去年一月,芝加哥经历了一场持续多日的零下严寒,当地电视台WGN询问观众是否被夜晚的砰砰巨响吓到过。
一位女士说她一整夜都在担心管道、屋顶和暖炉。另一位女士说她手持刀具,搜遍了整个家寻找入侵者。还有人猜测严寒是否会杀死正在飞行的鸟类,让它们螺旋坠落。气象学家们纷纷给出了自己的解释:冰震。
“它们有点奇怪,”美国国家气象局的气象学家布莱恩·杰克逊说,他在纽约州罗切斯特长大,从小就听过冰震发出的裂响和巨响。“如果你从未听过,然后突然听到一声,会让人感到毛骨悚然。”
与地震一样,冰震(也称冻震)会产生震动、隆隆声和爆炸般的噪音。但与地震不同的是,地震是由于地球地壳缓慢移动的板块突然滑动造成的,而冻震是由冻土或地下水突然开裂引起的,并且是由天气驱动的,而非构造活动。
水在寒冷时会做出一些疯狂的事情,虽然听起来简单。当其他液体冷却时会收缩,而水在结冰时实际上会膨胀约10%。这就是为什么装满水的冰盘会制出圆顶冰块。
你的冰箱里发生的事情也会在地下发生。根据西部安大略大学地球科学家的一篇2018年论文,在零下温度下,冰的表层是脆性的——但其下方是更具可塑性、可移动的冰。当地下水结冰时,它会膨胀并积聚压力,直到冻震像一个装得过满的气球终于爆裂一样,爆炸性地释放掉应力。
“这种震耳欲聋、快速的断裂和喧嚣就是冰震,”两位伊利诺伊州的气象学家史蒂文·巴塔利亚(Steven Battaglia)和大卫·张农(David Changnon)在他们2016年的一篇文章中解释道。他们说,一套特定的天气事件结合在一起,为冰震创造了完美的条件。
最重要的是,冻震需要温度从接近冰点急剧下降到零度以下。“必须迅速变冷,这样所有的水才会同时开始结冰,而且无处可去,”杰克逊说,“最终它就会断裂。”
冰震也往往发生在渗透性强、吸湿性好的材料中,如沙子或砾石,这些材料容易被雨、冻雨或阵雪浸湿。一层一到六英寸厚、不足以隔绝地面免受严寒侵袭的积雪也可能是一个促成因素。威斯康星大学麦迪逊分校的冰川学家卢卡斯·佐特(Lucas Zoet)解释说,像池塘或河流这样的水体也可以提供湿气来源,使附近的沉积物饱和。佐特本人就有亲身经历:他曾在大学校园附近感受过一次冰震,校园位于分隔门多塔湖和莫诺纳湖的一块陆地上。
令人惊讶的是,区分冰震和你日常听到的普通巨响可能很困难。根据西部安大略大学2018年的论文,像冰震这样的小型地震事件很难精确测定,因为化学爆炸、矿业诱发地震、建筑爆破甚至重大的文化活动(如俄亥俄州立大学的橄榄球比赛)都能产生自己的地震波。但当地面震动事件与急剧下降的温度同时发生时,冻震的可能性就大大增加——尤其是在有季节性霜冻的地区,如加拿大以及美国中西部和东北部地区。
两百多年前,即1819年,美国地质学家爱德华·希区柯克(Edward Hitchcock)据称首次在北美报告了冰震。在一封写给《美国科学杂志》的信中,希区柯克报告了马萨诸塞州迪尔菲尔德地面的一处巨大裂缝。他写道:“3月4日凌晨一点左右,住在该地点以南一英里处的塞思·谢尔顿(Seth Sheldon)先生一家,因为醒着,被来自北方的巨大响声惊吓到,他们的房子和家具都剧烈摇晃。”希区柯克说,住在该地点附近的其他人也被这喧嚣声吵醒,他怀疑这与附近河流洪水随后遇冷空气前锋有关。
地球物理学家安德鲁·拉科瓦(Andrew Lacroix)在1980年写道,在接下来的几十年里,气象学家们继续记录“由冻结作用引起的震动”。1921年1月,纽约格伦斯福尔斯发生一系列同时发生的冻震,被误认为是一次地震。三十年后,即1952年1月29日,根据拉科瓦的说法,佛蒙特州伯灵顿的一次冻震在地面造成了长达2英里的裂缝。而就在上个月,佐特向威斯康星州麦迪逊市的居民解释,他们可能感受到了该市每年一次的冻震。
他说:“威斯康星州地震不多,所以人们不习惯经历那种穿过地面的波动。但我们每年至少会发生一次。”
尽管它们可能令人吃惊,但这种爆炸性的冬季现象并不被认为危险。佐特说:“你可以想象它们可能会裂开人行道之类的东西,但它们震动不足以摧毁建筑物。它们不是大地震。”