摇晃地球物理:一种改进海啸预测的新模型

定量预测地震和海啸是地震学研究的长期目标。地震破裂的行为尚不完全清楚，浅地震和深地震之间的差异往往导致对海啸作为次生灾害的预测不足。西班牙海洋科学研究所(CSIC)的Valentí Sallarès博士和César R. Ranero博士开发了一种新的模型，该模型基于地壳内部深度改进了地震破裂行为的知识。随着对地震特征的更好理解，海啸的更好预测是可能的。

地震是地球上最具破坏性和不可预测的自然灾害之一。它们经常导致同样不可预测和具有破坏性的次生灾害，如滑坡和海啸，这经常阻碍对受影响社区的救援工作。从沿着小断层线几乎探测不到的隆隆声，到随着构造板块移动导致大范围破坏的剧烈震动，地震每天都在提醒我们，地球是一个地质活跃的星球。

地震的确切行为是地球物理学家不断研究的主题。Valentí Sallarès博士和César R. Ranero博士在西班牙海洋科学研究所工作，他们对俯冲带地震的行为特别感兴趣，俯冲带地震是破坏性最大、最容易引发海啸的地震。他们希望通过更详细地了解它们，我们可以努力预测它们可能发生的时间，以及它们是否会造成次级危害，这样当地社区可能会有一些预警。

什么是地震?
地球的最外层是由脆弱的地壳层组成的，破碎成无数块，它位于地幔的上层。地质学家将其统称为岩石圈。在这下面是软流圈，地幔的下一层岩石几乎处于熔点。岩石圈在这个较弱的软流层上方缓慢移动，带着构造板块穿过地球表面。通过地震学，科学家们已经对地壳和地球的内部结构了解了很多，他们研究了地震和其他自然和人工来源的地震波是如何通过不同的层和地球表面传播的。

所有的构造板块在地球上向不同的方向移动，彼此摩擦、撕裂或碰撞，其力量如此之大，以至于数百万年以来的碰撞所产生的挤压压力，形成了全新的山脉。这些是板块边界，在这里我们经历了地球上大多数的自然地震。

当两个构造板块相互摩擦而形成的能量突然释放时，地震就产生了。这些金属板的边缘并不光滑，它们经常会锁在一起一段时间。所谓的应变能被储存起来，直到在板块边界累积的应力足以克服块体。这导致大量的应变能突然被释放，产生地震波，沿着地球表面的岩石以及向下向地核传播数百公里。正是这些地震波引起了地球表面的震动，这就是我们所经历的地震。

地震和海啸
地震的破裂点或震源可能很浅，仅在地球表面以下几公里，也可能有几百公里深。地球表面的裂缝正上方的点被称为震中，通常在靠近这一点的地方能感受到地震波最强烈的震动。

近海沟俯冲地震往往比类似震级的深层地震造成的地面震动更弱。

板块边界的位置和突然运动的类型通常是控制地震强度和可能出现在地球表面的次级危险的类型的因素。在俯冲带，一个板块在另一个板块下面缓慢滑动，可以看到最强的地震。大洋岩石圈板块通常由密度较高的玄武岩组成，这些玄武岩会在大陆岩石圈地壳之下俯冲。两个板块之间的接触是一个巨大的逆冲断层，延伸数百公里。沿着这些断层线发生的板块间地震是地球上最强烈的，有时超过9.0级，被称为巨型逆冲断层地震。当这些俯冲带出现在海洋之下时，地壳板块的移动和大地震会频繁引发海啸，因为大量的水会随着地壳的移动而迁移。

复杂的地震力学
地震破裂行为极其复杂，多年来一直在进行研究。大型逆冲地震发生在逆冲断层的特定区域内，该区域构成了汇聚板块边界的俯冲带。这是地震带，通常延伸到地表以下约5公里至50公里的深度。

发生在浅层的大地震经常导致海啸。这些地震与发生在地壳深处的地震大不相同。它们可以持续更长时间，辐射不同类型的能量，并导致沿断层的大量滑动(岩石运动)，从而导致海底变形和随后的海啸。然而，与更深的地震相比，它们通常只引起适度的地面震动，因此近地表地震引起海啸(海啸潜能)的可能性常常被低估。目前还没有模型可以解释或预测所有这些地震行为的差异，尽管大多数人认为复杂的断层行为可能是由于断层系统之间的地质差异和断裂深度。

一个新的地震行为模型
Sallarès博士和Ranero博士开发了一种新的概念模型来推断断裂特性，包括更好地预测哪些地震有可能引发海啸。通过对地震特征和机制的更多了解，他们表明，准确预测地震行为的差异是可能的。他们认为，浅地震和深地震之间的差异不是由于与岩石类型有关的断层力学的差异。相反，他们的模型显示，这些差异可以通过观察俯冲带中构造板块的弹性特性(岩石抵抗变形的程度)来解释。有了这些知识，他们就可以定量地预测地震行为。

随着对地震破裂行为的更好理解，有可能更好地预测哪些大型逆冲断层地震将引发海啸。

研究小组编制了一系列地震层析成像模型，绘制了地震波如何通过世界各地不同的俯冲带传播的地图，特别关注上覆的地壳板块和板块间边界的位置。他们利用这些数据来估计岩石的弹性特性，发现地壳岩石随着深度的增加而变得更加坚硬，这是一个系统的趋势。这解释了浅地震和深地震在行为上的一些关键差异。深度较深的地震持续时间较短，在断层面上显示较小的位移，但通常会引起较高强度的震动。

他们的模型基于这样一个事实:地震期间岩石的大部分变形和释放的应力都发生在俯冲带的上覆板块中，而俯冲的板块保持相对被动的状态。这表明，为了解释大型逆冲断层地震的行为，地震学家必须将上覆板块的弹性岩石属性作为地震破裂行为的主要控制因素。新的模型可以准确地预测地震的特征，比如破裂的持续时间，它沿着断层传播的速度，以及基于地壳内部破裂深度的震动强度。

改进海啸预测
随着对地震破裂行为的更好理解和对其一些关键特征的预测，就有可能更好地预测哪些大型逆冲断层地震更有可能引发海啸。Sallarès博士和Ranero博士已经证明，以前无法解释的大海啸可以通过应用他们的模型来解释。这个新模型可以根据地壳破裂的深度定量预测地震的关键特征。准确估计这一点对于更精确地预测海啸发生的可能性至关重要，并避免与较浅地震有关的海啸预测不足。更好的海啸风险预测和早期预警方案对于海啸风险最大的沿海社区的安全至关重要。