agu发表论文

科学家们已经发现了2021年神秘的海啸的源头，它在全球范围内掀起了波澜。2021年8月，一场7.5级的地震在南桑威奇群岛附近发生，由此造成了一场波及全球的海啸。震中在地球表面以下47公里--由于太深，现有的科学技术手段无法引发海啸--而断裂的长度接近400公里，而这应该会引发更大的地震。

地震学家感到困惑并试图了解那天在遥远的南大西洋到底发生了什么。

现在，一项新研究显示，这次地震并不是一个单一的事件，而是五次，是一系列分布在几分钟内的子地震。第三次地震是一次较浅的、速度较慢的8.2级地震，只发生在地表下15公里的地方。这个不寻常的、“隐蔽”的地震很可能是全球海啸的触发点。

这项研究发表在AGU杂志《Geophysical Research Letters》上，该杂志出版了短篇幅、高影响力的论文，其影响范围涵盖了地球和空间科学。

这项研究的论文第一作者、加州理工学院的地震学家Zhe Jia指出，由于南桑威奇群岛的地震很复杂，有多个次级地震，所以它的地震信号很难解释。8.2级地震被隐藏在纠结的地震波中，这些地震波在事件过程中相互干扰。隐蔽的地震信号并不清楚--直到Jia用更长的周期，即500秒来过滤这些波。只有在那时，长达200秒的地震才变得清晰，Jia称它占了地震期间释放的能量的70%以上。

“第三个事件是特别的，因为它是巨大的，并且无声，”Jia说道，“在我们通常看的（地震监测）数据中，它几乎是看不见的。”

预测复杂地震的危害可能很困难，正如南桑威奇群岛的地震所表明的那样。美国地质调查局最初报告的是7.5级地震，因为突如其来的海啸拍打着离其发源地长达10000公里的海岸，第二天才增加到8.2级事件。

Jia表示：“我们需要重新思考我们减轻地震-海啸危害的方式。要做到这一点，我们需要迅速和准确地描述大地震的真正规模以及它们的物理过程。”

由于这种类型的地震可能会导致意想不到的海啸，所以改进预测至关重要。

偷偷摸摸的地震信号

当地震发生时，它会在地球上发出振动波。全球地震监测网络利用这些地震波来确定地震的时间、地点、深度和震级。Jia称，常见的监测往往集中在短周期和中周期的波，而较长周期的波可能被遗漏。但即使将长周期纳入监测，就其本身而言，也不足以捕捉到地震信号杂乱的复杂地震。

“很难找到第二次地震，因为它被埋在第一次地震中，”Jia说道，“像这样的复杂地震很少被观察到......而且如果我们不使用正确的数据集，我们就不能真正看到里面隐藏的东西。”

Jia指出，一个简单的地震可以很容易地被定位和描述。但一个混乱的地震需要被仔细地分解成它的组成部分，这样才能找出较简单的复杂地震的独特组合。

对此，Jia及其同事开发了一种算法，以此在这些混乱的地震中分离出地震信号。通过将复杂的地震信号“分解”成更简单的形式，使用不同周期的波（从20秒到500秒长不等），该算法可以识别不同的次地震的位置和属性。这就好比一个拥有完美音调的人听到同时敲击的五个不和谐的音符，但却能识别每个单独的音符。

“我认为很多人对试图处理这样的事件感到畏惧。有人愿意真正挖掘数据来弄清楚，这真的很有用，”Earth Observatory of Singapore的地质学家Judith Hubbard（未参加这项研究）说道。

无论是Jia还是Hubbard，他们都认为，长期目标应该是能像我们可以检测简单地震一样自动检测这种复杂的地震。对于2021年的地震，海啸在到达海岸时已经很小了，并且这个偏远的火山岛的大部分永久居民是企鹅。但如果复杂的地震产生更大的海啸或在人口稠密的地区发生则就会造成重大危害。

据外媒报道，科学家称，大气中的氧气可能不是一种完全可靠的“生物信号”。在寻找其他行星上的生命时，一颗行星的大气中是否存在氧气是一种潜在的生物活动迹象，未来的望远镜可能会探测到这种迹象。 然而，一项新研究描述了这样一种例外情况：一颗围绕着类太阳恒星的没有生命的岩石行星可能会进化到大气层中有氧气。

对此，于2021年4月13日发表在《AGU Advances》的研究论文强调了下一代望远镜的需求，即这些望远镜除了探测氧气外还要能够表征行星环境并寻找多条线索的生命证据。

在未来的几十年里，也许到21世纪30年代末，天文学家希望能拥有一架望远镜，它能对类日恒星周围可能类似地球的行星拍摄图像和光谱。论文合著者、天文学家与天体物理学教授、加州大学圣克鲁兹分校(UCSC)Other Worlds实验室负责人Jonathan Fortney指出，他们的想法是将目标定位在跟地球相似到可能有生命存在的行星上并能描述出其大气特征。“关于探测到的氧气是否‘足够’成为生命的迹象已经有过很多讨论。这项研究确实说明了需要了解你的检测背景。除了氧气还有哪些分子被发现或没有发现，这对我们了解这个星球的进化有什么启示？”

这意味着天文学家将需要一个对波长范围很宽的望远镜，这样他们才能探测行星大气中不同类型的分子。

研究人员将他们的发现建立在一个详细的、端到端的计算模型上。该模型描述了岩石行星的演化过程--从它们的熔融起源开始，一直延伸到数十亿年的冷却和地球化学循环过程。研究人员通过改变模型行星中挥发性元素的初始库获得了令人惊讶的广泛结果。

当高能紫外线将高层大气中的水分子分解成氢和氧时，氧气就开始在行星的大气层中积累。轻量的氢会优先逃逸到太空中，留下氧气。其他过程则会从大气中除去掉氧气，比如熔融岩石释放出的一氧化碳和氢气会跟氧气反应，岩石的风化也会吸走氧气。这些只是研究人员在他们的岩石行星地球化学演化模型中纳入的几个过程。

研究论文第一作者Joshua Krissansen-Totton则指出：“如果你用我们认为的最初的挥发物库存来运行地球的模型，那么你会可靠地得到每次相同的结果--如果没有生命你就不会在大气中获得氧气。但我们也发现了在没有生命的情况下也能获得氧气的多种情况。”

比如一颗跟地球类似但一开始就拥有更多水的行星，其最终会形成很深的海洋从而给地壳带来巨大的压力。这有效地停止了将从大气中除去氧气的地质活动如岩石融化或风化。

在相反的情况下，当行星开始时只有相对少量的水时，最初熔化的行星的岩浆表面可以迅速冻结，而水仍留在大气中。这种“蒸汽大气”在上层大气中注入了足够的水，当水分解、氢逸出时则就可以积累氧气。

第三种可能导致大气中出现氧气的情况是，有一颗行星在其他方面跟地球相似，但一开始二氧化碳跟水的比例比地球更高。这就导致了失控的温室效应，此时，温度过高从而导致水无法从大气中凝结到这颗星球表面。

Krissansen-Totton说道：“在这种类似金星的情况下，所有的挥发物都是从大气中开始的，只有很少的挥发物留在地幔中被释放出来并吸收氧气。”

他指出，以前的研究主要集中在大气过程，而本研究中使用的模型则 探索 了地幔和地壳的地球化学和热演化以及地壳和大气之间的相互作用。