2019年7月4日，加州里奇克萊斯特遭遇6.4級地震，隨后，178號公路出現(xiàn)裂縫。長期以來，地質(zhì)學(xué)家一直在研究地震發(fā)生前，一系列事件的先后發(fā)生順序，而加州南部詳細(xì)的地震目錄或?qū)⒔鉀Q這一謎團(tuán)。
攝影：FREDERIC J. BROWN, AFP/GETTY
撰文：JENNY HOWARD
幾十年來，科學(xué)家們一直在苦苦尋找地震將至的跡象。研究團(tuán)隊分析了電磁活動、天氣模式等等，然而唯一能做的就是把它們從清單中劃掉。
不過，也不是一無所獲，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了前震，即大地震之前的多次小地震。在實驗室里，前震幾乎引發(fā)了所有的模擬地震。但在現(xiàn)實中的地震數(shù)據(jù)里，卻沒有發(fā)現(xiàn)這種模式，這讓地震學(xué)家很苦惱。
現(xiàn)在，通過幾百萬份南加州高分辨率地震目錄，這一謎團(tuán)或?qū)⑺涫觥?/p>
在最近發(fā)表于《地球物理研究快報》的一項研究中，科學(xué)家們分析了該地區(qū)大大小小無數(shù)次地震的大量數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)地震發(fā)生前幾周到幾天時間里，地震活動明顯增加。據(jù)此，實驗室的研究結(jié)果終于與現(xiàn)實世界的地震情況相吻合，而且也給科學(xué)家?guī)砹诵判模呵罢鸹蛟S可以視為預(yù)警信號，人類在提高地震預(yù)測方面又跨出了一大步。
地震學(xué)聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)的地質(zhì)學(xué)家Wendy Bohon沒有參與此次研究，她表示：“這是我們加深對地震了解的第一步，也是一個巨大的飛躍?！?/p>
沖擊預(yù)警
大多數(shù)地震發(fā)生于斷層，或地殼裂縫深處，在那里，巖層滑動，產(chǎn)生摩擦。這一過程導(dǎo)致地殼中不斷積累應(yīng)力和應(yīng)變，直至這種張力以地震能的形式突然釋放，從而產(chǎn)生地震。Bohon把地震比作折斷鉛筆：多施加一些壓力，鉛筆就會彎曲一點，積累了足夠多的張力后，在某一點，鉛筆會被折斷。
近75%的地震發(fā)生于占據(jù)地球表面數(shù)千公里的構(gòu)造板塊邊界。我們知道，地球上地震不斷，以至于地質(zhì)學(xué)家很確信，每天都在發(fā)生地震，就在世界上某個地方。僅南加州，數(shù)據(jù)顯示，平均每三分鐘就會發(fā)生一次地震。
但想要精確地知道地震發(fā)生的時間地點，則困難得多。部分原因在于，地震發(fā)生于地表之下幾公里，很難直接觀測到。因此，科學(xué)家經(jīng)常利用實驗室里制造的人工地震，來模擬自然界的情況，揭開地震的秘密。
實驗數(shù)據(jù)顯示，地震前應(yīng)該有前震，當(dāng)斷層接近臨界應(yīng)力狀態(tài)時，會發(fā)生微小的斷裂。
但“真正的地震比簡單的實驗室模擬復(fù)雜得多”，研究著者、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的地震學(xué)家Daniel Trugman說道。
而且，前震相對較弱，科學(xué)家一直很難將背景噪音與這類巖石發(fā)出的隆隆聲區(qū)分開來。地震儀是用來“聆聽”地震的設(shè)備，會把地表活動的雜音也收錄進(jìn)來，從颶風(fēng)到汽車駛過再到馬鹿遷徙，所以科學(xué)家很難從中辨別出微小的前震。
“到目前為止，人們一直在爭論是否所有的地震都有前震，” David “Chas” Bolton說。他是賓夕法尼亞州立大學(xué)地球科學(xué)博士候選人，沒有參與此次研究。
由于沒有任何可靠的方法來探測前震、觀察其發(fā)生模式，科學(xué)家只能根據(jù)統(tǒng)計概率預(yù)測，在很長一段時間里，可能發(fā)生地震的時間。
震動問題
新的地震目錄提供了一個絕佳的機(jī)會。這篇論文于今年早些時候發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，其中記錄了2008年至2017年發(fā)生于南加州的181萬次地震，最低震級為0.3級。
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、加州理工學(xué)院的地震學(xué)家Zachary Ross說：“這就像有了一臺新顯微鏡：我們可以看到更多細(xì)節(jié)?！?/p>
在最近的分析中，研究團(tuán)隊用地震目錄，確定了其中72%的地震的前震序列。
但問題是，前震的時間和強(qiáng)度模式對于每次主震都是獨一無二的；而且，由于缺少統(tǒng)一的模板，科學(xué)家很難將前震序列與未發(fā)生大地震的地震群區(qū)分開來。
“我們不知道是否有前震診斷指南，”美國地質(zhì)調(diào)查局地震中心的地震學(xué)家Susan Hough說道。她沒有參與此次研究。先進(jìn)的設(shè)備帶來了更多的數(shù)據(jù)，也帶來了“缺失的”前震，或許還有一些更令人困惑的現(xiàn)象。
“有趣的是，這是否說明我們還沒能發(fā)現(xiàn)另外20%的缺失，”Bohon說：“也許不是每次地震都有前震序列，這意味著什么呢？”
提升預(yù)測水平的第一步
不過，從多次地震中尋找發(fā)生模式，將在未來為世界各地其他斷層帶帶來地震目錄。幾乎每個地震活躍的國家都有地震監(jiān)測項目，所以這類分析可以移植到各地，尤其是日本，那里的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量不亞于南加州。
“你會覺得，也許地球上每時每刻都在發(fā)生（前震），” Ross說：“這類事情總是會讓人們思考很多。”
目前，地質(zhì)學(xué)家很謹(jǐn)慎地指出，這一結(jié)果還只是第一步，在做出準(zhǔn)確的預(yù)測方面，我們還有很長的路要走。
“我們希望以后的預(yù)報是這樣：有50%的概率是6級或者7級地震，然后我們就可以把注意力放到天氣預(yù)報領(lǐng)域，去做一些有意義的事情，”Hough說：“但我們現(xiàn)在距離這個目標(biāo)還很遠(yuǎn)。”
Bohon也同意這一點，她表示：“在了解地震發(fā)生的所有細(xì)節(jié)之前，我們需要學(xué)會如何與地震共存，這樣生活在震區(qū)的人不僅能幸存，還可以在震后恢復(fù)發(fā)展。”
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