• 03月29日 星期五

追踪一场持续了32年的地震

追踪一场持续了32年的地震

1861年,一场8.5级的地震重创了印度尼西亚,引发海啸。但一项新研究发现,一场持续了30多年的地震不仅导致这一毁灭性事件,也预示了之后的强震。绘制:NIDAY PICTURE LIBRARY / ALAMY STOCK PHOTO


撰文:MAYA WEI-HAAS


  1861年2月,印度尼西亚苏门答腊岛发生8.5级特大地震,导致陆地剧烈震动,掀起一道水墙,淹没了附近的海岸,夺走了上千人的生命。

  无独有偶,这一悲剧并非孤例:事实上,它标志着有记录以来最漫长的地震结束,这场地震在地下酝酿了32年。这类地震被称为“慢滑事件”(slow-slip event),会持续几天、几个月甚至几年时间。但这次慢滑事件的持续时间是过去纪录保持者的两倍多,相关描述发表于《自然·地球科学》。

  “我没想到我们能发现持续时间这么长的慢滑事件,但我们真的找到了,”研究著者、新加坡南洋理工大学地球观测站的大地测量师Emma Hill说。

  我们生活在一颗躁动不安的星球上,发现这种缓慢的地震有助于科学家了解地球各种惊人的运动方式,以及这些无声的事件可能引发的致命危险。

  和瞬间爆发的地震一样,慢地震也会释放构造板块移动所积累的能量,但不会通过地面震动的方式释放,而是随着时间推移缓慢释放压力,所以它们本身并不危险。不过,地下的微妙变化可能会给断层附近区域带来压力,周边地区发生更强力的地震的风险更高。

  印尼的其他地区已经出现了令人担忧的迹象。南部的恩加诺岛“下沉的速度太快了”,新研究的首席著者、新加坡南洋理工大学的博士候选人Rishav Mallick说。他警告说,虽然这些数据来自一个地点,但它们预示着这座岛附近可能正在发生一场慢地震。

  “这不是19世纪的一次孤立事件,”Mallick说:“现在它正在发生。”


珊瑚里的线索


  新研究依赖于地球构造变化的意外记录者:珊瑚。

  某些类型的珊瑚,比如手指状的滨珊瑚,向外向上生长,直至刚好在水面之下。如果水位上升,滨珊瑚会再次迅速向上生长;如果水位下降,暴露在空气中的珊瑚则会死亡,而被淹没的部分继续向外生长。由于这些珊瑚一层层生长,就像树木围绕同心圆的年轮生长一样,科学家可以通过珊瑚骨骼来绘制相对水位随时间变化的情况。

  “它们就像是天然潮汐测量仪,”Hill说。

  海平面变化可能源于气候变化,比如冰川融化,或者地形高度变化。在苏门答腊岛西岸,这种地形高度变化体现了地壳构造板块的地下“斗争”。

  在这片区域,澳大利亚板块俯冲到巽他板块下方,但被卡在了印度尼西亚群岛弧形地带的正下方。板块碰撞时,下沉板块拖着上方的陆地,使得表面发生弯曲,把板块边缘拉入海中,其他部分则被抬升。

  积累了足够多的压力之后,这里就会发生地震,陆地突然移动,扭转之前的影响,一些沿海地区突然上升。2005年,苏门答腊岛发生8.7级地震后,就出现了这样的变化。

  “地震时,珊瑚被抬升,整个生态系统被留在原地,”研究合著者Aron Meltzner在博客中谈到了2005年他在加州理工学院攻读研究生时的现场经历。分枝状珊瑚、海胆、甲壳动物、螃蟹和“不幸的鱼”都已死去或濒临死亡,暴露在近乎干燥的陆地上。

  Meltzner现在是新加坡南洋理工大学的地质学家,年复一年回到苏门答腊岛研究珊瑚,希望破解珊瑚保存下来的诸多记录。在2015年的研究中,他和同事记录了陆地运动的突然转变,这次转变导致了1861年的大地震。

  根据珊瑚的数据,1829年以前,锡默卢岛附近的地面每年下沉约一到两毫米。但突然之间,速度加快,到1861年地震来袭之前,达到每年10毫米。研究团队最初认为,这一变化源于两个构造板块所在区域在移动,但他们不太清楚确切的原因。

  2016年,南洋理工大学的Mallick用全新的视角分析了珊瑚的数据。通过模拟俯冲带的物理特性和沿断层的流体的运动情况,研究人员发现,这种快速变化是不断积累的压力释放的结果,一切始于一场慢地震。


地震特性


  20世纪90年代末,科学家才意识到慢地震的存在,最初的发现地点位于北美洲西北太平洋和日本沿海的南海道。它们缓慢地释放能量,意味着只会引起地表的细微变化,所以直至GPS技术有了长足的进步,能绘制出如此微小的变化,人们才发现慢地震。

  自那之后,研究人员探寻的地方越多,发现的慢地震也越多,从新西兰沿岸到哥斯达黎加,甚至阿拉斯加。“没有地震活动的慢滑现象随处可见,”法国巴黎高等师范大学的地球物理学家Lucile Bruhat说,他没有参与此次研究。

  慢地震的情况各异。在卡斯卡迪亚和日本南海道,慢地震有很明显的规律性:在卡斯卡迪亚每14个月发生一次,而南海道则是每3到6个月。在这两个地方,这些长时间的震动还伴随着一连串的小震动,即震颤。

  Bruhat把这个过程比作一个人在木地板上走动。“人在移动,周围的木头在裂开,”她说:“所有的裂缝都是震颤。”

  多年来,科学家发现,慢地震的持续时间有很大差别。例如,在阿拉斯加,研究人员发现了一场持续了至少9年的慢地震,直至2004年地表停止悄然移动后,他们才意识到这一点,Mallick说。苏门答腊岛附近新发现的慢地震的持续时间,比以往任何一场更长。

  “很多人认为,有可能发生更强烈、持续时间长的慢滑事件,”得克萨斯大学奥斯汀分校、新西兰地质与核科学研究所的地球物理学家Laura Wallace说。但近几十年,科学家才开始持续监测俯冲带附近陆地的运动情况,这意味着“我们实际上只看到了一小段时间里的状况,”她说。


不断探索


  了解这些慢滑事件,对于我们掌握可能引发更强烈地震的风险,有着重大意义。在多次强震之前,都曾发生过慢滑现象,包括2004年印尼的灾难性地震:9.1级苏门答腊-安达曼地震;2011年日本的9.1级东北地区地震;2014年智利的毁灭性8.2级伊基克地震。

  “现在这是这个领域里的热门话题,”堪萨斯大学的地球物理学家Noel Bartlow说,他专门研究慢地震,没有参与此次研究。但想要明确展现慢滑事件确实能引发更大规模的地质震动,一直都是不小的挑战。不是所有的慢滑事件都会导致大地震。

  “证据在增加,但仍然局限于少数案例研究,”她说。

  部分问题在于,在地震中捕捉长期震颤并非易事。Bartlow解释说,在新的研究中,漫长的地震沿着断层的浅层区域展开,这里在水面之下,远离陆地。但传统GPS观测站无法探测到海底,因为它们的信号在水中无法穿透到远方。而且,地球很少的地方有像印尼珊瑚这样的“大自然记录员”,记录下板块活动情况。

  Bartlow说,有些仪器可以派上用场,但它们价格高昂。她计划在西北太平洋海岸,借助一些仪器寻找类似的浅层地区慢滑现象,比如用光导纤维测量表面张力。

  Hill表示,虽然监测通常是“最无趣的事情”之一,但在了解地球的复杂性方面,有着重要意义。

  “每当我们觉得自己已经足够了解构造地质学,地球就会带来新的惊喜,”Hill说:“我们收集的数据集越多,得到的惊喜就会越多。”

(译者:Sky4)

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