雨雪如何起到触发地震的作用?

地震不断侵袭美国加州,这已经不是什么秘密了。这里存在着数百个断层,包括长达1287公里的圣安地列斯断层,它位于太平洋板块和北美板块的交汇处。当断层的两侧突然互相滑移时,就会出现震颤现象,每年加州南部都会发生一万次左右。现在,科学家发现有种东西在背后推波助澜:水。

在刚刚发表于《科学》(Science)杂志的研究报告指出,加州的许多地震,包括沿着圣安地列斯断层的地震,部分原因是由于冬季的雨雪。该研究主要作者、加州大学伯克利分校的地震学家Roland Bürgmann教授称这种现象为“季节性负荷”。

在多雨的冬季,降下的雨雪在山脉积聚,对地壳产生推挤的作用。而到了夏季,积雪融化,雪水往低处流,受压地面的应力得到释放,它们就像橡皮筋一样反弹,引发小地震。地壳的反复弯曲不断地松紧断层,从而导致小地震频发。

几十年来,科学家们一直想弄清楚,不同的自然力量如何影响地壳以及地震率。例如,海洋潮汐已知会引起圣安地列斯断层深处的微弱地震,喜马拉雅山脉的暴雨也会引发地震。此外,世界上某一地区发生的特大地震也会引发另一地区的地震。

在加州,沿着圣安地列斯断层的地震活动在夏季和秋季(一年中最干旱的时期)有所增加,这个问题一直困扰着地震学家。不过,这些地震大都非常微弱,只有2级左右,大多数人都感觉不到。

对此,地震学家在整个加州安装了661个GPS传感器,用于测量断层线的垂直运动。这些传感器非常灵敏,可以检测到地面极其轻微的下沉和升高。科学家分析了在2006年至2015年期间的3600次地震,统计出断层应力达到峰值时的地震。此外,研究人员还查阅了加州自1781年以来震级大于等于5.5级的地震。

最终,地震学家发现了一种地震模式:由于在冬季,积雪、湖泊和水库积聚了大量的水,其重量压弯了地壳。当夏季水位达到最低水平时,地面反弹,造成小地震。冬季降下雨雪的重量把内华达山脉压低了约一厘米,而溪流和地下水把太平洋海岸山脉压低了约半厘米。科学家得出结论,当季节性负荷较高时,小地震的次数比正常情况多出了大约10%。

尽管如此,地震学家坦言,目前仍然无法预测地震的时间、地点或震级。但是对小地震的研究,有助于评估断层的危险性。历史上,加州曾经多次发生过大地震。因此,对于断层的研究是很有必要的,未来也许能找到方法来预测大地震。