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地震预警不再是奢望:地震目录或将揭开谜底
查字典地理网 来源|2019-08-17 发表|教学分类:地理科普

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2019年7月4日,加州里奇克莱斯特遭遇6.4级地震,随后,178号公路出现裂缝。长期以来,地质学家一直在研究地震发生前,一系列事件的先后发生顺序,而加州南部详细的地震目录或将解决这一谜团。

摄影:FREDERIC J. BROWN, AFP/GETTY

撰文:JENNY HOWARD

几十年来,科学家们一直在苦苦寻找地震将至的迹象。研究团队分析了电磁活动、天气模式等等,然而唯一能做的就是把它们从清单中划掉。

不过,也不是一无所获,科学家发现了前震,即大地震之前的多次小地震。在实验室里,前震几乎引发了所有的模拟地震。但在现实中的地震数据里,却没有发现这种模式,这让地震学家很苦恼。

现在,通过几百万份南加州高分辨率地震目录,这一谜团或将水落石出。

在最近发表于《地球物理研究快报》的一项研究中,科学家们分析了该地区大大小小无数次地震的大量数据集,发现在大多数地震发生前几周到几天时间里,地震活动明显增加。据此,实验室的研究结果终于与现实世界的地震情况相吻合,而且也给科学家带来了信心:前震或许可以视为预警信号,人类在提高地震预测方面又跨出了一大步。

地震学联合研究机构的地质学家Wendy Bohon没有参与此次研究,她表示:“这是我们加深对地震了解的第一步,也是一个巨大的飞跃。”

冲击预警

大多数地震发生于断层,或地壳裂缝深处,在那里,岩层滑动,产生摩擦。这一过程导致地壳中不断积累应力和应变,直至这种张力以地震能的形式突然释放,从而产生地震。Bohon把地震比作折断铅笔:多施加一些压力,铅笔就会弯曲一点,积累了足够多的张力后,在某一点,铅笔会被折断。

近75%的地震发生于占据地球表面数千公里的构造板块边界。我们知道,地球上地震不断,以至于地质学家很确信,每天都在发生地震,就在世界上某个地方。仅南加州,数据显示,平均每三分钟就会发生一次地震。

但想要精确地知道地震发生的时间地点,则困难得多。部分原因在于,地震发生于地表之下几公里,很难直接观测到。因此,科学家经常利用实验室里制造的人工地震,来模拟自然界的情况,揭开地震的秘密。

实验数据显示,地震前应该有前震,当断层接近临界应力状态时,会发生微小的断裂。

但“真正的地震比简单的实验室模拟复杂得多”,研究著者、洛斯阿拉莫斯国家实验室的地震学家Daniel Trugman说道。

而且,前震相对较弱,科学家一直很难将背景噪音与这类岩石发出的隆隆声区分开来。地震仪是用来“聆听”地震的设备,会把地表活动的杂音也收录进来,从飓风到汽车驶过再到马鹿迁徙,所以科学家很难从中辨别出微小的前震。

“到目前为止,人们一直在争论是否所有的地震都有前震,” David “Chas” Bolton说。他是宾夕法尼亚州立大学地球科学博士候选人,没有参与此次研究。

由于没有任何可靠的方法来探测前震、观察其发生模式,科学家只能根据统计概率预测,在很长一段时间里,可能发生地震的时间。

震动问题

新的地震目录提供了一个绝佳的机会。这篇论文于今年早些时候发表在《科学》杂志上,其中记录了2008年至2017年发生于南加州的181万次地震,最低震级为0.3级。

RILEY D. CHAMPINE, NG STAFF

SOURCES: ZACHARY ROSS, CALTECH; USGS; GLOBAL EARTHQUAKE MODEL; SENTINEL-2 CLOUDLESS IMAGERY BY EOX IT SERVICES GMBH

研究合著者、加州理工学院的地震学家Zachary Ross说:“这就像有了一台新显微镜:我们可以看到更多细节。”

在最近的分析中,研究团队用地震目录,确定了其中72%的地震的前震序列。

但问题是,前震的时间和强度模式对于每次主震都是独一无二的;而且,由于缺少统一的模板,科学家很难将前震序列与未发生大地震的地震群区分开来。

“我们不知道是否有前震诊断指南,”美国地质调查局地震中心的地震学家Susan Hough说道。她没有参与此次研究。先进的设备带来了更多的数据,也带来了“缺失的”前震,或许还有一些更令人困惑的现象。

“有趣的是,这是否说明我们还没能发现另外20%的缺失,”Bohon说:“也许不是每次地震都有前震序列,这意味着什么呢?”

提升预测水平的第一步

不过,从多次地震中寻找发生模式,将在未来为世界各地其他断层带带来地震目录。几乎每个地震活跃的国家都有地震监测项目,所以这类分析可以移植到各地,尤其是日本,那里的地震数据质量不亚于南加州。

“你会觉得,也许地球上每时每刻都在发生(前震),” Ross说:“这类事情总是会让人们思考很多。”

目前,地质学家很谨慎地指出,这一结果还只是第一步,在做出准确的预测方面,我们还有很长的路要走。

“我们希望以后的预报是这样:有50%的概率是6级或者7级地震,然后我们就可以把注意力放到天气预报领域,去做一些有意义的事情,”Hough说:“但我们现在距离这个目标还很远。”

Bohon也同意这一点,她表示:“在了解地震发生的所有细节之前,我们需要学会如何与地震共存,这样生活在震区的人不仅能幸存,还可以在震后恢复发展。”

 

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