“地球透镜”项目启动两年,已投入3700万美元,就像一支年轻的小联盟球队在第二局比赛中打成平手——队员们仍在学习如何协同工作,家长们则在密切关注。但比赛才刚刚开始。
充满激情、拍着胸脯保证的教练是格雷格·范德文克,一位受过训练的地球物理学家,普林斯顿大学的客座教授,也是有史以来最雄心勃勃的地球科学项目的首任项目主管。如果成功,“地球透镜”项目将以前所未有的细节水平和数据可访问性,测量美国本土和阿拉斯加下方地球的运动和变形。希望对塑造环境的力量有更清晰的了解,能够转化为对地震和火山灾害的更好评估,以及对国家自然资源更精确的认识。
在综合地震学研究机构联合会 (IRIS) 的六月会议上,我见到了 48 岁的格雷格·范德文克——同事们称他为 GVDV,这是一个由大学和研究机构组成的联盟。我请他用一个体育类比来解释“地球透镜”项目。“我想知道是否会提到这个,”他笑着说。范德文克第一次在国会作证——那是 1980 年代中期,他作为一名刚从研究生院毕业的国会研究员——一位参议员建议他用体育类比在三分钟或更短的时间内解释一切,因为你只有这么多的时间来陈述你的理由。现在,体育类比已经成为他普林斯顿大学学生的期末考试的一部分。
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毫不奇怪,范德文克希望他的学生在科学和政治方面都具有素养。除了国会研究员的身份外,他还曾担任国会和比尔·克林顿总统关于核武器控制和条约核查的顾问,以及外交关系委员会的评审员,以改进科学信息在制定国际政策中的应用方式。
在国会山工作之后,范德文克担任 IRIS 主任 14 年,期间他参与了“地球透镜”项目的初步规划过程。他和他的同事们想要找到一种方法来填补地球科学中的信息空白,以更高的分辨率更深入地观察地球。如今,地球科学家主要依赖地震数据,这些数据只有在仪器数量有限且靠近震源地点时才能收集到——这种情况在某种程度上取决于偶然性。或者,他们偶尔进行主动源实验,即产生和记录声波——这种情况在某种程度上取决于资金。
由来自 50 多所大学和十几个州和联邦机构的数百名地球科学家参加的近十年的讨论和研讨会,最终促成了“地球透镜”项目的提案,该提案于 2003 年获得国会资助。“这将改变地球科学的未来,”范德文克宣称。“‘地球透镜’项目将为未来十年提供新的数据来源。”他补充说,“未来,这可能不再是一门受[缺乏]数据限制的科学。”
当“地球透镜”项目在 2008 年完成时,它的仪器网络将为地球科学提供公共数据,就像人类基因组测序工作为生物学所做的那样。“地球透镜”项目将收集三个尺度上的信息。
在最小尺度,即断层层面,是圣安德烈亚斯断层深度观测站 (SAFOD),这是一个四公里深的孔洞,钻入旧金山以南 300 公里的山区。SAFOD 计划于 2007 年完工,已在自 1857 年以来破裂七次的区域(包括最近 2004 年发生的 6 级帕克菲尔德地震)旁边向下钻探了 3200 米。8 月 2 日,钻探到达断层带,科学家计划在那里安装地震仪器并采集岩石和流体样本。
在中等尺度,即板块边界层面,板块边界观测站 (PBO) 将对美国西部和阿拉斯加沿线的地球缓慢变形进行成像和表征。大约 1000 个全球定位系统 (GPS) 仪器将以网格状模式安装,从太平洋海岸边缘到落基山脉,再从阿拉斯加到墨西哥(不包括加拿大)。这些仪器安装在四条四米长的支腿上以保持稳定性,将与 GPS 卫星通信以测量地球表面的运动。此外,175 个设备将聚集在断层带和岩浆中心附近,以测量地表和深度的应变。工作人员于 7 月初完成了在阿拉斯加阿库坦火山上安装仪器的任务。[换行]
在最大的大陆层面,是 USArray,它由三个地震组件组成。第一个是“大脚怪”,一个由 400 个地震仪组成的移动网格,将在未来 10 年内横跨美国。在每个足迹(覆盖约四分之一的国家)内,400 个便携式地震仪的灵活阵列将在地球物理学上有趣的地方提供密集的仪器覆盖。为了为“大脚怪”和灵活阵列提供参考数据,将在美国地质调查局维护的现有阵列中增加 43 个永久性地震台站。一个“大脚怪”台站位于华盛顿州阿伯丁附近的威什卡谷学校,学生们现在可以在线监控其数据收集。
范德文克帮助保持了三个组件接近计划进度,并且没有一个超出预算。然而,“地球透镜”项目的未来仍然不确定。最初的计划是分阶段支付“地球透镜”项目的费用:前五年 2 亿美元用于建造和安装仪器(2003 年至 2008 年);未来 10 年每年 1300 万美元用于运营和维护设施,外加 1 亿美元用于资助实际科学研究。国会在 2003 年批准了首批 2 亿美元,但意外地推迟了对“地球透镜”项目未来十年运营和维护资金的决定。
“如果未来没有资金使用这些设施,我们对建造设施没有兴趣,”范德文克说,他承认资金在某种程度上超出了他的掌控范围。“我们有一个团队和结构来按时按预算交付‘地球透镜’项目。” 他仍然乐观地认为,他和他的同事们在 1 月份申请的 4000 万美元将会到位,以启动 2009 年“地球透镜”项目运营和维护的第一年。
许多人对范德文克保持资金流动能力充满信心。作为 IRIS 的负责人,范德文克通过联邦和私人渠道获得了额外的 5000 万美元。“格雷格最擅长在国会山上描绘‘地球透镜’项目的活动和潜力,”地球透镜设施执行委员会的 USArray 代表索恩·莱说。
尽管他从未打算在科学和政治之间的世界工作,但范德文克承认这有点让人上瘾。“从智力上讲,”他说,“[在国会]的工作最具挑战性,因为你必须找到不仅在科学上准确,而且在社会、政治和经济上也能接受的解决方案。”
当他最终同意我的要求,用体育类比来描述“地球透镜”项目时,资金和管理挑战并不在他的描述之列。相反,他用决心回应了这种多学科的要求。“‘地球透镜’项目需要培养下一代运动员,让他们参加未来的十项全能比赛——而不是单项比赛,”他说。“未来在于全能型运动员。”