Copalis海滩,华盛顿州。当日本上周发布有史以来第一次“大地震”预警时,华盛顿州地震学家哈罗德?托宾(Harold Tobin)正在密切关注。
这一警告是在南部九州岛发生7.1级地震后发布的。尽管那次震动造成的重大损失很小——它所产生的最大海啸浪也只有你的膝盖那么高——但这并不是主要的担忧。
相反,地震学家担心的是,这次地震会产生压力,可能触发一枚在海上滴答作响的炸弹:日本的南开海槽,可能是该国最危险的断层。据日本政府估计,这个俯冲带有可能产生100英尺高的海啸,造成近30万人死亡。
小地震是否意味着“大地震”即将来临?没有人能肯定地说,但几率突然上升了——哪怕只是几个百分点。
托宾说:“如果这种情况发生在美国西海岸,我肯定会夜不能寐。”
在日本,该警告促使官员关闭海滩,取消烟花庆祝活动,并让火车减速。人们争相囤积应急物资。
在美国,托宾说,“我们没有这样的协议。”
然而,我们确实有一个同样危险的断层:卡斯卡迪亚俯冲带。
据美国联邦紧急事务管理局(Federal Emergency Management Agency)称,卡斯卡迪亚断层发生的里氏9.0级地震及其引发的海啸将导致俄勒冈州和华盛顿州约1.4万人死亡。
但是,如果在卡斯卡迪亚附近发生像日本刚刚看到的那种较小的地震,地震学家将不得不匆忙决定是否以及如何向公众发出警报。
这是托宾多年来一直在思考的场景:如果他发现了更有可能发生毁灭性地震的线索,即使只是轻微的,有什么理由拉响警报呢?如果概率说你会喊狼来了——你会吗?
托宾说:“你不希望出现没有根据的大规模疏散恐慌,但你希望人们不要继续他们的快乐生活。”
在某种程度上,他的困境是托宾研究领域这个奇怪时期的产物:研究人员认为,他们正在研究世界上最危险的地震区地震的触发因素或前兆,但科学还远未解决。即使发生地震的可能性更高,发生地震的可能性仍然很小。这就留下了何时发出警告的高风险问题。
在华盛顿州一个寒冷的夏日,托宾和其他十几名科学家沿着科帕利斯河划独木舟,来到一个324年前死亡的雪松墓地。
一只翠鸟叽叽喳喳地叫着,风吹得高高的金色草丛瑟瑟发抖。这是一个和平的地方,距离太平洋海岸大约一英里,讲述了一个暴力的一天。
1700年1月26日,卡斯卡迪亚断层发生地震,导致森林向下倾斜了3英尺多。不久之后,一场大约100英尺高的海啸以每小时20或30英里的速度袭来。
科学家们正在参观森林,亲自查看卡斯卡迪亚地震的地质证据。偶尔,他们会跳出独木舟,在淤泥中挖出一个有300年历史的松果作为证据。
专家们知道这次地震的震级至少为8.7级,因为日本记录到的震波必须达到8.7级才能传播到世界各地。
“有关1700年海啸的一些最好的书面记录来自南开,”美国地质调查局的退休地质学家布莱恩·阿特沃特说,他领导了这个独木舟船队。阿特沃特利用这些日本记录,以及埋在海啸沉积的沙子中的植物和华盛顿雪松年轮上的日期,拼凑出了那场海啸的故事。
美国地质勘探局地球物理学家丹尼·兄弟的研究表明,在过去的14200年里,卡斯卡迪亚俯冲带的部分地区可能至少发生了30次大地震,卡斯卡迪亚俯冲带沿着美国西海岸从北加州延伸到北温哥华岛。预计平均每450-500年至少会发生一次大地震。
但多年来,卡斯卡迪亚一直保持安静;一些科学家说,这是因为它的大部分是“锁定”的,正在制造压力。当它撕裂时,一大块海底将向前倾斜——可能是几十英尺或更多。海底的垂直位移会使海啸向海岸移动。
“这将是我国历史上最严重的自然灾害,”华盛顿州应急管理部门负责人罗伯特·埃泽尔(Robert Ezelle)说。
对于地震学家来说,现在的关键问题是如何预测未来的地震。快速发展的研究表明,像卡斯卡迪亚和南开这样的断层可能会发出预警信号:一个较小的地震作为前震,或者一个只能被传感器探测到的微小呻吟,科学家们称之为慢滑事件。
在托宾的噩梦场景中,卡斯卡迪亚断层突然发出那种呻吟。那怎么办呢?
如果卡斯卡迪亚发生大地震,预计将有超过10万人受伤——假设地震发生时海滩上的人很少。震动会持续五分钟。海啸会持续10个小时袭击海岸。
内陆山坡将被液化,道路和桥梁将被摧毁。约62万幢建筑物将严重受损或倒塌,其中包括约100所医院和2 000所学校。
“我们没有准备好,”埃泽尔坦率地说。
华盛顿州建议居民在接下来的两周内,他们可能不得不自己照顾自己,并与恶劣天气作斗争。
“这将是邻居照顾邻居,”埃泽尔说。
一幅环太平洋火山带的地图让埃泽尔特别不安。环太平洋火山带是构造板块汇聚形成俯冲带和火山的地方。
他说:“在过去的50到60年里,你会看到每个俯冲带的断层都发生过一次重大断裂——除了卡斯卡迪亚。”
在南开海槽未发现异常活动后,日本于周四结束了“大地震”预警。
2016年,新西兰发生了类似的情况,但情况略有不同。
同年11月,新西兰南岛东部发生里氏7.8级凯库拉地震,造成2人死亡,经济损失超过10亿美元。
一天后,科学家们通过卫星监测发现北岛海岸附近有几厘米的移动。细微的震动是从Hikurangi边缘发出的,这是一个俯冲带,也是新西兰最大的断层,就在首都惠灵顿的正下方。
这是一场缓慢滑动的地震,地震界的懒虫,由凯库拉地震引发。这样的地震会在几周或几个月内缓慢释放能量,不会引起明显的震动。由于GPS技术的进步,科学家们大约在20年前首次发现了它们的存在。
一些科学家,如托宾和地球物理学家劳拉·华莱士,认为这些缓慢滑动事件有时可能是大俯冲带地震的前兆。2011年,在日本东北9级地震和海啸发生之前,科学家们记录了一次缓慢滑动事件。那次地震和海啸导致1.8万多人死亡,并引发了福岛核灾难。2014年,在智利发生8.1级地震之前,也出现了类似的情况。
2016年地震发生时,华莱士在新西兰研究机构GNS Science工作,她醒着的时候都在忙着追踪地震的每一次移动,模拟风险,并回答政府的问题。
华莱士说:“我从来没有觉得自己肩负着如此巨大的责任。“我带着我的狗去办公室,因为如果我们发生大地震,我不想和我的狗分开。”
华莱士和她的同事们确定,发生大地震的可能性提高了18倍,一年内发生地震的风险为0.6%至7%。但大的那个从未出现过。
“这些缓慢下滑的事件中,哪些会引发下一个重大事件?”华莱士说。“这是我们试图理解的最重要的问题之一。”
对于Cascadia俯冲带,要想更好地了解预警信号,就需要更多的慢滑事件数据,改进断层带的测绘,增强海底断层的监测能力。
托宾是最近绘制卡斯卡迪亚俯冲带最详细地图的团队的一员。他们发现断层被分成四个部分,这些部分可以同时破裂,也可以单独连续破裂。单个板块能够产生8级或更高的地震。
与此同时,研究人员正试图加强卡斯卡迪亚的海上监测网络。
华盛顿大学(University of Washington)的地球物理学家戴维·施密特(David Schmidt)说,日本有一系列复杂的海底传感器,但它是“少数几个拥有这些仪器的地方之一”。
美国在海底监测方面落后,但施密特和托宾是一个小组的成员,该小组获得了1060万美元的联邦资金,用于在俄勒冈州海岸外的光纤电缆上安装地震传感器和海底压力表。
这些设备将帮助监视卡斯卡迪亚。如果这些数据可以帮助研究人员了解故障的正常情况,他们也可能能够确定何时该担心。