麻省理工学院发现天气因素在引发"地震群"中起到的作用

研究人员最近在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表的一项研究报告中指出，过去几年来，日本北部的暴雪和暴雨很可能是导致地震群发生的原因之一。这项研究首次表明，气候条件可能引发一些地震。

研究报告的作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系助理教授威廉-弗兰克（William Frank）说："我们看到，地表的降雪和其他环境负荷会影响地下的应力状态，而强降水事件的发生时间与地震群的开始时间密切相关。"因此，气候显然会对固体地球的反应产生影响，而这种反应的一部分就是地震。"

新研究的重点是日本能登半岛正在发生的一系列地震。研究小组发现，该地区的地震活动与地下压力的某些变化惊人地同步，而且这些变化受到降雪和降水季节性模式的影响。科学家们怀疑，地震与气候之间的这种新联系可能并不是日本独有的，它可能会对世界其他地区产生影响。

展望未来，他们预测，随着全球变暖，气候对地震的影响可能会更加明显。

弗兰克补充说："如果我们的气候正在发生变化，极端降水事件增多，而且我们预计大气、海洋和大陆中的水分将重新分配，这将改变地壳的负载方式。这肯定会产生影响，我们可以进一步探索其中的联系。"

该研究的第一作者是麻省理工学院前助理研究员王庆宇（现就职于格勒诺布尔阿尔卑斯大学），其他作者还包括 EAPS 博士后崔昕、维也纳大学的卢洋、东北大学的广濑隆和东京大学的小原一成。

自 2020 年末以来，数百次小地震震撼了日本能登半岛--从日本本岛向北延伸至日本海的一块陆地。与典型的地震序列不同，能登的地震活动是一种"地震群"--一种没有明显主震或地震触发因素的多次持续地震模式。

麻省理工学院的研究小组与他们在日本的同事一起，旨在发现地震群中任何可以解释持续地震的模式。他们首先查阅了日本气象厅的地震目录，该目录提供了日本全国一段时间内的地震活动数据。他们重点研究了能登半岛在过去 11 年中发生的地震，在此期间，该地区经历了偶发性地震活动，包括最近的地震群。

利用目录中的地震数据，研究小组统计了该地区随着时间推移发生的地震事件数量，发现 2020 年之前的地震发生时间显得零星而不相关，相比之下，2020 年晚些时候的地震强度更大，时间上也更集中，这标志着地震群的开始，地震之间存在某种关联。

季节变化和地震反应

科学家们随后查看了监测站在同一 11 年期间进行地震测量的第二个数据集。每个监测站都会持续记录发生的位移或局部震动。从一个监测站到另一个监测站的震动可以让科学家了解地震波在监测站之间传播的速度。这种"地震速度"与地震波穿过的地球结构有关。王利用台站测量数据计算出了过去 11 年中能登及其周边地区每个台站之间的地震速度。

研究人员绘制了能登半岛地下地震速度的演变图，并观察到一个令人惊讶的模式：2020 年，也就是地震群被认为开始的时间前后，地震速度的变化似乎与季节同步。

弗兰克说："我们必须解释为什么会观察到这种季节性变化。"

研究小组想知道，不同季节的环境变化是否会影响地球的底层结构，从而引发地震群。具体来说，他们研究了季节性降水如何影响地下"孔隙流体压力"--地球裂缝中的流体在基岩中施加的压力大小。当下雨或下雪时，会增加重量，从而增加孔隙压力，使地震波的传播速度减慢。当所有的重量通过蒸发或径流被移走时，孔隙压力会突然减小，地震波的传播速度也会加快。

研究人员建立了能登半岛的水文机械模型，以模拟过去 11 年中地下孔隙压力对降水季节性变化的响应。他们将同一时期的气象数据（包括日降雪量、降雨量和海平面变化的测量数据）输入模型。通过模型，他们能够追踪能登半岛地下过剩孔隙压力在地震群发生前和发生期间的变化。然后，他们将孔隙压力变化的时间表与地震速度的变化情况进行了比较。

弗兰克说："我们有地震速度观测数据，也有过剩孔隙压力模型，当我们把它们重叠在一起时，我们发现它们非常吻合。"

特别是，他们发现，当加入降雪数据，尤其是极端降雪事件时，模型与观测数据之间的拟合度比只考虑降雨和其他事件时更高。换句话说，能登居民所经历的持续地震群在一定程度上可以用季节性降水，尤其是强降雪事件来解释。

"我们可以看到，这些地震发生的时间与我们多次看到强降雪的时间非常吻合。这与地震活动密切相关。我们认为两者之间存在物理联系。"

研究人员怀疑，大雪和类似的极端降水可能会在其他地方的地震中发挥作用，不过他们强调，主要的触发因素总是来自地下。

"当我们首先想了解地震是如何发生的时候，我们就会想到板块构造，因为这是而且永远是发生地震的首要原因。但是，还有哪些因素会影响地震发生的时间和方式呢？这就是你开始考虑二阶控制因素的时候了，而气候显然是其中之一。"

编译来源：ScitechDaily

DOI: 10.1126/sciadv.ado1469