如当地的山体滑坡和采石场爆炸，以及 2018 年田纳西州玛丽维尔发生的神秘轰隆声，一些消息来源认为这可能是一场小地震。更广泛地说，它探测到了世界各地的核试验和爆炸。

然而，塔克利奇洞穴的地震站最初并不是核监测设备。第一台机器安装于 1978 年，当时田纳西流域管理局想要监测新建水坝排出的水对该地区板块的影响。

田纳西地震信息中心（TEIC，现为地震研究与信息中心）的格雷格·施泰纳和吉姆·佐尔维格负责选择第一个观测站的位置。他们在一次勘察旅行中发现了酒店附近一则关于该景点的广告，于是选择了洞穴。

“洞穴是理想的地方，”斯坦纳回忆道。当时田纳西州东部没有很多监测站，洞穴可以提供更清晰的读数，因为它可以防风——这是阿巴拉契亚山区的一个显著问题。地下监测站也意味着交通或施工对监测站的干扰更小。

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当他们安装好整个设备并接线后，TEIC 团队意识到这个场地有多么完美。正如施泰纳回忆的那样，佐尔维格惊呼道：“哇，这是一个安静的场地！我从未见过如此安静的场地。”

这些洞穴足够深，可以减少工厂、铁路和州际公路等人造噪音的影响，而这些噪音甚至都不在附近。此外，地震仪安装在古老的石灰岩基岩上，可以清晰地读取自然活动，具有极好的混响，不会降低地震振动。此外，它远离海岸，因为风和海浪会影响数据。

它也始终保持低温。“Tuckaleechee 的传感器和数字化仪安装在一个洞穴内，洞穴内全年温度恒定在约 59 华氏度，这有利于提高地震测量的精度，”全面禁止核试验条约 (CTBTO) 波形首席分析师 Paulina Bittner 解释道。“温度变化是仪器噪声的一个来源。”

地震仪的演变

最初的塔克利奇台站是一台纸笔式记录仪，可以像唱片一样记录地震活动。当地球移动时，安装在框架上的金属针会在覆盖着烟灰的纸张（称为烟纸）上刻下其运动的记录。

但让洞穴的共同所有者 Vananda 和 Myers 定期处理、运送和设置烟熏读数器却很困难。虽然这不是一项艰巨的工作，但洞穴只在阵亡将士纪念日至劳动节期间开放，这意味着没有人在附近给纸加烟灰、更改记录并将它们邮寄到田纳西大学。在淡季，装置被转移到 Myers 后院的一个洞里。

地震仪被笔墨版技术所取代。笔墨版技术虽然不那么准确，但操作起来更省时——它是一种只测量地壳活动上下运动的单组件系统——1981 年，TEIC 购买了一条专用电话线，用于向大学发送连续读数。

1995 年，田纳西大学诺克斯维尔分校接管监测工作后，该技术再次升级。新工具是一种宽带探测器，可以放大更远距离事件的高频。当地地质学家注意到该地点非常安静，并建议禁核试组织对其进行监测。

美国政府热衷于监视其他国家的核试验。2006 年 6 月，升级后的三分量站（使用三个摆锤测量地震波在垂直和水平方向（即三维空间）的全范围移动）获得认证并连接到国际监测系统（一个全球监测站网络）。从那时起，它就一直通过卫星向美国政府、全面禁核试组织等发送连续数据（每 300 毫秒一次）。

谁监视地震观测员？

因此，该站对国际安全具有重要意义。据 Bittner 介绍，大部分数据用于检测可能违反《全面禁止核试验条约》的行为、确定这些事件的发生地点，并描述其震源，以帮助自动筛选出地震等自然事件。

事实上，Bittner 表示，去年 AS107 的数据有助于探测 450 起事件并精确定位 100 起事件。其中三起事件是朝鲜在 2016 年和 2017 年宣布的核试验。

塔克利奇站的地震数据还可以帮助地质学家评估地球内部结构和源自那里的灾害，如地震灾害地图和概率。它可以探测和记录 1,000 英里以外的小地震，这可能有助于科学家、地质学家和地震学家更多地了解这些自然事件，并警告处于危险中的社区即将发生海啸。

所有这些都来自田纳西州一个简陋的洞穴。