当新闻报道今天凌晨日本东海岸发生里氏7.3级地震时,我们的第一反应是担心海啸。去年3月袭击日本并造成1.5万人死亡的毁灭性地震,很大程度上之所以如此具有破坏性,是因为随之而来的海啸——巨大的海浪,高达几十米,涌入内陆达十几公里。幸运的是,今天的地震及其余震似乎影响甚微,海浪也没有高到造成破坏的程度。
但这也让我们想知道。旧金山湾区,可能是美国大陆最著名的地震带,每年都会发生几十次小地震——而就在一个世纪前,旧金山几乎整个城市都被一场地震夷为平地。然而,我们却从未担心过旧金山会发生海啸。这是缺乏远见,还是另有原因?
海啸——这个词源于日语,意为“港口”和“波浪”——与普通波浪不同。虽然它们可能由海底滑坡甚至气象条件引发,但通常是由于巨大的能量通过移动的海水传递而产生的。是什么造成了海水的移动?地震。
地震有几种类型,而地震引发的海啸类型之间的差异正是我们寻找答案的地方。大多数地震是由地球地壳板块相互运动引起的,你们都知道这一点,因为你们都很聪明。所以有几种“板块边界”类型,以及几种“断层”类型。这些差异令人困惑,因为它们非常非常相似,但你可以大致认为,板块边界概括了板块运动的总体趋势,而断层描述了板块的碎片如何相互作用。由于旧金山与日本的问题是一个宏观问题,我们将用板块边界这个宏观语言来讨论。
所以,板块边界!有三种主要类型:汇聚型、离散型和转换型。汇聚型是指两个板块相互碰撞;离散型是指它们相互分离;转换型是指它们相互侧向摩擦。我们暂时搁置离散型,因为旧金山和日本都不需要担心它们。
板块的运动不是平滑的,也不是干净利落的;板块会粘在一起,然后弹开,像橡皮筋一样来回弹动。(是的,当谈论这么多岩石时,它倾向于表现出弹性。)最需要了解的关于汇聚型板块的一个重要术语是俯冲。俯冲是指一个海洋板块撞击一个陆地板块(或“大陆”板块)。海洋板块由较重的岩石构成,所以当太平洋板块撞击日本时,它就滑到了日本陆地板块之下。并非所有汇聚型边界都是这样运作的;有时,两个大陆板块会相互碰撞,并在碰撞点形成山脉,这正是印度和亚洲目前的情况。但俯冲不会产生喜马拉雅山——只会带来一大堆麻烦。
俯冲会引起海底的剧烈变化。记住,地震不是平稳发生的;这两个板块已经碰撞了无数年,在某些地方相互粘连,被推入地幔,然后突然,“砰”地一声!接触点后面的部分海底被抬升,出现在奇怪的、不均匀的位置。如果你把一块纸板挂在桌子边缘,然后把边缘向下折叠,它会迫使桌面上仍在边缘的纸板向上翘起。这和这里发生的情况有点类似;受影响的不仅是两个板块碰撞的地方。而是整个海底的大片区域突然隆起。
这导致了巨量的海水被取代,而水传递能量非常有效。想象一下跳进浴缸——水会发生剧烈的反应。所以你有 tons and tons of 水,涌向海岸。当它靠近海岸时,它会加速一段时间,因为水的空间变小了,就像你用拇指部分堵住喷水管一样。但最终,由于与海底的摩擦,它开始减速。事情开始变得糟糕:水可能在减速,但它的振幅在增加。(振幅指的是这个缓慢形成的波浪或一系列波浪的高度。)所以它稍微减速,但这并没有让危险性降低,因为波浪在收缩的同时也在升高。然后它击中海岸,就成了海啸。一个巨大的他妈的波浪。
这就是在日本发生的事情。但旧金山不是这样。
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旧金山和日本都处于地震风险之中,因为它们靠近板块边界。但它们不是同一种板块边界。还记得那三种类型:汇聚型、离散型和转换型吗?日本面临的是单一的汇聚型边界,而旧金山则要面对多条断层,而关键的是转换型断层。
旧金山的地震状况极其复杂,坦率地说,有点混乱。我们面对的不是一条断层线和两个板块,尽管它通常被简单地称为圣安德烈亚斯断层。圣安德烈亚斯断层是太平洋板块(海洋板块)和北美板块(陆地或大陆板块)之间的界线,它是一个转换型边界。这意味着这两个板块不是相互碰撞,而是相互滑动,剧烈刮擦,然后粘连在一起,再突然弹开。上一次圣安德烈亚斯断层真正爆发是在1906年,任何北加州人都会知道那场“大地震”。1906年的地震摧毁了旧金山80%的地区,造成数千人死亡。
但是,如果你沿着圣安德烈亚斯断层向北走,你会最终到达一个分叉口,三条断层在此汇合。这被称为“三联点”,是戈尔达小海洋板块介入,进行一场“各输 all”的构造争斗的地方。戈尔达板块与北美板块的边界实际上是一个汇聚型边界,就像日本那里一样,但戈尔达板块非常小,它没有多少力量能够引发如此大的动荡。它被深埋在地壳中,大部分时间都处于锁定状态,不动弹。但那绝对不是一个安全的地方;戈尔达板块与北美板块之间的这条断层被称为卡斯卡迪亚俯冲带,它是少数几个能够引发8.5级以上“巨型逆冲”地震的俯冲带之一。那里已经三百年没有发生过了,但总有一天还会再发生(尽管它可能比旧金山更重创美国西北部和不列颠哥伦比亚省)。
所以,圣安德烈亚斯断层和卡斯卡迪亚断层,这是其中两条。最后一条,戈尔达板块与太平洋板块相遇的地方,被称为门多西诺断层,它也是一个转换型(滑动)边界;这条断层上的震动会定期在北加州引发地震。
在影响旧金山的三条主要断层中,有两条是转换型断层,一条目前(但令人不安地)处于休眠状态。转换型边界对陆地上的危险程度与汇聚型边界不相上下;它们仍然会剧烈摇晃陆地,可能导致火灾、洪水以及各种灾难。但它们不会突然取代海水,因为它们是侧向运动,而不是上下运动。所以,没有海水被取代,就没有海啸。这就是为什么没有人担心巨大的海浪会把金门公园变成一片沼泽。
艾米丽·埃勒特对本文贡献了大量内容。