新研究發現「慢動作地震」或可揭示大地震會在何時發生

地震

天然地震(英文:earthquake),又稱地動、地振動,是地殼快速釋放能量過程中造成的振動,期間會產生地震波的一種自然現象。地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞,造成板塊邊沿及板塊內部產生錯動和破裂,是引起地震的主要原因。地震的發生往往是瞬間的,而且在短時間可以釋放很大的能量。

大地震中的游泳池

2010年2月27日當地時間03:34,智利遭受了一個世紀以來最強烈的地震之一襲擊。震驚引發了海嘯,摧毀了沿海社區。合併事件造成500多人喪生。震動是如此強大,以至於據美國航空航天局(NASA)估計,它使地球的自轉軸移動了整整8厘米。

就像幾乎所有最強烈的地震一樣,這是一次特大推力地震。發生在俯衝帶,一個板塊被迫壓在另一板塊之下。如果這些板塊突然錯動,那麼您將遭受一次大地震。2010年智利地震為8.8級,強度足以使建築物脫離地基。

我們對俯衝帶的了解還很少,這就是為什麼法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學的地球物理學家Anne Socquet教授計劃訪問智利的原因。她想安裝地震監測儀器來收集數據。她在地震發生一周後才到達。她說:「那太可怕了。」 「我們租的公寓的牆壁上有裂痕,可以把拳頭放進去。」

Socquet教授說,大多數研究特大推力地震的人都把重點放在緊接主震之前的前震上。但是,巨推力地震的一個不同尋常的特徵是,幾年之後,它們通常還會伴隨著一系列其他非常強大的巨推力地震,震中距數百公里。例如,2010年智利地震之後,2014年,2015年和2016年發生了其他事件,集中在智利海岸上下地區。索克特教授想研究一下特大推力地震的這些序列,並研究這些大地震之間的潛在聯繫。與以前相比,這需要對地震和大地測量數據進行更仔細的檢查。

慢動作地震

地球的地下是一個非常活躍的地方,地下深處的板塊的運動和摩擦形成了我們在地表上看到的地貌,地下的活動控制著上方危險的強度。雖然地震和火山爆發期間的地球運動已通過精密的儀器記錄下來,經過研究人員的分析並受到統計學的約束,但它們並不能說明腳下移動板塊活動的全部故事。

在過去的二十年中,全球定位系統的到來-包括具有捕獲毫米級別運動的極為靈敏的感測器的接收器-已使科學家可以發現以前難以解開的地震的現象。其中包括所謂的緩慢滑動事件或緩慢移動的地震,這種滑動和普通地震不同更像一場「慢動作」的地震。

這些緩慢的滑動事件在世界各地發生,可能有助於引發更大的地震。最大的慢滑事件發生在俯衝帶,一個構造板塊俯衝到另一個板塊之下,最終在數百萬年的時間裡形成了山脈和火山。由斯坦福大學的研究人員製作並於6月15日在線發表在《固體力學與物理學》雜誌上的新計算機模擬可能解釋了這些隱藏的運動。

研究合著者埃里克·鄧納姆(Eric Dunham)表示:「慢滑是一個令人著迷的現象。慢滑事件既如此普遍,也是如此難以解釋,這是一個困擾我們的難題。」斯坦福大學地球,能源與環境科學學院(斯坦福大學地球學院)地球物理學教授。「我們已經知道慢滑的存在超過有近20年的時間了,但對於為什麼會發生這種現象,人們仍然知之甚少。」

GPS站揭示了卡斯卡迪亞(Cascadia)下的活動,海底在北美下方滑動。板塊界面被鎖定在較淺的深度(陰影區域),但是我們看到反覆出現的緩慢滑動事件(藍色)解壓縮了板塊界面,從而產生了震顫(黑點)。

這些事件由於其不穩定但緩慢的性質而特別難以解釋。斷層的運動不是平穩地滑動,而是周期性地滑動,加速,但從未到達發出足以供人類察覺的地震波的地步。儘管它們很難被檢測到,但緩慢的滑動事件可能會累加。

所謂的「慢滑」或「無聲」地震的行為更像是常規地震,而不是以前認為的那樣。這一發現為地球科學家打開了大門,使他們可以將這些頻繁發生的非破壞性事件作為易於研究的類比,這將有助於他們找出造成地震的動因。發生在數周過程中的緩慢滑動事件可能釋放出與一分鐘長的7.0級地震相同的能量。因為它們發生在地球深處,並且釋放能量的速度很慢,所以表面的變形很小,儘管緩慢的事件可能會影響數千平方公里的面積。因此,只有在GPS技術改進到可以跟蹤非常微小的變化時才注意到它們。但並非每每次摩擦力減慢都發生慢滑事件; 到目前為止,僅在少數幾個地點發現了它們,包括西北太平洋地區,日本,墨西哥紐西蘭

2016年11月,紐西蘭有史以來第二大地震(7.8級凱庫拉地震)襲擊了該國的南島。由GNS科學公司和紐西蘭地震委員會合作建立的GeoNet運營的GPS網路檢測到北島下方數百英里處的慢滑事件。這些事件發生在沿著和穿過紐西蘭的希庫朗伊俯衝帶的淺層部分。

上圖說明了2016年11月7.8級凱庫拉地震後發生的以厘米為單位的緩慢滑移量。這是自2002年科學家首次觀察到這種現象以來在紐西蘭發現的最普遍的緩慢滑移。

GPS網路檢測到在凱庫拉地震後數周和數月內,在Hikurangi俯衝帶板邊界發生的慢滑事件。緩慢滑移發生在地表(或海床)以下不到9英里的深處,並且距霍克灣和吉斯伯恩地區約6,000平方英里的近海區域,與新澤西州所佔的面積相當。在紐西蘭首都惠靈頓以西的卡皮蒂海岸地區下方15-24英里處的俯衝帶上,還發生了更深的慢滑事件。惠靈頓附近的這場更深的緩慢滑移事件今天仍在繼續。

Avouac的小組設計並應用了創新的信號處理技術,以檢測和成像華盛頓州卡斯卡迪亞俯衝帶的慢滑事件,該區域的北美構造板塊通過352個GPS站網路在太平洋板塊上向西南滑動。研究人員分析了2007年至2018年的數據,並能夠建立一個包含40多個大小不同的慢滑事件的目錄。他們的發現發表於10月23日的《自然》雜誌上。

過去的慢滑事件與引發地震有關,包括2011年襲擊日本摧毀福島核電站的9.0級東北地震。研究人員還發現,凱庫拉地震引發的慢滑事件是其他海上地震的催化劑。北島東海岸,包括2016年11月22日剛從Porangahau鎮離岸的6.0級。

福島核電站堆芯熔化示意圖

儘管科學家們仍處於試圖了解慢滑事件與地震之間關係的早期階段,但研究結果突顯了這些過程之間的其他聯繫。

梵觀點:在我看來,這些慢動作滑移更像緩慢拉長中的橡皮筋,而斷裂時就是大地震的開始。