2025年3月28日，緬甸西北部發(fā)生7.9級地震，震源深度30公里。這場地震不僅導(dǎo)致緬甸仰光等地建筑受損、河道抬升1.2米，還波及中國云南多個州市，昆明、景洪等地居民感受到長達(dá)120秒的劇烈晃動。地震12分鐘后發(fā)生了6.4級余震。
地震以及后續(xù)次生的災(zāi)害風(fēng)險，再次引發(fā)全球?qū)Φ卣鹂茖W(xué)的關(guān)注。
我們對地震究竟了解多少？
今天，就讓我們通過以下5本書籍，一同探索地震。
01
舊金山大地震
發(fā)生于1906年的舊金山大地震，其劇烈震動雖僅持續(xù)約40秒，卻在親歷者記憶中凝固成永恒的災(zāi)難圖景。這場災(zāi)難不僅瞬間摧毀了整座城市，更為現(xiàn)代地震學(xué)研究奠定了重要基礎(chǔ)。地震中，未采用鋼筋加固的磚砌建筑和煙囪幾乎全部坍塌，這一慘痛教訓(xùn)直接促使加利福尼亞州出臺建筑強制加固法規(guī)。值得注意的是，盡管木構(gòu)和鋼構(gòu)建筑在地震初期表現(xiàn)出較強抗震性，但木質(zhì)結(jié)構(gòu)的易燃特性導(dǎo)致油燈傾覆和壁爐火星迅速引發(fā)連鎖火災(zāi)。持續(xù)四日的烈焰吞噬了約28,000座建筑，使75%的城區(qū)化為焦土，造成的經(jīng)濟損失超地震直接破壞的十倍有余。
△1906 年舊金山大地震：扭曲裂開的街道
此次地震在科學(xué)史上具有里程碑意義：作為首批運用現(xiàn)代科學(xué)方法系統(tǒng)研究的地震事件，其研究成果為地震學(xué)學(xué)科體系構(gòu)建提供了關(guān)鍵支撐。1908年發(fā)布的《州地震調(diào)查委員會報告》雖未明確將斷層活動與圣安德烈斯斷層關(guān)聯(lián)，亦未識別其走滑運動特性（水平位移為主而非垂直錯動），但開創(chuàng)性地記錄了北起托馬利斯灣德爾加達(dá)角、南至圣胡安包蒂斯塔的斷裂系統(tǒng)，并首次提及白水峽谷等地的地質(zhì)擾動。報告詳細(xì)標(biāo)注了海沃德斷層（奧克蘭地區(qū)）和圣哈辛托斷層（棕櫚泉西側(cè)）等關(guān)鍵地質(zhì)構(gòu)造，系統(tǒng)分析了同震滑坡、地殼形變等現(xiàn)象。
△ 加利福尼亞州圣安德烈斯斷層：圖中標(biāo)出了斷層線上的主要城市
現(xiàn)代研究確認(rèn)此次地震矩震級達(dá)7.8級，震中位于外海3公里處的貽貝巖組區(qū)域，沿圣安德烈斯斷層形成南北向477公里的地表破裂帶。這份開創(chuàng)性報告被譽為現(xiàn)代地震學(xué)研究基石，其方法論和發(fā)現(xiàn)至今仍深刻影響著地震科學(xué)的發(fā)展軌跡。
02
地震
在一個板塊同另一個板塊之間發(fā)生水平滑動的地帶就產(chǎn)生轉(zhuǎn)換型邊界。而兩個板塊彼此相向運動的地帶則產(chǎn)生匯聚邊界。有時，巖石圈板塊運動時會發(fā)生碰撞。在板塊交會處所產(chǎn)生的壓力能引發(fā)地震。地震在多年的活動期里改變著地貌的外形和特征。
△巖石圈板塊相對運動示意圖：洋中脊位于軟流圈地幔上升流的正上方，屬于離散板塊邊界。地幔橄欖巖在這里發(fā)生減壓熔融。這個過程產(chǎn)生了洋中脊玄武巖和洋殼玄武巖。遠(yuǎn)離洋中脊，洋殼逐漸冷卻，密度變大，因此洋殼開始下沉并返回地幔，形成俯沖帶(匯聚板塊邊界)。這一區(qū)域?qū)?yīng)著軟流圈地幔對流循環(huán)的下降流。根據(jù)板塊構(gòu)造理論，俯沖作用一般發(fā)生在陸殼之下，但有時也可以發(fā)生在洋殼下部。在俯沖帶，俯沖的洋殼巖石圈發(fā)生脫水熔融，引發(fā)巖漿活動。而在轉(zhuǎn)換邊界，其兩側(cè)板塊做走滑運動。值得注意的是:火山活動大多發(fā)生在板塊邊緣，無論是匯聚板塊邊界還是離散板塊邊界。
△ （a）世界主要巖石圈板塊，箭頭指示板塊運動的方向。（ b）板塊從離散邊界向匯聚邊界運動。
地震每天發(fā)生在全世界許多地方，大部分是輕微的，只能被記錄地震波（seismic wave）的地震儀所覺察。但是不時會有大尺度的地震發(fā)生，例如2003年的伊朗地震（3.5萬人死亡）和1976年的中國唐山大地震。
△ 電影《生生長流》劇照
大多數(shù)地震發(fā)生在環(huán)太平洋帶。在那里，來自匯聚中的巖石圈板塊的應(yīng)力最大。阿拉斯加州的阿留申群島，日本、中美洲和印度尼西亞每年都經(jīng)受著許多強度稍小的地震。
△年輕火山和地震震中的位置。
03
海嘯
如果一次地震、火山噴發(fā)或者水下滑坡發(fā)生在海洋底部，震動了其上的水體，就會產(chǎn)生一種海洋波浪，稱為海嘯（tsunami，源自日語，tsu意為海港，nami意為波浪，又譯作“津浪”）。
這種波浪在開闊的海洋上傳播的速度很快，幾乎難以覺察，就像迅速上漲的潮水，因此往往被錯誤地當(dāng)作“潮汐波”，盡管它們與潮汐沒有關(guān)系。然而，當(dāng)它們接近海岸和進(jìn)入淺水區(qū)時，由于同海底的摩擦作用而使波浪速度減緩，水面升高到海平面以上15米，甚至更高。海水帶著巨大的力量掃蕩沿岸陸地，特別是在將浪波約束在狹小空間的狹窄的海港或海灣，其勢尤甚。
2004年11月26日， 當(dāng)?shù)貢r間07:59（ 協(xié)調(diào)世界時00:59），距蘇門答臘島以西100km，位于東印度洋安達(dá)曼和尼科巴群島海域長達(dá)1300km 的大洋俯沖帶上發(fā)生了9.3級大型逆沖型地震（megathrust earthquake）。相鄰板塊突發(fā)水平移動（超過20m）使海底產(chǎn)生高達(dá)10m的垂向位移，引發(fā)破壞力極大的海嘯。
△ 蘇門答臘島班達(dá)亞齊的一座清真寺挺立在廢墟中。
盡管確切的數(shù)字未知，但是這次災(zāi)難造成了約20萬人死亡，經(jīng)濟損失超過13億美元。一些經(jīng)濟學(xué)家估計，這場海嘯將造成一百萬人終身貧困。海嘯襲擊蘇門答臘島海岸時高達(dá)30m，這是目前世界范圍內(nèi)最高的海嘯記錄。這次海嘯過程被全球范圍內(nèi)分布的高精度驗潮站觀測，并且開闊海域的海嘯波高被多個衛(wèi)星觀測，像這樣廣泛的觀測記錄實屬首次。這些近岸和開闊海域的海嘯波高數(shù)據(jù)被用于改進(jìn)MOST模型（Method of Splitting Tsunami），該模型用于預(yù)報全球范圍內(nèi)的海嘯傳播和水位高度，其目標(biāo)是快速可靠地預(yù)報襲擊近岸區(qū)域的海嘯。通過對比實際觀測的海嘯波高與MOST模型模擬結(jié)果，可以揭示海嘯傳播上千千米而能量衰減很小的控制因素。
地震發(fā)生3個小時后，距震源南側(cè)1700km處，位于科科斯群島的實時驗潮站首先監(jiān)測到了海嘯。數(shù)據(jù)顯示第一波海嘯的波高約為30cm，隨之而來的是一系列長時間的水位振蕩，最大峰谷范圍為5cm。位于印度和斯里蘭卡的監(jiān)測站與震源的距離相同，它們獲得的觀測值是科科斯群島觀測數(shù)據(jù)強度的10倍。這些強度不同的有效波高分布與數(shù)值模型結(jié)果相符，模型也清楚地表明了蘇門答臘海嘯的傳播方向。
△ MOST模型計算得到的2004年蘇門答臘海嘯全球能量傳播圖。圖中，星形表示震中位置，填充顏色表示計算得到的模擬海嘯在44小時的傳播過程中的最大波高，等值線表示計算得到的海嘯波到達(dá)時間，圓形表示指定驗潮站的位置及其測得的海嘯波振幅（結(jié)果分為3個等級）。上方小圖顯示模型模擬的斷層位置和孟加拉灣內(nèi)的海嘯波高情況，4個次斷層的滑動情況（從南向北依次為21m、13m、17m和2m）與衛(wèi)星高度計測量數(shù)據(jù)高度吻合，與地震和大地測量數(shù)據(jù)反演相關(guān)性好。
長期以來的大西洋海嘯監(jiān)測記錄表明，海嘯能量沿著大洋中脊傳播。在太平洋，蘇門答臘海嘯的波群往往包含兩個或兩個以上的“ 波包”，這些“波包”具有不同的波高和頻率特性。由于太平洋很廣闊，大多數(shù)沿岸區(qū)域可以有兩種不同的傳播方式。
盡管在2004 年的海嘯事件中，印度洋盆地之外的區(qū)域沒有直接的傷亡損失報道，但是模型研究表明，海嘯能量在全世界海洋范圍內(nèi)傳播。這說明，不同海域的海嘯可以通過震源和地形波導(dǎo)作用將波能傳播到遙遠(yuǎn)的海岸區(qū)域，危害性極大。
04
慢地震
有地質(zhì)證據(jù)表明，遠(yuǎn)古時代的邊坡破壞事件的規(guī)模，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類自誕生以來經(jīng)歷過的所有的邊坡破壞事件。
舉例來說，約7.3萬年前，佛得角（Cape Verde，位于非洲西海岸）群島中某座火山島嶼的一側(cè)發(fā)生了災(zāi)難性的崩塌，由此形成的海嘯將重達(dá)90噸的巨石拋到了50千米之外的一座小島上，這塊巨石落在了180米高的地方。
這些規(guī)模極大的地質(zhì)事件提醒我們，人類并不能通過短暫的視角觀察到地球的全部習(xí)性，而我們認(rèn)為的“正常的”景觀過程，可能更像是災(zāi)后救援人員試圖恢復(fù)基礎(chǔ)設(shè)施的活動。
20世紀(jì)80年代末，地質(zhì)學(xué)家有時會在古斷裂帶中發(fā)現(xiàn)一種獨特的玻璃質(zhì)巖石；其名稱煩瑣，為假玄武玻璃（pseudotachylyte）。研究表明，假玄武玻璃是局部摩擦熔融的產(chǎn)物，而該現(xiàn)象僅在地殼的滑動速度達(dá)到每秒數(shù)米時才會產(chǎn)生，即地震期間。這一發(fā)現(xiàn)使得地球科學(xué)家能夠直接觀察斷層在震源巖石上方滑動所產(chǎn)生的物理結(jié)果。自2000年開始，結(jié)合了高分辨率GPS地面運動監(jiān)測設(shè)備與更強大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的新一代地震臺陣（seismic array），幫助我們發(fā)現(xiàn)，斷層的行為比人類想象的豐富得多。
如今地球科學(xué)家已經(jīng)記錄到了被稱為慢地震（slow earthquake）的中等事件。目前為止，緩慢地震活動的成因與后果仍舊成謎。許多地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，這些事件可能與滲透到變形巖層中的流體有關(guān)；若是如此，古老巖層中的礦化裂縫，即巖脈（vein，多種金屬礦石的來源），實際上可能是古時慢地震的記錄。雖然這個概念十分新奇，但更重要的問題是，緩慢的地震與突發(fā)的破壞性地震之間存在何種關(guān)系。慢地震究竟是通過一點點地釋放能量來減輕斷層的壓力，還是預(yù)示著潛在的規(guī)模更大的災(zāi)變性事件（catastrophic event）？ 世界各地（美國西部、新西蘭、日本和中美洲）斷層帶的研究結(jié)果表明，對于不同的深度與斷層帶而言，該問題的答案可能不盡相同。這是一個令人不安的結(jié)論。此外，從幾百年到上千年的時間尺度來看，斷層可能擁有人類目前還無法觀測到的隱秘習(xí)性。
內(nèi)容來源丨《世界礦物圖鑒》
策劃&編輯丨后浪科學(xué)
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