地球科學

無聲地震的威脅

大地悄悄滑動,寧靜地醞釀一場叛變
一旦時機成熟,大量崩落的土石
便會激起千尺高的海嘯,引爆一場驚天動地的災難!

撰文/瑟維利(Peter Cervelli)
翻譯/王季蘭 
審訂/馬國鳳
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地球科學

無聲地震的威脅

大地悄悄滑動,寧靜地醞釀一場叛變
一旦時機成熟,大量崩落的土石
便會激起千尺高的海嘯,引爆一場驚天動地的災難!

撰文/瑟維利(Peter Cervelli)
翻譯/王季蘭 
審訂/馬國鳳
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2000年11月,夏威夷大島經歷了10多年來最劇烈的地震,使得奇勞亞火山(Kilauea vocano)南坡2000多立方公里的土石傾瀉入海,釋放出地震規模5.7的巨大能量。部份震動區域的正上方每天有上千遊客駐足,為了一睹大島最令人歎為觀止的熔岩流。然而,當地震發生的剎那,竟無人發現,連地震學家都沒察覺。

為什麼這麼顯著的地震會沒有人發覺?事實上,就如上述的例子,震動並非地震發生的要素,奇勞亞火山事件正是「無聲地震」(silent earthquake)第一批具體記錄之一,這是直到最近幾年才被科學家確認的一種大規模地震。的確,要不是我在美國地質調查所夏威夷火山觀測站的同事,使用一種敏感儀器網絡去監測火山活動的話,我永遠不會發現這類型的地震。最後我注意到,奇勞亞火山南側有沿著地下斷層滑動10公分的現象,而且這個過程共耗費約36小時;這種速率對一個地震來說,簡直有如烏龜爬行。在一個典型的地震中,斷層兩側相對的滑動速率是以秒為單位來計的,這個過程足以產生震波,使地表搖晃、震動。

但是,既緩慢又安靜的地震並非不具威脅性。我和一同監測的夥伴很快就意識到奇勞亞火山的無聲地震,可能就是災難的預兆。要是相同體積的石塊和碎屑獲得了動量,並且選擇以巨大山崩的型式來發洩的話,這些石塊和碎屑便會脫離火山、快速衝入大海,結果將引發難以想像的災害。當崩解的土塊落入海中,激起高聳擎天的海嘯,整個環太平洋沿岸的城市便會遭受威脅。如同地質學家所聲稱的,這樣的「災難性邊坡崩坍」(catastrophic flank failure),會是全球火山島的潛在危機。

無預期的翻攪

值得慶幸的是,無聲地震的發現亦未嘗不是件好事兒。災難性邊坡崩坍發生的機率其實很低,而記錄無聲地震的儀器也使及早發出預警成為可能。新的證據指出,若是以可能引發無聲滑動的條件來考量的話,採用大膽的策略來因應邊坡崩坍則會較為合適。在一些未有邊坡崩坍問題的地區,也有無聲地震的發生。對於這些無聲地震的了解,能夠提供資訊,進而激發學者改進預測地震的方法。

無聲地震以及災難性邊坡崩坍的連帶關係,是在研究其他潛在天然災害時無意發現的。破壞性地震和火山在日本及美國西北環太平洋地區一直受到重視,因為這兩個地區的板塊正不斷隱沒到地球深部,形成「隱沒帶」。自1990年代初,地質學家就開始在這些區域和沿著活火山的邊坡上(如奇勞亞火山),部署了大範圍的全球定位系統(GPS)接收器,形成一個持續記錄的接收網路。從超過30顆導航衛星傳回的訊號,這些儀器會計算受監測區域任何時刻在地表的位置,最小可觀察到幾公釐之間的變化。

部署這些GPS接收器的科學家希望看到的,不只是板塊構造的地殼緩慢持續地移動,也想看到由地震或火山引起的相對快速運動。當儀器監測到與任何已知地震或火山活動無關的微小地表移動時,他們不免有些吃驚,而就在研究人員把地表移動的情形畫在地圖上後,他們發現它的型態與斷層活動的某道特徵相似極了!換句話說,一個已知斷層其中一側的所有GPS站,大體上都沿著相同方向移動了幾公分。若說這樣的型態是花了一年或更久的時間才形成的,其實並不令人訝異,因為科學家早就已經知道「斷層潛移」(fault creep)這種緩慢平穩的作用。然而,若位移的速率是一天幾公分的話,這個神秘事件便是以幾百倍的速率發生的。撇開速度快慢不談,這些無聲地震還賦予其他相對滑移事件不同的屬性,使它們與斷層潛移有所區隔:它們不是持續穩定的過程,而是個突發事件,來得快、去得快。