原创文章版权归微信公众号
「把科学带回家」所有
撰文 | 河边的卡西莫多
在2023年2月,土耳其及叙利亚边境发生了连续的 地震 ,最高的震级高达了里氏7.8级,无数的房屋损毁,受灾人数超过千万,数千人因此死亡。
作为一种天灾,人类对于地震的认知水平其实还相当 浅薄 。在突如其来的天崩地裂面前,人类显得格外脆弱。
地震之后,满目疮痍,无数人因此无家可归(图片来源:wikipedia)
而同样是发生在土耳其的另外一次「地震」,似乎能带给科学家更多的启示,去掌握预测地震的规律。
在2016年,科学家们监测到在土耳其西北部地方,也发生了「地震」。但这次地震却非常不一样,当地人没有丝毫的觉察,更加没有对当地环境造成任何的影响。
与一般地震不同的是,这场地震发生的时间 非常长 ,足足长达50多天。
根据科学家们的研究,这是一次很特殊的地震。不同于短暂且剧烈的摇晃,这次地震虽然也发生了断层的移动,但由于发生的时间很慢,也没有释放具有破坏性的地震波,所以不被人感知非常正常。这样的地震,目前被科学家们称为 慢地震 (Slow Earthquake)或者「慢滑事件」(slow slip event),也有科学家称之为「幽灵地震」。
美洲卡斯卡迪亚古陆地区是人类最早目击的慢地震事件之一,也是目前被研究最深入的慢地震区域(图片来源:物理杂志)
人类对于慢地震的了解几乎一无所知。直到大约在20年前,随着全球定位系统(GPS)开始普及,科学家们才注意到地球表面不容易被察觉的位移。
普通地震 是地下断层发生了脆性形变并快速释放能量的过程。与之相反,虽然 慢地震 也在发生断层位移的变化,但这个过程持续的时间要比普通地震长得多。从几分钟到一周,甚至数月乃至几年。
普通地震与慢地震的区别(图片来源:⽇本⽂部科學省)
根据目前的记录,持续最久的一次慢地震发生在美国的阿拉斯加,它释放的能量相当于一场里氏7.8级的大地震,但是这次慢地震足足持续了9年才落幕。由于持续的时间过久,不仅原本就人烟稀少的当地无人发现地震,甚至连研究人员都误认为这次断层移动是当地的正常现象。
除了 「慢」 这个特点外,慢地震还有一个特点就是 「广」 。普通地震一般是对较小区域产生影响,但是慢地震影响的面积会大得多,影响范围可以达到数千平方千米。
也正是由于慢地震的这两个特点,所以让它释放能量的水平很 「弱」 。虽然一次慢地震事件所释放的能量总量可以很大,但是分散在比较长的时间和比较广的区域内,就让地震产生的影响相当有限。
慢地震虽然「缓慢」,但与正常的板块移动还是有所区别的(图片来源:⽇本⽂部科學省)
不过同样是这个原因,也让监测慢地震变得更加困难了,现在的科学家们不能用传统地震学技术去研究慢地震,因为它发出的信号实在太微弱了。很容易就淹没在人类活动和海浪、潮汐或者风产生的 背景噪音 之中。
从近二十年的数据搜集来看,慢地震发生的区域并不少,在包括我国台湾在内的西太平洋地区、日本、墨西哥与新西兰都能发现慢地震的身影。原本一些不知道原因的地质事件,也可以用慢地震来解释了。
世界各地已观测到的慢地震事件(图片来源:⽇本⽂部科學省)
对于我们普通人来说,这种不会对生活造成任何影响的地震,自然是无关轻重,我们也没必要刻意关注它的存在。但对于科学家来说,慢地震有可能成为人类预测普通地震的一把 钥匙 。
虽然人类的科技水平发展得很快,但是对于我们脚下这块大地的了解着实很有限,尤其是对于地震的起因及其预测了。
而地震产生的本质,就是由于板块运动造成的岩石受力。我们可以把地下的岩石想象成弹簧,在不断挤压的过程中积蓄着能量。而一旦「弹簧」储存的能量超过 临界值 ,就会发生岩石断裂。由于断裂是突然发生的,存在着一定的随机性,也让预测地震变得异常困难。
地震的随机性,在一定程度上类似于现在非常著名的气象上的所谓蝴蝶效应(图片来源:Triad National Security)
根据最新的研究,在很多次大地震之前,其实在当地就已经出现过了慢地震,这也是科学家们对于慢地震格外关注的原因。就比如2011年日本东北地震之前,当地就曾发生过持续了很多年的慢地震事件;而在2014年智利伊基克8.1级地震前几周,当地也有慢地震的信号。也因如此,有一些地质学家怀疑几年前的这次慢地震,或许正是土耳其大地震前的 征兆 。
慢地震就如同暴风雨前的 宁静 ,或许可以帮助我们更早了解地下的异常。慢地震同样也是地震,无论是发生机理和过程其实与普通地震并无二致,唯一的区别就是它是缓慢进行的,而这可能正是地下发生剧变的征兆。
板块运动原理示意图(图片来源:USGS)
不过正由于慢地震引发的变化实在太弱了,所以监测慢地震本身也不是一件容易的事。并且关于慢地震本身,还有很多的谜团,就比如为什么慢地震持续的时间可以如此之久,它究竟是如何使地下的岩石发生变形……很多关于慢地震的基本问题还 悬而未决 。
虽然慢地震的研究才刚刚起步,但这毕竟是一个好的开始。如果对慢地震进行仔细的研究,了解各地慢地震产生的波形特点及其历史特征,或许终于有一天,预测地震就可以像今天预测天气预报一样了。
安装海底压力表,可以帮助我们预测到微弱的慢地震信号(图片来源:物理杂志)
也希望这样的一天可以早日到来,让人类可以逃避来自地下的 无妄之灾 。
参考资料:
[1] Jolivet, R., Rouet-Leduc, B., Jara, J., Dalaison, M., Hulbert, C., Michel, S., Johnson, P. A., Çakir, Z., Ergintav, S., Özdemir, A., and Dogan, U.: Slow slip events along the North Anatolian Fault, EGU General Assembly 2021, online, 19–30 Apr 2021, EGU21-4494, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-4494, 2021.
[2] P. Martínez‐Garzón, G. C. Beroza, G. M. Bocchini, M. Bohnhoff, Sea Level Changes Affect Seismicity Rates in a Hydrothermal System Near Istanbul, Geophysical Research Letters, 10.1029/2022GL101258, 50, 3, (2023)
[3] 一場持續了50天的地震,為何眾人一無所悉?─國家地理
https://www.natgeomedia.com/envi.../article/content-833.html
[4] 尹海权.慢地震幕式震颤与慢滑移:特征、成因与新进展[J].中国地质, 2017, 44(6):2.DOI:CNKI:SUN:DIZI.0.2017-06-022.
[5] 尹凤玲,来贵娟,Sophia,等."慢滑移"与地震[J].物理, 2017, 46(7):2.DOI:CNKI:SUN:WLZZ.0.2017-07-010.
[6] 张因,厚美瑛.慢滑移:一种新型地震[J].物理, 2012, 41(1):2.DOI:CNKI:SUN:WLZZ.0.2012-01-009.