什么是霜冻地震?

在极地涡旋期间听到巨大的爆炸声?这就是原因。
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外面冷吗?半夜里你是否听到巨大的爆炸声?不用打电话给捉鬼敢死队——那很可能只是霜震。虽然这听起来像一个定格动画中的冰雪怪兽的名字,但它实际上是一种真正的地质现象。

霜震——如果你想用科学术语来说,那就是冰震(cryoseism)——并非“真正的”地震,因为它不是构造性的。地震发生时,巨大的地壳板块会以地质学上缓慢的速度移动,并突然滑动。有时两个板块会相互滑动,或者一个板块可能会俯冲到另一个板块下方。这些颠簸的运动是板块之间积累的摩擦力一次性释放的结果。它们不受天气影响。构造板块存在的时间尺度与我们渺小的人类时间尺度完全不同。

霜震也是压力突然释放的结果,但压力的根本原因截然不同——更像是造成道路上坑洼的力,而不是形成山脉的力。

你看,关于水的一个重要事实是,它在固态时密度较低。这就是为什么冰会漂浮在你的水杯中或冻结的池塘上(如果冰比水密度大,就像大多数液体的固态形式一样,我们的湖泊会从底部开始结冰)。这个事实在此案例中至关重要,因为它意味着被困在地下的水会随着温度下降到零度以下而膨胀。这种膨胀会迫使地面移动甚至开裂。大多数时候,这种情况发生得很慢。坑洼的形成是因为多孔沥青中被锁住的水结冰,通常在一个冬天里会反复结冰,导致路面破裂。春天时,这些碎片会被冲走,或者在汽车驶过时被碾碎。

同样的原理,更深层地下被困的水会导致开裂和断裂。霜震式断裂与坑洼的逐渐崩解之间的区别在于地面冻结的速度、深度和彻底程度。2016年对该现象的一项回顾指出,“霜震发生在冬季,当时地表温度从高于冰点快速下降到接近零下(华氏度)。”但它们需要的不仅仅是快速降温。在他们的回顾中,地质学家Steven Battaglia和气象学家David Changnon确定了决定霜震是否发生的四个关键变量

1. 该地区已易受霜冻影响

季节性霜冻的地区通常土壤水分含量较高,因为霜是由空气中的水分子形成的,但还需要温度从高于冰点迅速下降到低于冰点。充足的水分加上快速的温度波动,也使得一个地区容易发生霜震。

2. 地面被水饱和

如果地面一开始没有水,就不会发生地裂,所以要发生霜震,你需要土壤深处有大量水分。最近解冻或有某种液体降水(甚至是冬季混合降水)更容易导致泥土饱和,任何能让水渗入土壤的东西都可以。结冰的水越多,地面就越容易炸开。

3. 有少量积雪,但不多

几英寸的积雪表明最近有过某种降水。也许是纯雪,在稍暖和的温度下融化了一点,或者可能是冬季混合降水后来变成了雪。但如果你有超过六英寸的积雪,雪层就会过于隔热,阻止地面在气温下降时剧烈变化(这就是为什么雪屋和其他雪地住所相对保温的原因)。

4. 温度从接近冰点迅速下降到零度

我们说的是华氏度,不是摄氏度。当你大致处于或高于冰点时,地面上可能存在液体水,准备结成固体。迅速下降到接近或低于零度的温度,通常在16到48小时内,会导致地下水凝固,迅速膨胀。这会对周围的土地和岩石施加力,导致开裂。我们大多看不到这种地表开裂,因为它被一层薄薄的雪覆盖了,但在少数情况下,人们在听到霜震的巨大轰鸣声后,观察到了实际的地表裂缝。

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1999年1月18日晚上6:55,位于安大略省萨多瓦、乔治亚湾附近地震台记录到的霜震。加拿大地震局

所有这些条件都在芝加哥这次极地涡旋期间同时出现,因此气象学家已向多家新闻媒体证实,霜震是完全有可能发生的。如果你正在监测,你可以在地震仪上看到这些冰震。

与真正的地震相比,霜震的振动更为局部化,因为断裂点比构造板块的规模小得多——但它们仍然能产生足以将人震醒的巨大轰鸣声。

 

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Sara Chodosh

撰稿人

Sara Chodosh 在《Popular Science》杂志工作了 5 年多,她从编辑助理一路晋升为科学副编辑。在此期间,她逐渐接管了已停刊的杂志的“图表”板块。她对图表的喜爱最终促使她成为《纽约时报》的图形编辑。


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