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满月的时候更容易发生大地震?

时间: 2016年09月18日 | 作者: 吴非 | 来源: 环球科学
新研究指出,由于满月和新月时的潮汐力最大,因此容易引发更大的地震。

每年数百万起地震在全球各地发生并被地震仪器监测到,其中绝大多数悄无声息地出现在我们脚下,但有极少数却会发展成大规模地震,威胁人们的生命财产安全。目前,地震的预报仍然困难重重,但科学家正在揭开地震的本质,开发有效的地震早期预警系统。最近,日本东京大学的井出哲和同事在《自然·地球科学》(Nature Geoscience)上发表文章,提出大地震的发生概率与潮汐应力有关,这一发现或许有助于评估大地震发生的可能性,并为地震预警系统确定地震等级提供帮助。

 

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【图注】2009年发生于意大利的一场地震。图片来源:FLICKR

 

潮汐力是否可以诱发地震?自19世纪以来,人们就一直试图找出答案。然而时至今日,科学家仍未得出明确结论。质疑这一观点的学者认为,潮汐引发的作用力太小了——发生地震时,岩石破裂产生的应力可以达到潮汐力的数千倍,因此潮汐力很难对地震的形成产生影响。

 

然而,另一类板块运动——构造震颤(tectonic tremor)却对潮汐力高度敏感。与普通地震相比,构造震颤的出现的深度更深、强度更弱、持续时间更长——从数分钟到数周不等。由于能量在这一过程中的释放速度很慢,因此构造震颤属于一种慢地震,似乎难以引发大地震。

 

但在接受《环球科学》采访时,井出哲表示,由于慢地震与普通地震属于在断层不同深部的剪切滑移,因此他和同事认为慢地震很可能与地震相关联,并且能够增强地震的强度,诱发大规模地震。在2011年的日本大地震和2014年的智利大地震期间,其他日本团队就曾观测到慢地震现象。佐治亚理工学院地球和空间科学系的彭志刚教授(未参与本次研究)也在接受《环球科学》采访时表示,由于多数大规模地震最初形成于断层深部,接近慢地震区域,因此这一推论有一定的合理性。

 

通过构造震颤这一纽带,井出哲将潮汐力与大地震联系起来。为了找出潮汐力对地震的影响,井出哲和同事分析了1976-2015年间全球一万余次超过5.5级的地震,他们统计了所有地震发生当日的潮汐力最大值,并与地震前15日内每一天的潮汐力最大值作比较,从而得出地震当日的潮汐力在整个潮汐周期中的相对大小(15表示最大)。他们发现,在12起8.2级以上的地震中,地震当天的潮汐力较大,其排位多集中在10以上。

 

由于8.2级以上的超大地震样本容量有限,尚不能得出结论称这些地震多发于潮汐力较大的阶段。为了得到具有统计学意义的结论,研究团队对数据做了进一步分析,寻找地震震级与潮汐力的相关性。研究人员发现,地震当日的潮汐力越大,大地震出现的比例更高。(见下图)同时,研究团队对日本东北部和美国南加州地区的地震数据进行了单独分析,在对日本东北部的地震分析中,他们同样找到了震级与潮汐力之间的相关性。由于满月和新月时的潮汐力最大,这一具有统计学显著性的结论意味着,满月和新月时出现的地震为大地震的可能性更大。

 

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【图注】全球6.5级以上地震潮汐力与震级的关系图。蓝色、浅蓝色和红色分别表示潮汐力排位较小、中等和较大的情况。上图中,b值表示大地震的比例,b值越小,大地震的比例越高;下图横坐标为震级,纵坐标表示达到该震级的地震出现的概率。(图片来源:论文原文)

 

对于这一结果,井出哲认为,大规模地震可能是由小的断裂逐级发展而成,而应力分布的微小改变都有可能对断裂的发展起到决定性作用。潮汐力可以增强岩石的变形程度、改变应力分布,因此,当潮汐力较强时,小断裂更有可能发展成为大断裂。这一变化的直观表现就是,5级成长为9级地震的概率是潮汐力较低时的6倍,1级地震发展为9级地震的概率更是提高了40倍。

 

如果被证实,该研究或许将对地震研究起到重要的推动作用。彭志刚指出,在地震活跃的地区,如果我们能够精确估算潮汐力的变化,会对地震(尤其是强震)的短期统计预测有非常重大的意义。此外,该研究的结论还可能在地震预警中发挥作用。地震早期预警系统的工作原理是,根据地震最初几秒内的地震波迅速判断最终的震级,而把潮汐力引入预警系统后,可能提升震级判断的准确率。

 

地震发展过程中力学变化和岩层特性的复杂性使得彻底了解地震、预测地震的梦想仍然很遥远。但无论是对地震诱发因素的新认识,还是在地震预警等领域取得的进步,都是人类在抵抗地震灾害道路上走出的重要一步。正如井出哲在采访中所言,尽管该结论对于地震预测能力的提升程度远不足以用于精确预报地震,但它有助于帮助我们揭示地震的本质,这将会是通往地震预报道路上的一块重要基石。

 

撰文:《环球科学》记者 吴非

 

论文链接:

http://nature.com/articles/doi:10.1038/ngeo2796


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