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Feb. 23 2019

一場持續了50天的地震,為何眾人一無所悉?

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  • 一場持續了50天的地震,為何眾人一無所悉?

「你可以稱這種地震為幽靈地震。」一位地質學家這麼描述稱為「緩慢滑移事件」的地殼構造現象。

黎明為土耳其伊斯坦堡的奧塔科伊清真寺灑上玫瑰色的光輝。附近馬摩拉海裡的鑽孔,揭露了土耳其地底最新的緩慢滑移事件。
PHOTOGRAPH BY ROBERT HARDING PICTURE LIBRARY

時間回到2016年夏天,有一場大地震襲擊了土耳其西北部。這不是什麼稀奇的事,畢竟這個地區坐落在高度活躍的分支斷層網之上,所以以前就發生過一些非常強烈的震動。

但這場地震怪異的地方在於持續了50天,卻無人察覺。

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根據《地球與行星科學通訊》期刊的一份新研究,這次震動是一種非常奇特的地震,被稱為緩慢滑移事件(slow slip event)。緩慢滑移不像「一般」地震那樣突然搖晃造成地殼破裂,而是沿著斷層做平緩的移動,不會如一般預期那樣釋放損害性地震波,亦即不會造成震動。

「你可以稱這種地震為幽靈地震。」此研究的主持人派翠西亞.馬丁尼茲-卡容(Patricia Martínez-Garzón)說,她是位在波茲坦的荷姆霍茲德國地球科學研究中心的地質力學研究員。那麼到底什麼是緩慢滑移事件?對地震災害整體又代表什麼意義?請看以下報導。

斷層滑動的方式

緩慢滑移事件是2000年代早期在美國西北太平洋地區的卡斯卡底隱沒帶(Cascadia Subduction Zone)發現的,不久之後,紐西蘭的隱沒帶也發現了這種事件,倫敦帝國學院研究地殼構造演化的副教授蕾貝卡.貝爾(Rebecca Bell)說。

在2000年之前,地質學家就一致同意斷層的破裂方式主要分成兩種,一種是黏滑斷層(stick-slip faults),能卡著不動數十萬年,然後突然破裂引發大地震;另一種斷層則是相當消極地移動,速度比指甲生長還要慢。

「緩慢滑移事件讓我們了解到,斷層的滑動方式其實在上述二者間具有連續漸變的形式。」貝爾說。這些珍奇的事件釋出的總能量和一場突然發生的大地震差不多,但是因為發生的時期非常久,所以能量從未轉換成任何地表的震動。如果將大地震比喻成火藥桶爆炸,那麼緩慢滑移事件就好像是蠟燭慢慢地燒掉燭身的燃料。

緩慢滑移事件的步速如同冰河,絕對不是低估。50天漫長的土耳其地震也許聽起來很慢,但其實並不是很特別,巴黎高等師範學院的地震物理研究員露西兒.布哈特(Lucile Bruhat)說。

據她所知,有紀錄的緩慢滑移事件中,持續最久的是在阿拉斯加,它引發了一個震度7.8的事件,花了至少9年才落幕。而因為持續的時間這麼久,直到停止前研究人員還以為斷層漸進的移動只是當地的常態現象。

尋找幽靈般的地殼運動

緩慢滑移事件移動得這麼緩慢,表示除非你有心尋找否則很容易就會忽略掉。更重要的是,因為沒有地震波所以地震儀偵測不到這種事件。地質學家第一次注意到緩慢滑移地震是因為全球衛星定位系統(GPS)測站的資料中,有記錄到地球表面的形狀出現變化。

在這篇新論文裡,馬丁尼茲-卡容和她的團隊使用馬摩拉海中的鑽孔捕捉到土耳其的這個案例。這些孔洞裡裝滿了張力計來測量周圍岩石緩慢的變形。有時候從沿著斷層移動的微弱震動,也能追蹤到緩慢滑移事件的發生。

「用一個很好的比喻來說,就是有人走在樓上的木地板上,」布哈特說:「雖然看不到人,但是從木頭地板的嘰嘰拐拐聲,我們就能追蹤人的移動。」而當科學家知道該尋找什麼之後,他們就發現緩慢滑移事件在世界各地的隱沒帶附近都有出現。

「緩慢滑移事件非常普遍,而且大多都是無害的。」布哈特說。

例如在卡斯卡底隱沒帶,記錄為規模6.0的緩慢滑移事件,平均來講能維持2到3個星期,而且每15個月會重複發生,甚至還有網站在事件發生的時候會讓你知道。而沿著日本的南方硫球隱沒帶,類似規模的事件每隔5到9個月就會再度發生。

紐西蘭則有兩個緩慢滑移事件的發生熱點。一個是在首都威靈頓的地底,這裡的這種事件相當於規模7.0的地震,不過因為過程花了12到18個月,而且又在相當深的地方,所以這個城市的居民一無所知。

另一個熱點就位在紐西蘭北島的東北角,這裡較淺層的緩慢滑移事件有相似的規模,但卻更加怪異。這裡的事件幾乎每隔18個月到2年就會規律地重複發生,「規律到幾乎預測得了下一個事件即將在哪裡發生。」貝爾說。這給了地球科學家難得的機會,讓他們在恰好的時間點設置儀器觀測這些事件。

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被壓著慢慢走

偵測緩慢滑移事件只是拼圖的一小片。我們認為這種事件很奇特的這個事實,正好顯示出我們才剛了解這種現象。對想要捕捉幽靈地震的人來講,找出觸發緩慢滑移事件的原因才是當務之急。

但是到目前為止,「緩慢地震的起源和特性還是有點神祕。」東北大學地球物理助理教授加納將行說。

緩慢滑移事件可能是由我們還不清楚的斷層物質奇特的機械性質所驅動。也有可能是因為緩慢滑移斷層處在高流體壓力之下,也就是說因為滑潤程度較佳而能以平緩的速度慢行。在實驗室模擬這些情況的實驗似乎支持這個觀點,不過還不清楚在尺度更大的現實世界是不是就是如此。

愈來愈精細的觀測工作也許能解開這個謎題。馬丁尼茲-卡容的團隊目前就使用了許多張力計,涵蓋的範圍是土耳其在馬摩拉海周圍的地區。貝爾和同事為了解開造成緩慢滑移的斷層特性,也在紐西蘭希庫蘭吉(Hikurangi)隱沒帶部分地區埋下地震儀。國際海洋探勘計畫(The International Ocean Discovery Program)也曾經在這裡的隱沒帶鑽孔,直接取得與緩慢滑移事件相關的沉積物樣本,同時也發射震波通過這個區域,以便把當地的網狀斷層分布測繪得更好。

這些跨領域的努力對解開緩慢滑移事件的奧祕非常重要,加納說,而且可能因此能幫助我們了解更具毀滅性的其他種地震。

帶動地震還是被帶動

大地震顯然可以啟動緩慢滑移事件。馬摩拉海一個規模4.4的普通地震就發生在2016年緩慢滑移開始稍早之前。而在2016年紐西蘭的凱庫拉(Kaikoura)地震發生之後,那個地區到處都可以測到緩慢滑移現象。這種事件暗示了地震和非地震過程之間的交互作用,馬丁尼茲-卡容說。

「然而緩慢滑移事件能觸發地震嗎?」貝爾表示懷疑:「那是更大的問題,也是我們還沒解決的問題。」

這點對馬摩拉海確實很重要。這個區域是一些破壞力強大地震的震央所在,包括1999年造成1萬7000人死亡的伊茲米特(Izmit)地震。馬丁尼茲-卡容雖然很謹慎,但他也懷疑緩慢滑移事件可能會對其他較危險的斷層施加張力。

緩慢滑移事件也可能是預測未來破壞的關鍵。在2011年日本發生規模9.0的恐怖東北地震稍早之前,緩慢滑移事件就已經開始發生了,不過要分辨出那是不是巧合很困難,貝爾說。

如果最後能確定緩慢滑移會在大地震之前發生,那麼此地要做出能救命的地震預報,可能性就非常大。

「然而到目前為止,」布哈特說:「對於該如何區別能觸發大地震的罕見緩慢滑移事件,和無害的滑移事件,我們毫無頭緒。」

撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS

編譯:蔡雅鈴

延伸閱讀>> 台灣地震知多少 / 地震會引起火山爆發嗎?科學家為此吵翻天

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