意大利格兰萨索含水层瞬变事件的多传感器监测

当山体突然发出巨响

在2023年一个平静的八月夜晚，工作的人员在意大利格兰萨索地下实验室深处听到一声强烈而不明原因的爆鸣在岩体中回荡。科学家没有将其视为一时的奇闻，而是把这次“山体轰鸣”当作一次罕见的自然实验，利用一系列传感器观察水、岩石甚至地球自转本身如何响应。结果显示，山体内部隐蔽的水系与我们在地表听到和感受到的现象之间联系有多么紧密。

山体内部的一条隐秘河流

格兰萨索不仅是中央亚平宁山脉中一座壮观的山峰；它也是意大利中南部最大的地下蓄水体之一。降雨和融雪在高原上的裂隙石灰岩中下渗，然后沿着裂缝与洞穴流动，最终在山脚四周以大口泉涌出。20世纪80年代，两条长公路隧道和一个地下物理实验室的开凿重塑了这一自然系统，增加了能接入含水层的新通道，改变了水在山体中的流动方式。

同时观测水、岩与空气

为监测这一复杂系统，研究者关注四个关键的水出口：南侧的两个主要泉区、北侧隧道的排水，以及位于靠近实验室的隧道深处的高压地下水。在这些地点，他们记录水位、温度、电导率，并在一个站点以每秒20次的频率记录水压。山体表面和内部的气象站记录降雨和降雪。地下的一组仪器则负责“聆听”和“感受”：用于地面振动的灵敏地震仪、用于强烈冲击的加速度计、记录空气中声音的麦克风，以及一种不寻常的装置——环形激光陀螺（昵称为GINGERINO），用于测量地壳的微小旋转运动。

在巨响前的缓慢积累

这次2023年爆鸣的故事始于数月之前。2023年春季，格兰萨索高原出现异常丰沛的降雨——是十多年来最潮湿的月份之一。从五月开始，一个泉（Tempera）和隧道内的深部压力传感器都显示出水位和水压快速且持续上升，而更远的出口变化不大。这一模式表明，山体核心附近被激活的是响应迅速的地下通道，可能是喀斯特溶蚀形成的导管。在同一时期，环形激光陀螺开始出现异常嘈杂的信号，仿佛其周围的岩体比平常经历了更强或更频繁的微小运动；与此相伴，北隧道附近的水变得明显浑浊，暗示流动路径受到扰动。

山体发声的那一刻

2023年8月14日22:00 UTC，山体突然“宣布”了自己。一声短促、持续数秒的爆鸣在实验室内被听到，并被多台仪器同时记录。地震仪和加速度计记录到一次短而强的脉冲，并伴有较早到达的小幅信号，这与岩体内一次突发事件紧接着空气中声波通过隧道传播相吻合。陀螺仪记录到旋转运动的剧烈尖峰，强度足以暂时干扰其激光，光学对准也突然偏移，表明发生了强烈的机械扰动。麦克风捕捉到宽频带的声音，从低沉的隆隆声到较高的音调同时出现。几乎在同一时刻，隧道内的深部压力传感器开始快速下降——相当于大约一天内损失约70厘米的水头——数日后隧道排水流量又略有增加。

地下很可能发生了什么

通过将这些独立的线索在时间和空间上对齐，作者们认为这次爆鸣并非传统意义上的地震，而是山体近实验室处充满水的裂隙网络发生的突然重排。最可信的情形是，作为阻挡体的某条裂隙突然滑动或打开，或者一个先前被堵塞的喀斯特导管在异常高的水压下被冲开。无论哪种情况，水很可能沿新通道猛然涌动，释放压力、搅动沉积物，并发出同时由岩体传播的冲击和在隧道中传播的巨大声响，所有这些都被仪器捕捉到。

这对山体与人类有何意义

对非专业读者而言，这项工作表明山体并非僵硬的巨石，而是一个水、岩石甚至微小旋转运动相互交织的活系统。研究证明，将传统的水文地质学与环形激光陀螺等前沿工具结合，能够揭示出那些否则无人注意到的缓慢累积与突发释放事件。此类事件可以悄然改变地下水流向，影响隧道和地下实验室的安全与运行，并暗示山体内部仍在进行地质调整。研究者把一次令人吃惊的响声当作一次多传感器实验，为实时观察山体内部生命开辟了路径。

引用: Barberio, M.D., Basti, A., Braun, T. et al. Multi-sensor monitoring of a transient event in the Gran Sasso aquifer, Italy. Sci Rep 16, 8221 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33923-6

关键词: 格兰萨索含水层, 山体轰鸣, 环形激光陀螺, 喀斯特地下水, 多传感器监测