南喬治亞島的神秘地震，科學家都迷惑了

偏遠的南喬治亞島是離一場罕見地震最近的有人類居住的陸地，這場地震引發的海嘯在世界各地掀起漣漪。南喬治亞島和發生地震且無人居住的南桑威奇群島共同構成了南極洲東北部南大西洋的英國海外領土。

撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS

攝影：PETER FISHER

當一連串神秘地震在無人居住的南桑威奇群島發生時，全世界的科學家都摸不著頭腦。

先是一場7。5級的地震襲擊了這個位於南大西洋寒冷水域的英國海外領地。三分鐘後，該地區再次發生8。1級地震。

這些聲響發生在2021年8月12日，本身並不罕見，因為這些島嶼位於構造板塊的激烈交匯處。奇怪的是，它們之後發生了一場強大的海嘯，足以在遙遠的大西洋、太平洋和印度洋沿岸出現。雖然這次巨浪沒有破壞性，但這是自2004年災難性海嘯以來首次在三個不同的海洋中被記錄到。

南喬治亞島歷史悠久的捕鯨站，比如格里特維肯（Grytviken）的這個捕鯨站，已經廢棄了，但英國南極考察隊在愛德華國王角（King Edward Point）保留了一個研究站。與此同時，南桑威奇群島目前無人居住。這些島嶼上沒有地球物理監測站，也沒有海底地震儀，這使得研究那裡的地震很困難。

雖然已知某些型別的地震會引起海嘯，但對這些地震的最初深度估計表明，它們太深了，不足以彎曲海底並將大量的水推向前方。加州理工學院地球物理學研究生Zhe Jia說：“這是一個大謎團，對地震學界也是一個大挑戰。”

在花了幾個月時間解開這個神秘的地震序列後，Jia和他的同事認為他們已經弄清楚了發生了什麼。在本月發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）雜誌上的一項研究中，該小組得出結論，那天實際上發生了五次重大斷裂，作為一次強烈地震的組成部分，它們在幾分鐘內相繼發生。這些斷裂中的一個，以前被埋沒在嘈雜的地震訊號中，其威力和深度足以引發多海洋的海嘯。

“透過破解這一奇怪的地震事件，地球科學家可以對地震如何催生海嘯有更好的瞭解。”新加坡地球觀測站的結構地質學家Judith Hubbard說，“我們在很大程度上依靠最初的地震估計來猜測地震是否引發了海嘯。”他沒有參與這項研究。

“我認為這個事件警示我們，目前的海嘯探測系統可能還不夠好。”這一系列奇怪地震也讓研究人員懷疑，我們是否可以完全破解地球上發生的許多錯綜複雜的問題。“隨著時間的推移，越來越多的地震發生，且往往更奇怪、更復雜，”倫敦帝國學院的地震學家Stephen Hicks說，他沒有參與這項研究。

冰川覆蓋著遙遠的南喬治亞島的海岸線。2021年8月，當地震襲擊附近地區時，將海嘯浪潮帶到大西洋、太平洋和印度洋的遙遠海岸。

在與世隔絕的南桑威奇群島深處，南美洲構造板塊以每年2。8英寸的緩慢速度向南桑威奇板塊俯衝。這兩個板塊之間不均勻的摩擦會導致壓力隨著時間的推移而積聚。有時，這種壓力會在地震中釋放出來——包括可能引發海嘯的那種地震。

這種強大的沿海波浪，通常是在某物排開大量的水時產生的。在這種情況下，“觸發海嘯的是海底的變形，”Hubbard說。但這裡的地震要足夠淺才能引發海嘯。

8月12日的7。5級地震發生在29英里深的地方，所以它“不太可能引發我們後來觀察到的全球蔓延的海嘯，”Jia說。隨後發生的8。1級地震更加可疑，震源深度較淺，只有14英里。

但是這個地震序列的地震訊號很混亂：這兩次地震在非常短的時間內接連發生。這些資料有點像一個人說話的錄音，當另一個人開始大喊大叫時，就會產生很多無法辨認的噪音。自動化系統難以產生與第二次地震震級、位置和深度一致的數值。

“我們認為我們都錯過了一些東西，”Jia說。

格里特維肯教堂，也被稱為捕鯨者教堂，是一座挪威聖公會教堂，1913年建於南喬治亞島。

南喬治亞島上有一顆裂開的空企鵝蛋。

地震“三明治”

在接下來的幾個月裡，Jia和他的團隊解開了那天混亂的地震波網之謎，消除了干擾，並在混亂中精確地找到了單個斷裂點。最終，他們發現在這個事件中並沒有兩次大的斷裂，而是五個連續的斷裂，都在260秒內發生。

“在一階意義上，這是一次單一的地震，”Hicks說。它只是過於複雜和強大。“破壞了這個俯衝帶的大部分。”

前兩次地震均為7。2級，持續時間分別為23秒和19秒。當這兩個斷裂結合在一起時，就產生了之前被認為是單一的7。5級地震。最近的兩次地震——分別為7。6級和7。7級——也是短暫的地震。

然而，第三次震盪，夾在其他四個之間，顯得格外突出。這次地震的震級為8。2級，威力極大，釋放了整個五部分地震的大部分能量。它也很慢，需要180秒才能釋放。這也是為什麼它隱藏了這麼久的部分原因：研究小組沒有使用正確的地震探照燈。

緩慢地震產生的地震波的形狀與突然地震產生的地震波不同。當Jia更換了全球地震儀網路記錄的資料過濾器，以尋找慢得多的破裂時，這個事件突然變得清晰明瞭。

這次地震不僅威力更大，持續時間更長，而且震源很淺，只有8。5英里深——完全有可能引發全球性海嘯。

王企鵝是世界上第二大企鵝種類，成千上萬只聚集在南喬治亞島。那裡的動物距離太遠，感覺不到2021年8月的地震。

震驚世界的怪事

地震很少像它們最初表現的那樣簡單明瞭。有時候，就像紐西蘭2016年的Kaikōura地震一樣，複雜性是顯而易見的。如同一臺岩石構成的魯布·戈德堡機械（Rube Goldberg machine），這次地震的特點是在斷裂點十幾個不同的斷層之間跳躍，但這一謎題倒也沒那麼難解決。

“在這種情況下，就是單純的地表破裂，”Kasey Aderhold說，他是地震聯合研究機構的地震學家，沒有參與這項新研究。“地表破裂破壞了所有這些不同的斷層，它們就在表面。人們可以在上面走來走去，看到它們。”

但南桑威奇群島2021年發生的奇怪地震卻並非如此。“它很深，在海洋下面一個相當偏遠的地方。你無法觸碰它，也不能在上面走動，”Aderhold說。這些島嶼上沒有地球物理監測站，也沒有海底地震儀監聽吱吱作響的俯衝區。

多虧全球地震網路，研究人員才得以理清地質工作。全球地震網路是一個由152臺地震檢波器組成的開放獲取的全球網路，由美國地質調查局和美國國家科學基金會共同運營。“這真的很重要，”Jia說。如果沒有它的節點記錄來自遙遠地震的隆隆聲，像這樣的奇怪事件就不可能解碼。

與大多數複雜地震一樣，仍有一些未解之謎存在。這次8。2級的地震極有可能引發海嘯，但具體情況尚不清楚。

英國南極調查局的海洋地球物理學家Robert Larter說：“很多海嘯實際上都與海底滑坡有關，而這可能是由地震引發的。”“我個人在想，這裡的情況是否也是如此。”唯一的檢查方法是仔細觀察海底——也許是用一艘裝有聲納的船，或者用機器人潛水器——並將其外觀與以前的水深地圖進行比較

地質學家也想知道南桑威奇群島下的俯衝帶是否會繼續釋放強烈的地震。去年的斷裂是擴張性，威力很大。“這是否意味著，在接下來的500年或1000年裡，地球上可能不會再發生如此大的事件？”Hicks 很好奇。由於該地區缺少儀器裝置，這成為“一個很難回答的問題”。

好訊息是，這次五次地震的發現將增強科學家在下一次觀察類似事件的能力。Hubbard說：“這為從地震資料中探測這類緩慢地震提供了機會，有了它，我們可以更快速、更準確地觸發警告。”

壞訊息是，這不會是科學家們最後一次被地震迷惑，他們希望能消解更具破壞性的元素。正如Larter所說：“自然界充滿了驚喜。”

（譯者：張淏然）