科學家在大西洋發現怪異的「迴旋鏢地震」

撰文：MAYA WEI-HAAS
　　2010年春天的一個下午，一場7.2級的地震襲擊了Rosario Garcia Gonzalez位於下加利福尼亞的房子。González是庫卡帕土著社區的一位老人，後來他向科學家講述了當時不可思議的場景：在地震使地表裂開的同時，還揚起了一片灰塵，就像一輛汽車在灌木叢生的土地上飛奔一樣。
　　
　　不過，汽車似乎走錯了方向。
　
　　地震通常會沿單一方向撕裂地表，就像撕開一張紙一樣。不過，按照González的說法，地震產生的塵埃又開始衝回地震的發源地——與科學家們預期的完全相反的方向。
　　這次反向地震的目擊者描述令科學家們激動不已。Orlando Teran當時正在恩塞納達科學研究和高等教育中心攻讀博士學位，他稱上述描述「令人驚嘆」。不過，那天到底發生了什麼還未得到證實，因為地震證據無法證實González所看到的現象。
　　現在，一個國際研究小組終於獲取了一次「迴旋鏢」地震的詳細細節，記錄到地震沿一個方向傳播然後沿原來的方向返回的現象。

　　這場7.1級地震始於大西洋海底的一個裂縫，距離西非賴比瑞亞海岸1050公裡左右。起初地震向東和向上移動，然後翻轉方向，沿著斷層的上部向西和向下移動，其速度非常之快，以致於產生了地質版的音爆現象。
　　地震產生的劇烈震動通常集中在地震行進的方向。迴旋鏢地震，或者科學術語所謂的「反向傳播的斷裂「，則可能會使強烈的震動蔓延到更寬廣的區域。迴旋鏢地震究竟有多常見，以及多少迴旋鏢地震的傳播速度如此之快，目前尚不清楚。不過，這項近日發表在《自然地球科學》雜誌上的新研究，在揭開這些事件背後複雜的物理原理以及幫助我們理解其潛在危險方面邁出了重要的一步。
　　「這樣的研究有助於我們了解過去的地震是如何斷裂的，未來的地震可能如何斷裂，以及與靠近人口密集地區的斷層的潛在影響有什麼關係，」美國地震學研究聯合會的地震學家Kasey Aderhold通過電子郵件說。
海底地震
　　最近的迴旋鏢地震發生於大西洋中脊附近——南美洲和非洲構造板塊緩慢分離的地點。2016年春天，科學家們在大西洋中脊附近放置了39臺地震儀，以收集遙遠地震的地震波，試圖將構造板塊的底部可視化。
　　幾個月後，7.1級地震不期而至。倫敦帝國理工學院的地震學家、這項新研究的第一作者 Stephen Hicks說，地震發生在附近的斷層上，也就是眾所周知的羅曼什斷裂帶。
　　一連串的地震檢波器準確地記錄了地面的震動，其中包括一對疑似脈衝。出於好奇，Hicks和同事們進行了更仔細地觀察，發現這對脈衝似乎是地震的兩個階段。通過檢查震中的位置和每個震動階段釋放的能量，研究小組得以還原出此次地震的發生過程：地震最初是向東傳播，但後來又轉向西方。「地震的構造確實有些奇怪，」他說。
　　研究小組仍然不能確定地震是否發生了反向傳播。因此，Hicks聯繫了日本筑波大學的Ryo Okuwaki，後者正在尋找全球各地的其他地震儀捕捉到的迴旋鏢地震的信號。在短短幾天內，Ryo Okuwaki通過對這些遙遠痕跡的分析找到了一個答案：地震很可能發生了反向傳播。
　　進一步的計算機模擬表明，地震可能始於地下深處並向東移動，直到靠近大西洋中脊。到達大西洋中脊附近後，地震開始轉向，向斷層的上部快速行進。地震的第二階段移動得非常快，達到了所謂的超剪切速度。地震以大約每小時17700公裡的速度撕裂地表，相當於從紐約到倫敦只需18.5分鐘。速度如此之快，以至於堆積的地震波就像飛機超音速飛行時壓力波形成的馬赫錐一樣。超剪切地震產生的集中波錐可以進一步放大地震的破壞力。
一組迴旋鏢地震
　　弄清楚「迴旋鏢地震」發生的時間和原因對應對地震帶來的一系列風險來說至關重要。地震產生的震動可能會集中於斷層的一端附近，也就是地震行進的方向，類似於火車開過時喇叭發出的高音變低沉。「就像都卜勒效應，」 加州大學洛杉磯分校的地震學家Lingsen Meng 說，他不是研究小組的成員。雖然這種聚焦性震動通常被認為是朝向一個方向移動，但迴旋鏢地震可以聚焦兩個方向相反的區域的震動。如果是超剪切地震的話，震動的威力可能會更大。
　　不過，至少還有一個大問題有待回答：這種地震多久發生一次？
　　就像研究小組在大西洋觀察的那樣，超剪切速度的迴旋鏢地震可能是非常罕見的一種地震。「據我所知，這是迴旋鏢地震第一次被報導，」紐西蘭地質與核子科學研究所的地球物理學者Yoshihiro Kaneko說，他不是研究小組的成員。
　　不過，有關存在迴旋鏢地震的證據越來越多。科學家已經在計算機模型中對這類地震事件進行了研究，還在實驗室中進行了模擬。「理論上說迴旋鏢地震是存在的，但是在現實世界中很難看到，」英國利物浦大學的地球物理學博士Louisa Brotherson說，她在實驗室裡模擬地震。
　　法國蔚藍海岸大學的地震學者Jean-Paul Ampuero說，科學家曾在慢地震中觀察到迴旋鏢斷裂現象。慢地震並不伴隨劇烈的震動，而是在幾天甚至幾個月的時間裡緩慢釋放能量。他最近在計算機模擬中發現了反向傳播的地震。
　　其他地震中似乎也出現過迴旋鏢地震事件的跡象。Meng指出，一些科學家認為，2011年襲擊日本的9.0級東北大地震（日本有記錄以來最強烈地震）可能發生了一些迴旋鏢式的斷裂。2016年襲擊熊本的地震似乎也發生了類似的迴旋鏢式斷裂，Kaneko補充道。在那次地震中，最初的震動引發了一系列地震中的另外兩次地震，其中一次地震出現了反向傳播，與最初的裂痕發生了部分重疊。
　　「這種情況可能比我們想像的更常見，」Kaneko說。
　　分析地震的常用方法都基於地震朝向一個方向移動的假設，而這些迴旋鏢地震可能被這些常用分析方法掩蓋。「我們習以為常地不尋找這種地震，也沒預期它存在，」 Ampuero說。然而，就地震而言，複雜性似乎才是常態，而非特例。
　　就像Hicks說的那樣：「我們對地震的觀察越來越詳細，就越可能會發現更奇怪的現象和問題。」
（流浪狗）