揭开高频率地震波的神秘面纱

过去对于高频率地震波的原因了解不多,但现在有科学家找到新的解释。 发表于《自然》期刊的研究指出,断层在各次地震间愈合的时间越长,一旦断层再次错动破裂,地震波的速度就会越快。

“我们可以将断层想像成地层中的裂缝或伤口。当断层愈合时,与人皮肤愈合时的情况很像,表面会产生一些物理或化学变化。”作者麦可是美国地质调查所博士后研究员,他表示实验模拟显示出断层在它们愈合时变得更有力,而愈合的过程也影响了下一次的地震。

麦可更提到,虽然下一次的地震,就规模而言不见得会比较大,但强度却可能变得更为强烈,并伴随更多快速震动的发生。这影响到的不只是断层的力量,还有断层破裂时地层震动的方式。断层愈合的程度越大,地震发生时所产生的快速震动也越多。

断层受到挤压时会先有愈合的现象,直到摩擦力无法抵抗外力,错动而释放能量。

另一位研究作者葛拉瑟是加州大学柏克莱分校地震工程学教授,他表示地震工程师希望能更了解及预测地震波,但高频率地震波让他们难以测量或用电脑进行模拟。

在地震发生时,高频率地震波会造成许多损害,是因为它能与人造建物,像是住宅、桥墩或道路产生共振现象。葛拉瑟表示,这个断层愈合模拟模型,可以解释311日本大地震复杂的高频率地震波纪录。他说,日本大地震的高频率地震波源位于断层深处,离断层滑动最大的地方有一段距离。如果这些区段愈合的程度越大,就更可能发出高频率的地震波。

为了模拟高频率的地震波,研究者首先用树脂玻璃砖做出8吋大小的断层模型,葛拉瑟表示,这是模拟岩石的好素材,且为了让模型更加逼真,研究团队还让砖块的表面变得崎岖。

接着研究团队开始对砖块施加压力,模拟在地震断层上作用的摩擦力。当断层愈合时,研究人员看到个别接触点滑动,能量也随之转移。当挤压持续进行、更多接触点滑动,压力在连锁效应下持续转移,直到最强的接触点也滑动后,便释放出累积的能量,就像地震的发生一样。

研究人员将他们在实验室的观测结果,与在圣安德烈亚斯断层带(San Andreas Fault)重复地震的记录进行比对。这些数据取自加州的帕克菲尔德,世界上地震发生区域中最被密集记录的地点之一。

汤玛斯与麦可两位科学家研究帕克菲尔德的地震纪录,指出自前次地震以来,距离上次地震的时间越久,小地震的震动越快,就像实验室所预测的结果。

专门研究地震波的华盛顿大学教授菲多虽然没有参与这项研究计画,不过他认为这是个严谨的研究。他也提到,发现愈合程度较多的断层,比过去预期还更具破坏力,令人有些沮丧,藉由断层活动来评估危险性也还不够准确。不过,比起较难了解的断层史,这会是全面评估潜在威胁的关键。

麦可表示,实验室模型与真实断层之间有段距离,但这项研究确实是更进一步了解地震的成果,因为他们已经开始了解一些潜在的物理原理,并将之与地震发生的方式进行连结。

作者:柚子皮皮,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/dili/2413.html