地震是一种常见现象,每天都在全球的断层线上发生。大多数地震并不引起人们的注意,因为它们不构成威胁。然而,偶尔会发生灾难性地震,给世界各地的社区带来非常大的破坏和痛苦。例如,在摩洛哥阿特拉斯山脉发生了一次6.8级地震,摧毁了许多古老村庄,造成数千人死亡。此外,在2023年2月,土耳其和叙利亚的部分地区发生了两次大地震,造成了巨大的破坏。
作为一名地质学家,我致力于理解地震背后的力量,这让我们深入研究为什么某些地区经常发生地震,而别的地方在地震发生之前保持相对平静。地震是地球运行中的自然现象,其发生是由于地球外层的构造板块巨大的碎片的运动。当寒冷而密度较高的海洋板块与大陆板块碰撞时,海洋板块会滑入地球深处的地幔层下方。由于构造板块之间的不断移动和相互作用,这些板块偶尔需要移动以释放地球内部的热量。地震大洋中脊是一条长链的水下火山,在俯冲过程中,下沉的海洋板块会带动周围的物质形成一个缺口。
地震与两个主要的地质过程紧密关联:俯冲和裂谷。有趣的是,在20世纪50年代,这些现象对板块边界的初步发现至关重要。因此,建立了一个全球地震监测网络,以监控核试验。在监测过程中,地球物理学家发现了一个令人印象非常深刻的事实:大多数地震发生在相对狭窄的带状区域上,这些带状区域要么环绕海洋盆地的边缘(如太平洋),要么穿过海洋盆地的中间(如大西洋)。此外,人们还注意到俯冲带地震表现出一种独特的模式。尽管这些地震在面向海洋的一侧往往较浅,但随着它们向大陆下方移动,它们的深度逐渐增加。这一有趣的发现帮助科学家弄清楚板块构造的复杂动力学以及其在地震中的作用。它还显示了与板块下降到地幔中相对应的板状特征。
将双手合拢并施加压力,这将代表两个构造板块边界的断层线;每只手代表这些板块中的一只,它们相遇的地方是断层。科学家们使用“弹性反弹理论”来解释这种情况:当你用你的肌肉代表板块构造系统时,当你向右手施加更多向前力时,你的右手突然向前倾斜。这种突然的向前运动是地震本身。
由俯冲带推动的构造板块每年可以以高达8英寸(20厘米)的速度移动。跟着时间的推移,构造板块沿其边界的摩擦逐渐使它们粘在一起。这种运动类似于地震,但驱动板块的力量不会停止,因此板块边界会再次积累弹性能量,为未来地震奠定基础。地震发生的时间取决于许多地质因素,可能是较快或较远。
由于海底岩石的坚韧性,构造板块的边界在全球海洋中相对狭窄且清晰。然而,当我们进入大陆地区时,板块边界通常表现为广阔的区域,其特征是崎岖的山区地形被许多断层交叉,这些断层是岩石移动的地壳裂缝,这些断层能持续很久,即使板块边界本身不活跃。因此,由于断层的重复行为,地震学家能够估计地震风险构造板块快速移动的板块边界。例如,环绕太平洋的板块更有可能经历频繁和强烈的地震,因此地震有时会发生在离实际板块边界很远的地方。
以较慢速度移动的板块边界断层需要更长的时间才可以做到临界状态,从而引发重大地震。在某些情况下,这种地震之间在大多数情况下要几百年甚至几千年的时间,这为城镇的发展提供了机会,也使人们逐渐失去对过去地震的集体记忆。摩洛哥是一个典型的例子。摩洛哥位于非洲板块和欧亚板块之间的两个主要构造板块之间的相互碰撞,导致从北非阿特拉斯山脉延伸到比利牛斯山脉、阿尔卑斯山脉以及南欧和中东的宽阔山脉。然而,由于这些板块在摩洛哥周围地区的运动缓慢,大地震并不经常发生。总之,板块边界的移动较慢,例如摩洛哥的板块边界,由于构造活动的渐进性,所经历的重大地震频率较低。这为咱们提供了更长的时间来适应城镇发展并逐渐消除对过去地震的集体记忆。
在美国,很多人都知道加州的圣安地列斯断层地震,以及它给旧金山和洛杉矶等城市带来的地震风险。1989年的圣安地列斯断层地震,发生在旧金山湾区的洛马普列塔,证明了毁灭性地震导致许多人死亡的原因并不是地震本身,而是建筑物的倒塌。尽管洛马普列塔地震的震级为6.9级,但摩洛哥地震造成了数千人死亡,很大一部分原因是美国城市旧金山和洛杉矶实施严格的建筑标准。这些标准旨在减少对人类生命的风险,并确保建筑物在地面震动时保持完整。
地震也有一种特殊情况,那就是海啸。当地震引起海底的移动和海水的移位时,海浪就会形成,并会造成毁灭性的后果。遗憾的是,地震研究科学家只能提供与地震活动相关的潜在风险或危害的估计,无法准确预测地震发生的时间。