雨雪有助于地震断层线承受压力

一点点。
seasonal earthquake stress
左图描绘了干燥的夏末季节(左)的应力,此时地表附近储存的水量最少;右图描绘了冬季过后蓄水量最大的早春季节(右)。一项新研究发现,这些应力变化可能有助于引发加利福尼亚的“微型”地震。Christopher Johnson,加州大学伯克利分校地震学实验室。

大自然的伟力塑造着我们星球的每一寸土地,但在加利福尼亚,主要有两个重要的因素:从天而降的水(或缺水)以及地震。

长久以来,许多研究人员认为两者之间没有关联。地震会影响地下水和含水层,但雨水却不会,而且在大多数情况下,人们认为雨雪对地球的影响不足以真正影响地震。

然而,今天发表在《科学》杂志上的一项研究发现,季节性降水与地震之间存在联系,尤其是那些非常微小的地震。

加利福尼亚的大部分地区有两个鲜明的季节——湿季和旱季。在湿季,水库蓄水,山顶积聚积雪,地面充满水分。在干旱的月份,所有这些水开始流动、融化和蒸发。该地区集中了大量的此类水,其总重量如此之大,以至于它会对地球施加微小的压力。

加州大学伯克利分校的地球科学家 Christopher Johnson 和 Roland Bürgmann 使用一个名为EarthScope 的传感器网络,该网络跟踪我们脚下地面的微小移动,测量到了地球的季节性形变。该网络包括GPS 测量(就像您手机里的 GPS 一样),可以记录地表如何响应应力而移动。例如,每季都会有大量的水被倾泻到其上。

Bürgmann 说:“这与积雪和水的重量压在地球上有关,我们看到的是地球在添加和移除这些重量时如何发生形变。”

他们的发现

通过分析 2006-2014 年间因降水造成的季节性变化,并将其与同期地震记录进行匹配,研究人员能够显示出地震与加州季节性降雨之间的相关性。

Bürgmann 说:“这表明存在足够强的相互作用,以至于水圈的变化确实对构造板块在小地震发生方面产生影响。”

大多数地震都是小型震颤——震级在 2.0 以上(低于此震级,震动通常小到无法感知),但仍然小于过去发生过的一些大规模地震。

他们发现,水荷载对地震的影响很大程度上取决于地震起源断层的形状。断层是地壳中的裂缝,允许运动发生,它们在地面上的排列方式多种多样

Bürgmann 说:“当内华达山脉在夏季隆起时,会减小挤压力,从而降低断层之间的挤压力,这时我们会看到更多的小地震。”

但在该州的另一些地区,例如塞拉山脉以东的东加州剪切带断层,地下的断层排列方式不同。在那里,冬季的降水反而导致了更多的地震。因此,有些地区可能会出现季节性地震变化,但并非所有地区都在同一个季节。Bürgmann 表示,他们在这些小型地震中看到的模式也应适用于大型地震,但需要更多信息来确定季节性水循环可能产生的影响程度。

Bürgmann 说:“这与其他地震触发因素类似,例如美国中部的诱发地震活动。我们给了(断层)那个额外的推力,使其提前发生,或者使其推迟一点。” “你无法证明因果关系,但通过增加微小的应力,你永远不知道个别地震是否最终是由于这个原因。”

那么,这是否意味着加州本季大量的降雪和降雨将导致更大规模的地震?Bürgmann 经常被问到这个问题。简短的回答是他们还不知道。

Johnson 和 Bürgmann 的研究结果涵盖了九年来的整体情况,以解析季节性变化,未能区分具体年份,也无法比较多雨年与干旱年,但他们希望未来的研究能够关注具体年份或季节。

资金问题

但是,为了让这项研究得以继续,科学家需要能够获取分布在全国各地的极其精确的传感器网络。

Bürgmann 表示,没有这个网络的建设和投资,这项研究是不可能实现的。“我们可以看到一切使地球移动的因素,从板块构造到地震,再到水荷载,”Bürgmann 说。但随着预算讨论的继续,该网络的未来尚不明朗。

Bürgmann 说:“来自美国国家科学基金会的初始资金将于 2018 年到期。“每个人都认为会找到解决办法来维持这项工作,特别是考虑到测量员、交通运输部门,以及许许多多的人现在都依赖这些数据,但我们还没有找到解决方案。所以我们都有些焦虑,想看看这个问题将如何解决。”

未来工作

Bürgmann 计划扩大他的研究范围,以探索水影响地球运动的其他方式。冰川长期以来一直被认为会压迫地壳,而现在它们正在迅速融化,Bürgmann 计划前往阿拉斯加,看看这些更大的水重变化可能如何影响该地区地震,而该地区——就像加利福尼亚一样——正处于不断震动之中。

人们也希望这项工作能有助于我们理解地震。就其性质而言,地震发生在地下——在难以观察的地点和尺度上。

Bürgmann 说:“我认为这不会帮助我们预测地震。” “最终,它可以帮助我们更好地理解地震的危害。”

虽然像预测大型风暴系统那样预测特定地震目前仍然过于复杂而无法实现,但研究人员正在利用这项工作来模糊地瞥见该地区地震的未来。了解天气和地震之间的联系,可以帮助地震易发地区居民大致了解未来可能发生的情况。

Bürgmann 说:“我们提高解决这种联系的能力的水平越高,看到断层如何运作的机会就越大,我们能追踪其承受的力就越密切,我们就会越了解是什么导致了地震。”

 

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