2023年2月6日,土耳其境和敘利亞邊界附近連續(xù)一天內(nèi)發(fā)生2次7.5級(jí)以上的大地震震驚了世人。截至2月8日,土耳其強(qiáng)震已致土耳其和敘利亞兩國(guó)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?
(資料圖片僅供參考)
在講這個(gè)問題前,我們需要先了解一點(diǎn)點(diǎn)關(guān)于地震形成的理論。
絕大部分地震的發(fā)生,都是來自地下巖層的突然錯(cuò)動(dòng)。我們可以這樣想象,地下的巖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(huì)說),在平時(shí),筷子們處于不斷被擠壓的狀態(tài),因此不斷彎曲。
大家的常識(shí)告訴我們,筷子的彎曲是有極限的,巖石也是。在受力以及彎曲超過極限之后,無論是筷子還是巖石都會(huì)斷裂。大家回家就可以掰斷一根筷子試試。
無論是筷子,還是巖石,在斷裂的一瞬間都會(huì)傳來很大的震動(dòng),這個(gè)震動(dòng)的能量實(shí)際上就是筷子或巖石彎曲時(shí)候儲(chǔ)存下來的能量,當(dāng)它們斷裂的一瞬間,這些能量突然釋放,彎曲的筷子或巖石也就恢復(fù)了平直的狀態(tài),這就是地震理論中的彈性回跳理論,這也是一個(gè)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(tài),2是受力后發(fā)生彎曲,3是斷裂后兩側(cè)巖層回跳到正常不受力狀態(tài) 圖片來源:wikipedia
當(dāng)這些能量被巖層傳遞到地表的時(shí)候就會(huì)造成地表的強(qiáng)烈震動(dòng),這就是地震的來源。
我們?cè)谇拔恼f到了,要彎曲巖層,那么巖層需要受到極大的力量,這個(gè)力量來自哪里呢?來自板塊運(yùn)動(dòng)!
板塊運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是在地球內(nèi)核熱量驅(qū)動(dòng)下發(fā)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(jiǎn)化這個(gè)模型后(實(shí)際上非常復(fù)雜,簡(jiǎn)化只是為了幫助大家理解),可以認(rèn)為地核是一個(gè)極高溫度的熾熱球體(某些區(qū)域的溫度可能達(dá)到6000℃,與太陽(yáng)表面相當(dāng)),地幔則是一個(gè)類似橡皮泥的可塑性狀態(tài),而地殼則是堅(jiān)硬的薄殼。
在地核加熱下,地幔會(huì)產(chǎn)生熱對(duì)流——熱的密度減低上涌,涌到表面的變冷下沉,如此反復(fù)——漂浮在地幔上的地殼就在地幔的對(duì)流運(yùn)動(dòng)下發(fā)生運(yùn)動(dòng),這就是板塊運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。當(dāng)然,要是還不理解,大家可以吃個(gè)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,火鍋里面的白菜幫子將會(huì)一直運(yùn)動(dòng)。
板塊運(yùn)動(dòng)的基本原理示意圖: 地核加熱地幔,地幔熱對(duì)流從而驅(qū)動(dòng)漂在地幔上的地殼運(yùn)動(dòng) 圖片來源:concord.org CCBY-SA3.0
而我們現(xiàn)在已經(jīng)知道,地球的地殼實(shí)際上并不是一個(gè)完整的整體,實(shí)際上是由14個(gè)大的板塊以及若干個(gè)次一級(jí)的板塊構(gòu)成的,在地心熱量的驅(qū)動(dòng)下,它們就會(huì)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(xiàn)象一致:在板塊邊界處,也正好是地震和火山最頻繁的地點(diǎn),其中最常見的一種板塊邊界就是斷裂帶。
地殼并不是一個(gè)整體,而是由14個(gè)大板塊及更多次級(jí)板塊構(gòu)成 圖片來源:pixabay,經(jīng)作者修改
二、土耳其為什么如此大震頻發(fā)?
有了上面的知識(shí)基礎(chǔ),我們可能猜都能猜到土耳其一天內(nèi)發(fā)生兩次大地震的原因了——它位于板塊邊界。具體來說,土耳其大體上位于安納托利亞板塊之上,4個(gè)板塊包裹著這里,所以這里實(shí)際上被4個(gè)板塊邊界所包圍。
土耳其位于安納托利亞板塊之上,被其他4個(gè)板塊包圍 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(shí)刻向北擠壓安納托利亞板塊,但是由于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(dòng),只能向西滑脫,根據(jù)目前的檢測(cè),這一板塊目前每年向西移動(dòng)2厘米左右。
安納托利亞板塊在阿拉伯板塊的擠壓下向西運(yùn)動(dòng)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 圖片來源:wikipedia
安納托利亞板塊的這種運(yùn)動(dòng),造成了在其板塊邊界處(其實(shí)也基本上都是大型斷裂帶)的密集地震。在過去數(shù)千年中,這里發(fā)生過多次足以毀滅城市的大地震。僅僅是1900年到現(xiàn)在的120多年間,這一區(qū)域發(fā)生的7級(jí)以上地震就不少于10次,6級(jí)以上地震茫茫多。
1900年以來,安納托利亞板塊附近發(fā)生的各級(jí)地震,可以看到它們基本都與板塊邊界一致 圖片來源:wikipedia
具體到本次地震,由于地震剛剛發(fā)生,目前對(duì)這兩次大地震之間的關(guān)系其實(shí)并不清楚,有些科學(xué)家將其看作是一次主震一次余震,有些科學(xué)家將其看作是兩次單獨(dú)的地震。
不過這并不影響我們了解這兩次地震發(fā)生的原理——它與我們上文所說的筷子的例子原理一致但略有不同——
這里地震的產(chǎn)生,不是由于地層的彎曲斷裂,而是由于地層內(nèi)斷裂帶的相互錯(cuò)動(dòng)。板塊邊界地層存在的斷裂帶,平時(shí)像是拼圖那樣咬合在一起,但是在巨大的驅(qū)動(dòng)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(huì)相互錯(cuò)動(dòng)一大段。
震級(jí)為7.8級(jí)的第一次地震的地震烈度圖,可以看到其中烈度為9級(jí)(Ⅸ)的區(qū)域基本上沿著一條直線,這就是該斷層的走向線 圖片來源:wikipedia
震級(jí)為7.5級(jí)地震的烈度圖,可以看到其最大烈度走向與第一次并不同 圖片來源:wikipedia
根據(jù)這兩次地震及其此后的小震,我們就能看出這些地震具有明顯的線性分布特征,基本上與板塊邊界的斷裂走向一致 圖片來源:wikipedia
根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的估計(jì),第一次發(fā)生的震級(jí)為7.8的地震,其發(fā)生時(shí),斷裂帶的破裂長(zhǎng)度可能有190千米;而根據(jù)沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的估計(jì),其破裂長(zhǎng)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,那么這次地震的破壞力可能與2008年汶川地震的破壞力相當(dāng)(2008年汶川地震破裂長(zhǎng)度超過300千米,且震源深度也小于20千米)。而這次地震中,該國(guó)南部重鎮(zhèn)加濟(jì)安泰普與震中距離不過20千米左右,這里有大約200萬(wàn)的常住居民,因此其損失很可能極其巨大。
加濟(jì)安泰普夜景 圖片來源:wikipedia
三、土耳其地震會(huì)對(duì)中國(guó)地震帶上的地區(qū)帶來聯(lián)動(dòng)影響嗎?
這其實(shí)是一個(gè)非常難以回答的問題,其主要原因是地震起源于地下,巖層的破裂,而我們無法看透巖層,了解地下不同深度的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及其受到的應(yīng)力狀態(tài),因此我們目前的地震預(yù)測(cè)工作非常薄弱,自然無法向天氣預(yù)報(bào)那樣做出超前預(yù)報(bào),以及對(duì)某些極端天氣的未來影響范圍做出判斷。
不過盡管如此,還是有很多地震學(xué)家在研究這些內(nèi)容。其中一個(gè)方法就是通過規(guī)律統(tǒng)計(jì)的方法,有科學(xué)家統(tǒng)計(jì)了歐亞地震帶上地震活動(dòng)增強(qiáng)對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上地震的影響,其結(jié)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%,其后3年內(nèi)中國(guó)大陸就有比較大的可能性發(fā)生7級(jí)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(fā)生過8級(jí)地震,那么中國(guó)可能在3年內(nèi)發(fā)生多次7級(jí)以上,甚至8級(jí)的地震。這一結(jié)果經(jīng)過了顯著性檢驗(yàn),顯著性水平為10%,也就是說正確可能性為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(xué)忠,李艷娥,王恒信。歐亞地震帶地震活動(dòng)增強(qiáng)與中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上地震發(fā)生的關(guān)系分析[J]。地震,2020,34(1):34-40。
歐亞地震帶的能量比隨時(shí)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(xué)忠,李艷娥,王恒信。歐亞地震帶地震活動(dòng)增強(qiáng)與中國(guó)大陸地區(qū)7級(jí)以上地震發(fā)生的關(guān)系分析[J]。地震,2020,34(1):34-40。
但是,我們依然要看到,這只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的統(tǒng)計(jì),我們對(duì)板塊運(yùn)動(dòng)的許多研究?jī)?nèi)容都是欠缺的,比如板塊運(yùn)動(dòng)之間的相互影響程度、碰撞過后能量的傳導(dǎo)方式等等,這些才是決定一個(gè)地方會(huì)有多大應(yīng)力,已經(jīng)會(huì)不會(huì)發(fā)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(jīng)驗(yàn)的角度預(yù)測(cè)是否會(huì)影響到中國(guó)。從長(zhǎng)期來看,我們需要對(duì)地下深處有更多了解,才有可能預(yù)測(cè)地震,以及地震后的一系列影響。
出品:科普中國(guó)
作者:地星引力
監(jiān)制:中國(guó)科普博覽
編輯:孫晨宇
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