土耳其地震為什麼頻發?會對中國地震帶上的地區有影響嗎?_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴(ID:fanpu2019),阅读更多!02-09 09:52
土耳其地震的產生,不是由於地層的彎曲斷裂導致,而是由於地層內斷裂帶的相互錯動。需要等確定了今年歐亞地震帶的地震能量比,才能從經驗的角度預測是否會影響到中國。
出品 | 科普中國
作者 | 地星引力
監製 | 中國科普博覽
2023年2月6日,土耳其境和敍利亞邊界附近連續一天內發生2次7.5級以上的大地震震驚了世人。截至2月8日,土耳其強震已致土耳其和敍利亞兩國超7700人遇難,這再一次讓人們把視線放到了地震上。
一
地震是如何形成的?
在講這個問題前,我們需要先了解一點點關於地震形成的理論。
絕大部分地震的發生,都是來自地下岩層的突然錯動。我們可以這樣想象,地下的岩層就好像是一大把筷子,這些筷子正在被某種巨大的力量擠壓(這種力量來源下面會説),在平時,筷子們處於不斷被擠壓的狀態,因此不斷彎曲。
大家的常識告訴我們,筷子的彎曲是有極限的,岩石也是。在受力以及彎曲超過極限之後,無論是筷子還是岩石都會斷裂。大家回家就可以掰斷一根筷子試試。
無論是筷子,還是岩石,在斷裂的一瞬間都會傳來很大的震動,這個震動的能量實際上就是筷子或岩石彎曲時候儲存下來的能量,當它們斷裂的一瞬間,這些能量突然釋放,彎曲的筷子或岩石也就恢復了平直的狀態,這就是地震理論中的彈性回跳理論,這也是一個被廣為接受的地震形成理論之一。
彈性回跳理論示意圖:1是正常狀態,2是受力後發生彎曲,3是斷裂後兩側岩層回跳到正常不受力狀態丨圖片來源:wikipedia
當這些能量被岩層傳遞到地表的時候就會造成地表的強烈震動,這就是地震的來源。
我們在前文説到了,要彎曲岩層,那麼岩層需要受到極大的力量,這個力量來自哪裏呢?來自板塊運動!
板塊運動實際上是在地球內核熱量驅動下發生的,眾所周知,地球分為地核、地幔和地殼三部分,我們極度簡化這個模型後(實際上非常複雜,簡化只是為了幫助大家理解),可以認為地核是一個極高温度的熾熱球體(某些區域的温度可能達到6000℃,與太陽表面相當),地幔則是一個類似橡皮泥的可塑性狀態,而地殼則是堅硬的薄殼。
在地核加熱下,地幔會產生熱對流——熱的密度減低上湧,湧到表面的變冷下沉,如此反覆——漂浮在地幔上的地殼就在地幔的對流運動下發生運動,這就是板塊運動的機制。當然,要是還不理解,大家可以吃個火鍋,火爐就是地核,火鍋湯就是地幔,白菜幫子就是地殼,只要火爐不停,火鍋裏面的白菜幫子將會一直運動。
板塊運動的基本原理示意圖:地核加熱地幔,地幔熱對流從而驅動漂在地幔上的地殼運動丨圖片來源:concord.org CCBY-SA3.0
而我們現在已經知道,地球的地殼實際上並不是一個完整的整體,實際上是由14個大的板塊以及若干個次一級的板塊構成的,在地心熱量的驅動下,它們就會相互碰撞——自然,我們憑直覺就能知道,在板塊邊界相互碰撞的地方,壓力是最大的,而這也正好與我們觀察到的現象一致:在板塊邊界處,也正好是地震和火山最頻繁的地點,其中最常見的一種板塊邊界就是斷裂帶。
地殼並不是一個整體,而是由14個大板塊及更多次級板塊構成丨圖片來源:pixabay,經作者修改
二
土耳其為什麼如此大震頻發?
有了上面的知識基礎,我們可能猜都能猜到土耳其一天內發生兩次大地震的原因了——它位於板塊邊界。具體來説,土耳其大體上位於安納托利亞板塊之上,4個板塊包裹着這裏,所以這裏實際上被4個板塊邊界所包圍。
土耳其位於安納托利亞板塊之上,被其他4個板塊包圍丨圖片來源:作者自制
在其北邊,是巨大的歐亞板塊,在其南邊是非洲板塊,東南邊是阿拉伯板塊,西邊是愛琴海板塊。其中,東南邊的阿拉伯板塊非常不安分,時刻向北擠壓安納托利亞板塊,但是由於安納托利亞板塊北部被巨大的歐亞板塊死死頂住,它難以向北移動,只能向西滑脱,根據目前的檢測,這一板塊目前每年向西移動2釐米左右。
安納托利亞板塊在阿拉伯板塊的擠壓下向西運動的示意圖:圖中的黃線、粉線以及黑線均為該板塊的邊界,其中黃線為北安納托利亞斷裂,粉線為東安納托利亞斷裂丨圖片來源:wikipedia
安納托利亞板塊的這種運動,造成了在其板塊邊界處(其實也基本上都是大型斷裂帶)的密集地震。在過去數千年中,這裏發生過多次足以毀滅城市的大地震。僅僅是1900年到現在的120多年間,這一區域發生的7級以上地震就不少於10次,6級以上地震茫茫多。
1900年以來,安納托利亞板塊附近發生的各級地震,可以看到它們基本都與板塊邊界一致丨圖片來源:wikipedia
具體到本次地震,由於地震剛剛發生,目前對這兩次大地震之間的關係其實並不清楚,有些科學家將其看作是一次主震一次餘震,有些科學家將其看作是兩次單獨的地震。
不過這並不影響我們瞭解這兩次地震發生的原理——它與我們上文所説的筷子的例子原理一致但略有不同——
這裏地震的產生,不是由於地層的彎曲斷裂,而是由於地層內斷裂帶的相互錯動。板塊邊界地層存在的斷裂帶,平時像是拼圖那樣咬合在一起,但是在巨大的驅動力之下,拼圖的咬合處突然斷開,釋放的力量全部釋放,地層可能會相互錯動一大段。
震級為7.8級的第一次地震的地震烈度圖,可以看到其中烈度為9級(Ⅸ)的區域基本上沿着一條直線,這就是該斷層的走向線丨圖片來源:wikipedia
震級為7.5級地震的烈度圖,可以看到其最大烈度走向與第一次並不同丨圖片來源:wikipedia
根據這兩次地震及其此後的小震,我們就能看出這些地震具有明顯的線性分佈特徵,基本上與板塊邊界的斷裂走向一致丨圖片來源:wikipedia
根據美國地質調查局的估計,第一次發生的震級為7.8的地震,其發生時,斷裂帶的破裂長度可能有190千米;而根據沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的估計,其破裂長度可能超過了300千米。
若按此推算,再考慮到其地震深度僅有20千米,那麼這次地震的破壞力可能與2008年汶川地震的破壞力相當(2008年汶川地震破裂長度超過300千米,且震源深度也小於20千米)。而這次地震中,該國南部重鎮加濟安泰普與震中距離不過20千米左右,這裏有大約200萬的常住居民,因此其損失很可能極其巨大。
加濟安泰普夜景丨圖片來源:wikipedia
三
土耳其地震會對中國地震帶上的地區帶來聯動影響嗎?
這其實是一個非常難以回答的問題,其主要原因是地震起源於地下,岩層的破裂,而我們無法看透岩層,瞭解地下不同深度的巖性、結構、構造以及其受到的應力狀態,因此我們目前的地震預測工作非常薄弱,自然無法向天氣預報那樣做出超前預報,以及對某些極端天氣的未來影響範圍做出判斷。
不過儘管如此,還是有很多地震學家在研究這些內容。其中一個方法就是通過規律統計的方法,有科學家統計了歐亞地震帶上地震活動增強對中國大陸地區7級以上地震的影響,其結果表明:如果歐亞地震帶上,全年地震釋放的能量超過全球地震釋放能量的50%,其後3年內中國大陸就有比較大的可能性發生7級以上地震;若是歐亞地震帶上地震能量比超過50%,且歐亞地震帶上發生過8級地震,那麼中國可能在3年內發生多次7級以上,甚至8級的地震。這一結果經過了顯著性檢驗,顯著性水平為10%,也就是説正確可能性為90%。
歐亞地震帶橫貫歐亞,土耳其就是其中的一部分 圖片來源:陳學忠,李豔娥,王恆信。歐亞地震帶地震活動增強與中國大陸地區7級以上地震發生的關係分析[J]。地震,2020,34(1):34-40。
歐亞地震帶的能量比隨時間變化,可以看到其在2008年之前能量比約為90% 圖片來源:陳學忠,李豔娥,王恆信。歐亞地震帶地震活動增強與中國大陸地區7級以上地震發生的關係分析[J]。地震,2020,34(1):34-40。
但是,我們依然要看到,這只是一個經驗性的統計,我們對板塊運動的許多研究內容都是欠缺的,比如板塊運動之間的相互影響程度、碰撞過後能量的傳導方式等等,這些才是決定一個地方會有多大應力,已經會不會發生大地震的因素。所以,從這篇論文來看,我們需要確定今年歐亞地震帶的地震能量比,才能從經驗的角度預測是否會影響到中國。從長期來看,我們需要對地下深處有更多瞭解,才有可能預測地震,以及地震後的一系列影響。
出品:科普中國
編輯:孫晨宇
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