世界上有儀器記錄的最大地震50周年*

世界上有儀器記錄的最大地震50周年*

50年前的5月，智利的一場(chǎng)特大地震開創(chuàng)了地震科學(xué)研究的新境界。Roff Smith回顧了那場(chǎng)世界上有儀器記錄的最大地震。

1 概述

1960年5月的一個(gè)星期六早上，智利南部發(fā)生了強(qiáng)烈地震，那些有幸從廢墟中站立起來的居民感到他們剛剛經(jīng)歷了一場(chǎng)大自然帶來的最慘痛的噩夢(mèng)。那場(chǎng)剛剛把他們的村莊夷為平地的地震規(guī)模后來被確定為8.1級(jí)

——是地球上當(dāng)時(shí)一年多來發(fā)生的最大地震。

當(dāng)圣地亞哥當(dāng)局正匆匆向?yàn)?zāi)區(qū)派遣救援力量時(shí)，他們絕不會(huì)料到這樣一場(chǎng)特大地震只是隨后發(fā)生的主震的開場(chǎng)鼓。就在第二天，即1960年5月22日下午，地球劇烈震動(dòng)，好似整個(gè)星球都在搖晃，并在隨后幾天里一直嗡嗡作響。在隨后的幾十年里，地震學(xué)家都在仔細(xì)研讀他們案頭的資料，試圖從中推斷出那場(chǎng)令人驚愕的地震究竟有多么強(qiáng)烈。他們隨后設(shè)計(jì)出一套測(cè)定地震規(guī)模的全新方法，將1960年的那次地震事件按對(duì)數(shù)震級(jí)確定為9.5——是迄今為止世界上有儀器記錄的最強(qiáng)烈的一次地震。

此次地震的能量比摧毀日本廣島的原子彈能量還要強(qiáng)20000倍，地震造成智利至少1500人喪生，其引發(fā)的海嘯高達(dá)25 m，海嘯毀滅了沿岸村莊，并將停泊的船只拋到1000 m外的內(nèi)陸。海嘯橫掃太平洋，在夏威夷的希洛(Hilo)造成61人死亡，隨后又繼續(xù)前行，給距震中17000 km的毫無防備的日本也造成沉重打擊，在那里又奪去了約140人的生命。

“這簡(jiǎn)直像個(gè)星球惡魔，”位于洛杉磯的南加州地震中心主任Tom Jordan說?！耙粓?chǎng)發(fā)生在南美洲的地震竟然會(huì)在日本奪走生命。”

那次事件雖已過去半個(gè)世紀(jì)，但地震惡魔永遠(yuǎn)不會(huì)讓人忘卻，而且最近發(fā)生的地震還引起了更加慘痛的傷亡——如2010年1月海地的災(zāi)難性大地震。2010年5月，美國地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)(AGU)將在智利的瓦爾帕萊索(Valparaíso)舉行特大地震與海嘯大會(huì)，許多代表都會(huì)來到1960年的地震發(fā)生地，紀(jì)念地震發(fā)生50周年，屆時(shí)，地震給自然景觀造成的創(chuàng)傷以及隨后的海嘯留下的沉積物必會(huì)令他們驚嘆不已。

“這是一次標(biāo)志性地震，是現(xiàn)代地震史上最重要的一次事件，”位于華盛頓州西雅圖市的美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)地震災(zāi)害工作組Brian Atwater如是說。Brian Atwater是此次大會(huì)的召集人。

那次地震同樣也是地震學(xué)史上的一次標(biāo)志性事件。1960年智利特大地震為地震學(xué)家提供了地球自由振蕩(地球受到大的震動(dòng)激發(fā)后其整體發(fā)生的如振鈴般的諧波振動(dòng))的第一個(gè)確鑿證據(jù)。在地震后的這些年里，研究人員學(xué)會(huì)了怎樣利用這些自由振蕩信息像為星球做CT掃描一樣識(shí)別地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2 地震留下的救生“遺產(chǎn)”

1960年后的10年中，那場(chǎng)智利地震以及1964年阿拉斯加9.2級(jí)地震都成了支持板塊構(gòu)造激進(jìn)學(xué)說的頗具說服力的論據(jù)——它們提供了教科書式的俯沖帶地震實(shí)例，即一個(gè)板塊俯沖到另一板塊下方。

此次地震帶來的不全是教訓(xùn)，它也留下了能夠拯救生命的“遺產(chǎn)”。它促使太平洋沿岸國家在20世紀(jì)60年代紛紛建立國際海嘯預(yù)警系統(tǒng)。另外，地震留下的海嘯沉積為地震學(xué)家提供了判定其他特大地震危險(xiǎn)區(qū)的模型，如北美西海岸近海的卡斯卡迪亞(Cascadia)俯沖帶等。

然而，從許多方面看，智利特大地震都來得太早，它恰巧發(fā)生在地球科學(xué)的技術(shù)與理論變革之際。位于伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學(xué)(Northwestern University)的地震學(xué)家Seth Stein說，“哪怕地震晚發(fā)生10年，我們從中得到的啟示也會(huì)多得多?！?960年，板塊構(gòu)造學(xué)說還是一個(gè)未來的概念，研究人員還不知道如何利用地球物理學(xué)理論來認(rèn)識(shí)此次地震。原本可以提供大量信息的全球地震臺(tái)網(wǎng)也在3年以后才就緒。

1960年的特大地震源自沿智利海岸線向南延伸的一條斷裂帶上約1000 km長(zhǎng)的破裂(下圖)。該斷裂帶兩側(cè)的板塊構(gòu)造滑移了20～30 m——在令人恐怖的幾分鐘內(nèi)就釋放了數(shù)百年積累的能量。

那次地震不僅是有史以來儀器記錄到的最大一次地震事件，其9.5的震級(jí)也已接近地球在一次事件中所能釋放能量的上限。位于Socorro城的新墨西哥礦業(yè)及科技學(xué)院(New Mexico Institute of Mining and Technology)地球物理學(xué)家、美國地震學(xué)會(huì)主席Richard Aster說，“這并不是說今后永遠(yuǎn)都不會(huì)發(fā)生更大的地震?！薄爱?dāng)然會(huì)的。但震級(jí)不會(huì)大太多，因?yàn)閿鄬拥囊?guī)模只有這么大、能量也只有這么強(qiáng)?！?/p>

為了表明那次地震的規(guī)模，Aster將20世紀(jì)全球發(fā)生的所有地震的能量都累加到一起，包括1960年智利特大地震以及震級(jí)超過9.0的1952年堪察加半島(Kamchatka)地震和1964年阿拉斯加地震。他將2004年蘇門答臘9.2級(jí)地震也作為一個(gè)額外的量計(jì)算在內(nèi)，并設(shè)想所有這些能量都在一次災(zāi)難性事件中突然釋放。那也只相當(dāng)于一次9.95級(jí)的地震?！翱隙ú粫?huì)有10級(jí)地震發(fā)生，”Aster說。

在這巨大能量中(100多年中整個(gè)地球所釋放的地震能量)，有四分之一的能量都源自震中位于智利南部海岸卡涅特(Ca?ete)附近的那次地震災(zāi)難。最能與之相匹敵的一次地震事件，即1964年阿拉斯加地震，其能量也只不過是智利特大地震的一半。

3 突破性發(fā)現(xiàn)

參加在Valdivia舉行的世界上最大地震50周年紀(jì)念活動(dòng)的有加州理工學(xué)院(Pasadena)的Hiroo Kanamori教授，他是地震學(xué)界的元老級(jí)人物之一，曾參與制定了用于精確測(cè)定地震規(guī)模的矩震級(jí)。Hiroo Kanamori不僅對(duì)此次地震的規(guī)模和尺度感興趣，而且也非常想了解它的特性，所以過去的一年中他一直在對(duì)已整整過去50年的1960年的那次地震資料進(jìn)行重新分析。

Kanamori重新計(jì)算了那次地震序列中最早一次地震的規(guī)模，他說，“誰會(huì)想到一次8.1級(jí)地震居然是前震?而且只是令人驚愕的前震序列的開始?！彼f，在主震前的33小時(shí)內(nèi)，共發(fā)生6次6級(jí)以上地震，而且一次據(jù)估算震級(jí)為7.8級(jí)的地震就發(fā)生在主震前的僅僅15分鐘?！皳?jù)我所知，歷史上還從未見過如此之大的前震序列?！?/p>

Kanamori又說，更加令人好奇的是主震前15分鐘內(nèi)在加州Pasadena的一個(gè)震動(dòng)圖中記錄到了奇特的長(zhǎng)周期振動(dòng)。記錄中的讀數(shù)暗示那場(chǎng)特大地震前地下深處可能會(huì)有一次強(qiáng)烈的慢地震。此次慢地震有助于觸發(fā)其后的主震，如果這次慢地震當(dāng)時(shí)被識(shí)別出來的話，那么那場(chǎng)主震將“僅僅是”字面意義上的特大地震而已，它便會(huì)被編入一個(gè)獨(dú)屬自己的地震類別。有跡象顯示其他大地震(如1944年日本Tonankai地震)可能也有類似慢震前兆，它們本身不會(huì)產(chǎn)生破壞性振動(dòng)。但正如智利特大地震一樣，這些零碎的證據(jù)只能激發(fā)人們的好奇心，而未能提供清晰明了的信息。

不幸的是，發(fā)生在智利的前震的巨大能量使其他少數(shù)幾個(gè)當(dāng)時(shí)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的高質(zhì)量地震儀上的讀數(shù)模糊不清，因此，沒有獨(dú)立證據(jù)支持Pasadena地震儀上那些奇異的讀數(shù)。但當(dāng)?shù)啬繐粽叻Q在9.5級(jí)主震發(fā)生前的時(shí)刻確實(shí)有異常情況發(fā)生。距震中約200 km的康塞普西翁(Concepción)的兩位地球物理學(xué)家回憶說，那次地震開始時(shí)只有輕輕晃動(dòng)的感覺，而不是通常宣告特大地震來臨的劇烈搖晃。

Kanamori說，“其中一位地球物理學(xué)家注意到停放在馬路上的汽車前后搖晃。”“這是一種對(duì)于大地震開始情景的非常奇特的描述，但他們都是具有專業(yè)知識(shí)的地震學(xué)家，所以對(duì)于他們的描述我們必須認(rèn)真對(duì)待?！?/p>

如果真有這樣一次深部的慢地震前兆事件，那么1960年智利特大地震的意義便會(huì)更加廣泛。Kanamori說，這就類似于究竟有多少科學(xué)家會(huì)相信一次發(fā)生在俯沖帶的大地震會(huì)沿Cascadia板塊邊界開始。那個(gè)地區(qū)大概每14個(gè)月就會(huì)發(fā)生幾次慢地震，所以有些研究人員認(rèn)為該俯沖帶的情況與智利近海沿岸的情況類似。

西北太平洋沒有發(fā)生大地震的文字記錄，但Atwater和其他地球科學(xué)家確信該區(qū)過去曾遭受過9級(jí)或更大地震的侵襲。實(shí)際上，1960年智利海嘯留下的沙粒沉積使Atwater和其他科學(xué)家相信，數(shù)百年前卡斯卡迪亞的一次地震引發(fā)的巨大海浪曾侵襲了北美洲西部海岸和日本。

如此劇烈的震動(dòng)給科學(xué)家提出了非常難以研究的課題，況且它們每300年(甚至超過300年)才發(fā)生一次。但可提供便捷服務(wù)的數(shù)以百計(jì)的高質(zhì)量地震儀目前已將全球連通起來。因此，當(dāng)下一次特大地震來襲時(shí)，無論在何時(shí)何地，“我們對(duì)它的認(rèn)識(shí)都會(huì)比對(duì)1960年智利特大地震的認(rèn)識(shí)更加深刻，”Kanamori說。

譯自:Nature，Vol.465，6 May 2010，24-25

原題:The biggest one

(中國地震局地球物理研究所 左玉玲 譯)

(譯者電子信箱，左玉玲:yulingzuo@yahoo. com.cn)

P315;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.05.004

2010-05-13。