2022年第5期 寂静地震:大地的无声颤动

2022-05-09

寂静地震:大地的无声颤动
文/张唯诚
地表之下的“滑动事件”


地球表面是由一系列大大小小的构造板块组成的,它们位于地表深处一层黏稠的高温物质之上,这使得它们可以四处滑动。它们有时像盘子一样撞在一起,有时又从彼此的身旁缓慢滑过。它们时常粘在一起,这时岩层相互挤压,产生压力,导致岩层突然松动或断裂,积累的能量就会释放出来。这种情况类似于弯曲一根棍子时,就会有压力产生,一旦压力过大,棍子就会折断。 

当岩层上的能量得以释放时,一种被称为“地震波”的能量波会传到地面上来。于是,人们便感受到了大地的震动,地震仪也记录到了地震波。当你听到“地震”这个词时,你可能会联想到相框从墙上掉落,花瓶碎裂,地面隆隆作响。毫无疑问,地震很可怕,它会造成人员伤亡和财产损失的严重后果,但它通常持续不到1分钟。
1861年2月16日,印度洋上的印度尼西亚苏门答腊岛发生了一场里氏8级的地震。地震撼动了岛屿西侧,引发了海啸,汹涌的巨浪冲上海岸,摧毁城镇,夺走了数千人的生命。 

然而,最近,新加坡南洋理工大学的大地测量学家沙夫·马利克和他的团队发现,在这次致命的地震之前,还发生了一次地震。那次地震始于1829年,32年来从未停止过。然而此前谁也不知道它的发生,因为没有人觉察到一丝震动。

原来,这是一次“寂静地震”,由岩层的缓慢移动造成,科学家们通常称之为“缓慢滑动事件”。由于这种地震连地震仪都无法探测到,所以一直没有被人们发现。只是到了大约20年前, 由于全球定位技术的进步,科学家们才意识到这种地震的存在。 

劳拉·华莱士是一位大地测量学家,对此他解释道:“在缓慢滑动事件中,速度非常缓慢,于是能量也消散得极慢,你根本感觉不到震动。”也就是说,“寂静地震”发生的时候,岩层发生了滑动,这一点与普通地震是一样的,只是滑动得非常缓慢。假若不是“寂静地震”而是普通地震,岩层在几秒钟内就会移动很长的距离,震级能达到7级,这会导致非常强烈的震动,足以破坏建筑物,造成人员伤亡。

2005年3月28日发生在印度尼西亚苏门答腊岛海岸的8.6级地震造成了严重的破坏



古老珊瑚的秘密


研究地震可以帮助科学家弄清地下究竟发生了什么,但没有人能预测地震什么时候发生。然而现在,科学家们意识到,这种缓慢滑动事件有可能改变游戏规则,因为人们发现,“寂静地震”会发生在普通地震之前,这意味着这两种地震的发生可能是有关联的,也意味着研 究“寂静地震”可以更好地了解普通地震,并且有可能找到预测普通地震的方法。 

自20世纪80年代以来,科学家们一直在用全球定位技术研究地球板块的运动规律,这与为你的手机提供地图位置和方向的程序是同样的技术。当你的智能手机接收到来自多个卫星的信号时,它可以计算你在地球上的位置。安装在断层带上的全球定位系统接收器也是这 样,它们可以告诉科学家地震期间和之后陆地的移动量,精确度可以达到毫米级。 


在缓慢滑动事件被发现之前,科学家们已经在定期使用全球定位设备监测断层带,以记录地表的移动了。到了20世纪90年代末,人们开始怀疑缓慢滑动事件正在发生着,所以他们开始在断层带上放置“持续运行”的全球定位装置,这些装置提供持续的数据流,因而使科学家们发现了一系列缓慢滑动事件。例如,在一次缓慢滑动事件中,一个定位装置在几周内移动了几厘米,这明确地表明一次“寂静地震” 正在发生着。 

人们发现许多缓慢滑动事件发生在被称为“俯冲带”的区域,在这种地带,大洋板块潜到了大陆板块之下。其实,普通地震也经常发生在这样的区域,然而“寂静地震”通常发生在比普通地震更深的地方。普通地震的震源可能在地下2030千米处,但一个缓慢滑动事件则可以发生在地下60千米处。科学家认为“寂静地震”之所以发生在更深的区域,是因为那里更热,岩石在更高的温度下可塑性更强,也可能有液体润滑断层,减少摩擦,使板块更容易彼此滑动。 

除了正在发生的“寂静地震”外,科学家们也能探测很久以前发生的“寂静地震”。在这种时候,全球定位设备无效,科学家们必须发挥创造力。沙夫·马利克和他的团队就是通过观察古老珊瑚的生长模式研究“寂静地震”的,正因为他们采用了这种研究方式,才发现了苏门答腊岛附近那次发生于近200年前的缓慢滑动事件。 



珊瑚生长的方式是一层接一层地构建骨骼层, 这些不同的骨骼层有点像树木的年轮。沙夫·马利克和他的同事们注意到,在苏门答腊岛附近的锡默卢岛沿岸,一些珊瑚显示了奇怪的生长模式。这种模式提示研究人员,这块土地从1829年到1861年已经连续沉没了32 年,这正是一次缓慢滑动事件导致的。然后那场发生在1861年2月的剧烈的8级地震又把珊瑚推到了水面上,它们就在那里死亡了。这些研究人员将他们的发现发 表在2021年5月的《自然地球科学》杂志上。


地震研究的新契机


现在,研究人员很想知道,“寂静地震”和普通地震之间是否存在着关联? 如果有关联,那么将为地震研究带来什么 ? 

人们经历的一些最强烈的地震都发生在俯冲带上,这也正是科学家们发现许多缓慢滑动事件的地方。例如2011年发生在日本东北部的9级地震、2014年发生于智利北部海岸的8.2级地震, 它们都发生在俯冲带上。 


目前,有很好的证据表明,在这两次大地震之前实际上都发生了大规模的缓慢滑动事件。但目前尚不清楚这种缓慢滑动事件是否果真会引发普通地震。虽然缓慢滑动事件经常发生,有时是有规律可循的,但很多时候,大地震并不是在缓慢滑动事件之后发生的。科学家们已经在世界各地发现了数百起缓慢滑动事件,但它们并没有导致真正的大地震。 

尽管如此,科学家们还是有理由怀疑这两种地震之间存在着联系,其中压力就是一个重要原因。2010年,智利沿海发生了8.8级地震,引发海啸,巨浪将船只掀到了岸上。地震发生在纳斯卡板块俯冲到南美板块下面的俯冲带上。研究表明,在这种时候,缓慢滑动事件可以缓解一些压力,但同样的运动也可以增加压力。这次发生在智利沿海的地震就有可能受到这种压力的影响。


2010年,智利沿海发生8.8级地震,引发海啸,巨浪将船只掀到了岸上。这次地震发生在纳斯卡板块俯冲到南美板块之下的俯冲带上


科学家们将被卡住的板块比喻为沉睡的巨龙。如果它们只是安静沉睡的巨龙,那么一个缓慢滑动事件就相当于用一根羽毛挠了巨龙的鼻子,它不会每次挠痒痒都醒来,但如果挠得次数太多,它就有可能醒来,并发出可怕的咆哮。 

解答“寂静地震”与普通地震之间关联之谜的关键在于数据,科学家们需要监测更多的缓慢滑动事件和更多的普通地震。不幸的是,许多发生缓慢滑动的断层都位于海洋深处,科学家们很难在那里安装全球定位设备,但目前他们正在开发可用于深海操作的全球定位技术,一旦有了这种技术,“寂静地震”和普通地震之间的关联之谜就能得到充分的解答,这必将有助于评估和预测未来地震的发生。


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文章来源 | 《科学24小时》


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