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一场持续了50天的 “幽灵地震”?

2016年的夏天,在土耳其的内海马尔马拉海东部,发生了一场5.8级的大地震。这不足为奇,毕竟该地区在过去曾多次发生强烈的地震。问题是,这场地震持续了50天,而且没有一个人察觉到它。

根据地震学家的说法,这场地震其实属于一种非常奇特的地震类型,被称为“慢地震”。典型的地震通常是断层突然发生滑动产生的,而慢地震发生时,所涉及到的断层会缓慢且温和地发生滑动,而且不会产生具有破坏性的地震波,这意味着它们不会产生明显的震感。可以说,慢地震是一种“幽灵地震”。

那么,慢地震究竟是怎么形成的?研究它们对防震减灾有何种帮助呢?下面,我们就来谈一下。

缓慢地发生滑动

在过去,地震学家的共识是,断层可能主要以两种方式发生滑动。一种方式是,断层两侧以“粘结-滑动”的形式发生滑动。断层两侧的岩石若要滑动必须克服强大的摩擦力,因此在通常情况下,两盘岩石好像互相粘在一起,谁也动弹不了,粘结在一起的时间有时最长可达数十万年。直到作用到断层上的外力积累到等于或大于摩擦力时,两侧才会发生突然滑动,彼此错开,能量释放出来。这就是所有典型地震产生的方式。外力减弱后,两侧的岩石受到摩擦力的阻碍,会再次粘结不动,直到外力再积累到一定程度时,才可能发生下一次的滑动,并引发下一次的地震。

另一种方式是,断层两侧以很慢的速度发生滑动,其速度不会快于人指甲生长的速度。通常来说,这种滑动并不会产生地震。

然而,在21世纪初期,地震学家在太平洋西北部的卡斯卡迪亚俯冲带中第一次发现了慢地震。慢地震的发现,使地震学家意识到,断层还有第三种滑动方式。这种滑动方式释放出的能量与典型的大型地震突然释放的能量相当,但断层滑动的过程所需的时间十分长,以至于能量不会转化为具有破坏性的地震波,也无法产生任何明显的地表震动。如果典型的地震可以类比成火药的爆炸的话,那么慢地震更像是蜡烛慢慢燃烧。

土耳其那场5.8级慢地震总共花了50天,这听起来很长,但地震学家检测过许多经历时间更长的慢地震。目前为止观测到的经历时间最长的慢地震发生在美国的阿拉斯加,地震等级为7.8级,它至少花了9年时间才结束。

寻猎“幽灵地震”

慢地震不产生较强的地震波,不产生任何明显的地表震动,所以,除非你仔细寻找,否则很容易错过许多慢地震事件。

地震学家是基于全球定位系统(GPS)中记录地球表面形状的变化的数据,才首次发现了慢地震现象。而对于土耳其那场慢地震,地震学家是利用马尔马拉附近的钻孔检测到的。这些钻孔安装了很多应变计,这种设备可以检测到周围岩石缓慢的形变。

而在慢地震发生时,沿着断层有时会产生非常小的震动,地震学家可以监测这种震动,来实时地跟踪慢地震的动态。一个类比就是,当有人走在楼上的木制地板时,我们看不见这个人,但我们可以通过人在木材产生的脚步声来跟踪这个人的运动情况。

随着研究的继续,地震学家发现,慢地震是一个非常普遍的现象,大部分的慢地震不会引发自然灾害。它们通常产生在世界各地的俯冲带附近,许多地方还会出现重复性的慢地震。

例如,在太平洋西北地区,平均每15个月就会发生一次6.0级的慢地震,每次持续时间两到三周。在日本南部琉球俯冲带,也有类似震级的周期性慢地震发生,间隔5至9个月。

在新西兰,有两个地方经常出现慢地震。一个位于首都惠灵顿的下方,地震等级通常为7.0级,但是因为它们每隔12到18个月的时间才会发生一次,并且它们发生在相当深的地下,所以这个城市的居民是根本无法察觉到这些慢地震的。另一个地方位于新西兰北岛的东北角。慢地震发生的地方位于地面以下较浅的地方,每18个月到两年发生一次慢地震,其地震等级与惠灵顿的类似。

这些重复性的慢地震,为地震学家提供了一个难得的机会,可以在恰当的时间安装仪器来检测它们。

是谁减缓了断层滑动

地震学家已经逐渐掌握了检测慢地震的方法,但有一个更重要的问题仍有待解决,那就是为何慢地震发生时断层滑动所需的时间延长了。

一种可能是,断层中某些材料本身就十分润滑。另一种可能是,产生慢地震的断层,周围充满了高压的水等液体,这些液体起到了润滑作用,使得地震持续的时间大为增长。在实验室进行的模拟实验似乎支持了后面这一观点,但目前尚不清楚现实世界中,其真实情况是否与实验室中的一致。

不过,实地考察可能有助于解决这个问题。地震学家已经在马尔马拉海周围安装了更多的应变计,而在新西兰希古朗基俯冲带的部分地区,地震学家也埋下了很多检测设备,以揭示慢地震的断层特征。此外,来自国际大洋发现计划(IODP)的研究人员还计划在可发生慢地震的俯冲带钻个洞,一直钻到断层那里,这样就可以直接对断层那里的物质进行采样。同时,通过向该区域发送人造地震波,来对那里的断层结构进行绘制。

预测地震的突破口

对慢地震的研究,还可以帮助我们更好地了解那些典型的具有破坏性的地震。

许多观测记录表明,典型的大地震可以引发慢地震。例如,在2016年,新西兰凯库拉发生了一场7.8地震之后,整个地区都发现了慢地震。那么反过来,慢地震可以引发普通的大地震吗?地震学家认为有这种可能,但目前还无法给出确切的答案。例如在2011年,日本东北部的近海发生了一场9级大地震,但在大地震发生前不久,那里就产生了一场慢地震,虽然地震学家还无法判断这场慢地震是否与随后的大地震存在联系。

如果最终证实在大型地震发前,通常会有慢地震发生的话,那么检测慢地震将成为预测大地震的突破口。不过,就目前而言,地震学家还不知道如何区分可能引发大地震的慢地震和无害的慢地震。

小 贴 士:断层

地壳受力发生断裂时,两侧岩石沿破裂面发生显著相对位移所形成的构造。断层的规模有大有小,大的断层可长达数千千米,向下可切穿整个地壳。

俯冲带

大洋板块向大陆板块下面俯冲形成的构造带。根据板块构造学,大洋板块向某一方向移动,遇到大陆板块彼此相撞时,大洋板块的密度较大,并处于较低部位,它便会插到大陆板块之下。


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