有关“大地震”的新数据让我们更清楚地认识到不可避免的地震灾难

1700 年 1 月 26 日，一场海啸袭击了日本。我们从描述沿海洪水的书面记录中得知了这一点。然而，这些记录最值得注意的是它们没有描述的内容。海啸是由地震引起的水位移的结果，但 1700 年的海啸与日本感受到的任何地震都没有关联——没有预警震动。相反，这场“孤儿海啸”是一场横跨太平洋、位于现在的俄勒冈州和华盛顿州海岸的大地震的结果。同样的事件在太平洋西北部土著人的口头传统中也有所追溯，其中包括地动天惊和洪水泛滥的记载。在长期被淹没的幽灵森林的年轮中也有所追溯，这些幽灵森林在 1700 年生长季节开始前突然死亡。

此次地震估计震级为 9 级，根据有关整个定居点和部落消失的故事，这对太平洋西北地区来说是一次灾难性事件，也是人类历史上已知的最大地震之一。通过现代地质分析，现已明确，1700 年的这场地震是过去 10,000 年里该地区发生的 40 多次重大地震之一，也是同一时期大约 20 次 9 级或以上地震之一。每次地震都是卡斯卡迪亚俯冲带造成的，卡斯卡迪亚俯冲带是一条长约 600 英里的断层线，从不列颠哥伦比亚省南部延伸到加利福尼亚州北部。沿着断层，较小的胡安德富卡海洋板块正在下方滑动，并迫使更大的北美板块向上移动，摩擦力和压力不断增加，最终爆发。

十多年来，地震学家一直警告说，另一场地震即将来临。从时间平均来看，该地区大地震（约 8 级或更大）大约每 230 年发生一次，而更大的地震（9 级及以上）大约每 500 年发生一次。距离上一次地震已经过去了 324 年多。尽管导致地震的突然移动和断裂不会像钟表一样准时发生，但它们最终还是会发生。

一项新研究为我们提供了前所未有的两大碰撞板块的深入研究。这项研究于 6 月 7 日发表在《科学进展》杂志上，其中包括下部板块地形的图像，并证实了整个俯冲带被分割成更小的块体。这些数据和分析将有助于改善对未来地震和海啸的预测，并帮助太平洋西北地区做好应对地震的准备。

它提供了“卡斯卡迪亚断层前所未有的详细视图，我们知道该断层有可能发生大地震”，西雅图美国地质调查局的研究地球物理学家艾琳·沃思（Erin Wirth）告诉《大众科学》 ，她没有参与这项新工作。“这些结果将成为未来地震和海啸模型的关键输入，”她说。

2021 年的 41 天里，研究小组成员乘坐一艘先进的研究船在海上航行，船上有数千台水下录音设备，这些设备在船后拖曳了数英里。它们向海底发射强大的声脉冲，并用灵敏的水听器收集回声。根据这些回波信号的强度和时间，科学家们能够确定断层大部分的地形和特征，这项研究的共同作者、华盛顿大学地球物理学教授哈罗德·托宾 (Harold Tobin) 解释说。“它的工作原理类似于雷达，”他指出。

然而，尽管这些方法的要点可能很简单，但分析它们收集的大量信息却并非如此。“所有的处理工作都需要超级计算机级别的工作。这也是这篇论文现在才发表的原因之一，”托宾补充道。他预计这项研究将成为众多研究中的第一项，因为他、他的同事和其他科学家将进一步深入研究数据集。

俄勒冈州立大学海洋地质学教授克里斯·戈德芬格 (Chris Goldfinger) 也认为，这篇论文“实际上只是触及了表面”。戈德芬格没有参与这项新研究，但他是世界上研究卡斯卡迪亚俯冲带的顶尖专家之一。“他们做了大量工作，但数据集的深度要深得多。未来几十年，新的东西将会从中涌现出来，”他说。

在数据库的初步探索中，托宾和他的合著者已经确定了一些重要结果。首先，他们的分析证实了先前存在的理论，即较小的水平断层穿过上部和下部板块，将俯冲带分成几段。（具体有多少段取决于如何定义分界线，但大约在三到五个之间。）在地震事件中，可能涉及任意数量的这些段，并且一次滑动的段越多，受影响的区域、震级和灾难规模就可能越大。

另一个重要发现是：托宾说，华盛顿海岸外胡安德富卡板块的某个部分（或多个部分，取决于如何切割）非常光滑平坦。“与直觉相反，两个板块边界处较光滑的断层比较粗糙的断层更有可能发生大地震，”他补充道。光滑意味着板块之间接触更多，更大面积上的摩擦更多，阻碍滑动事件蔓延的地质特征更少。当华盛顿板块破裂时，后果将尤为严重。“我们可以推断，它代表了未来地震破裂风险的最大部分，”他说。

这项研究还提供了有关俯冲带的更精细的信息，包括整个区域的断层深度。在断层沿线的许多地区，新数据显示断层比以前认为的要浅（即更靠近海底表面）。“这可能会对地面震动和海啸危险产生影响，”Wirth 说。“离断层越近或断层离地面越近，地面震动就可能越强烈，海啸的威力也可能会越大。”不过，她强调，需要进行更多的分析和量化，才能更好地了解这一现象的确切影响——以及研究中的每一个观察结果。这就是模型的用武之地。

“没有人能保证下一次事件究竟会带来什么后果，”托宾说道。大事件（或者说真正大事件）“可能明天就发生，但也可能真的发生在几个世纪之后……你知道得越多，你就越能建立起指南。”

沃思和美国地质调查局的同事已经开始将这些新信息添加到他们的模拟中。最终，这些计算机测试的结果将被灾害研究人员用来制作更准确的震动图，被工程师用来测试建筑设计和响应，被地方和州政府用来制定建筑规范。

尽管其规模和深度前所未有，并且有助于改进未来的模型，但即使是新的静态数据也有局限性。赖斯说，它缺少断层最靠近海岸线部分的图像，而这对于预测地震影响“非常重要”。戈德芬格说，船的路径在研究区沿线的每个数据收集轨道之间留出了大约 50 公里的距离。从过去的工作来看，可以用一些信息填补这 50 公里的空白，但远没有新数据那么详细。“这是一组非常好的数据集，”他说，“但 50 公里的线间距相当大，中间还有很多我们仍然看不到的东西。”

然而，我们不需要更多的数据就能知道，太平洋西北地区仍然严重缺乏应对大地震的准备。“科学界的共识足够坚定，因此这一情况不会发生根本性改变，”戈德芬格说。“我们目前的情况是，我们在脆弱的城市下面发现了一颗定时炸弹。”近年来，一些改造学校和建造海啸疏散塔的草根努力取得了成功，但俄勒冈州和华盛顿州仍然远远落后于其他地震多发地区，如日本，甚至邻近的加利福尼亚州。人们倾向于认为“倒塌的建筑物仅限于土耳其或海地——这些地方没有建筑规范或执行不力，”戈德芬格说。“但太平洋西北地区与土耳其和海地的情况相同，因为我们直到 1994 年才有符合要求的建筑规范。”

西雅图、波特兰、塔科马和地震区内的其他主要城市到处都是极易倒塌、没有钢筋的砖石建筑。海啸淹没区内的沿海学校没有可用的疏散路线。戈德芬格说，即使是关于如何在地震中最好地保护自己的标准建议也可能不适用于卡斯卡迪亚地区的许多地方和处于危险中的人们。“我们的基础设施非常脆弱，大地震即将来临。我们该怎么告诉人们呢？”

更正 2024 年 6 月 7 日下午 7:17 ：关于光滑胡安德富卡板块的引文的归属已更新。有关土耳其建筑规范的详细信息已得到澄清。