这是灾难电影中常见的比喻:地震来袭，导致地面裂开，吞没了人和汽车。 裂开的地球可能会成为电影情节的一部分，但地震科学家长期以来一直认为这种情况不会发生。 

       但根据加州理工学院的新实验研究，事实并非如此。 

       这项研究发表在5月1日的《自然》杂志上，展示了在沿逆冲断层发生的地震中，地球是如何裂开然后迅速闭合的。 

       逆冲断层是世界上一些最大地震的发生地，比如2011年日本东北地区发生的地震，破坏了福岛核电站。 它们发生在地壳的薄弱区域，在那里，一块岩石挤压另一块岩石，在地震中向上滑动并覆盖它。 

       地壳断层地震通常发生在两块岩石相互挤压时，压力克服了使它们保持在原地的摩擦。 长期以来，人们一直认为，在较浅的深度，板块只会相互滑动一小段距离，而不会打开。 

       然而，研究人员在调查东北地震时发现，断层不仅在浅层发生了滑动，在一些地方甚至发生了50米的滑动。 这种巨大的移动发生在近海，引发了海啸，破坏了日本沿海的设施，包括福岛第一核电站。 

       在《自然》杂志的论文中，该团队假设东北地震的破裂沿断层向上传播，一旦它接近地表，就会导致一块岩石从另一块岩石上扭开，打开一个缺口，并暂时消除两壁之间的任何摩擦。 这使得断层滑动了50米。 

       断层的开口被认为是不可能的。 

       “这实际上是目前大多数地震的计算机模型所内置的。 这些模型的编程方式决定了断层壁不能彼此分开，” Ares Rosakis说, 加州理工学院航空和机械工程Theodore von Kármán教授，《自然》杂志论文的资深作者之一。 “这些发现证明了实验和观察的价值。 计算机模型只能在其内置假设允许的情况下才具有现实性。” 

       这个国际团队在加州理工学院的一个设施中模拟地震，发现了扭曲现象，该设施被非正式地称为“地震风洞”。 该设施一开始是Rosakis和HirooKanamori的合作项目。Rosakis是一名研究材料失效机理的工程师，Kanamori是一名探索地震物理学的地震学家，也是《自然》杂志研究的合著者。 “加州理工学院的研究环境极大地帮助了我们在不同科学学科之间进行密切合作，”Kanamori说。 “我们地震学家从与Rosakis教授的团队的合作中获益良多，因为在地震学中进行实验来检验我们的想法通常非常困难。”

       在该设施中，研究人员使用先进的高速光学诊断技术来研究地震破裂是如何发生的。 为了在实验室中模拟逆冲断层地震，研究人员首先将力学特性与岩石相似的透明塑料块切成两半。 然后，他们在压力下把破碎的碎片重新组装起来，模拟断层线的构造负荷。 接下来，他们在他们想要的震中位置放置一个小的镍铬丝保险丝。 当他们引爆引信时，引信所在位置的摩擦会减少，从而使一个非常快的破裂沿微型断层传播。 这种材料是光弹性的，这意味着它在透明材料中通过光的干涉直观地显示应力波的传播。 模拟的地震用高速摄像机记录下来，产生的运动由激光测速仪(粒子速度传感器)捕捉下来。  

       “这是地震学家、构造学家和工程师合作的一个很好的例子。 而且，不要说得太细，这是美国和法国的合作，”该论文的合著者、法国国家科学院的研究科学家Harsha Bhat说。Bhat此前是加州理工学院的博士后研究员。  

       研究小组惊讶地发现，当断裂撞击地表时，断层扭开，然后啪地关上。 随后的计算机模拟——修正了模型，去掉了防止断层开启的人工规则——证实了研究小组在实验中观察到的情况:一块平板会剧烈地扭离另一块。 这种情况可能发生在陆地和水下逆冲断层上，这意味着这种机制有可能改变我们对海啸如何产生的理解。  

       这篇论文的题目是“逆冲地震破裂可能打开断层的实验证据”。 第一作者是Vahe Gabuchian(08届硕士，15届博士)，加州理工学院研究生航空航天实验室(GALCIT)的前博士生，合作作者包括法国国家科学院的Raúl Madariaga。

Material Provided by CalTech
Author: rperkins