強烈地震能使斷層在幾秒內劇烈地裂開與閉合

貫穿中亞的斷層線的鳥瞰圖。

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在美國地質調查局(United States Geological Survey，USGS)的官方網站上，可以發現一個相當好奇的問題：「地震期間地面會裂開嗎？」這問題讀起來，喚起了好萊塢電影的影像，地面裂開，吞噬所有的汽車和人。

「斷層」，在反應一開始，「不會在地震期間裂開。移動是沿著斷層面發生，而不是垂直於它。如果斷層裂開，地震不會發生，因為沒有摩擦將它們緊密銜接在一起。」

然而，發表在自然期刊(Nature)一篇相當驚人的新研究，提供了證據來反駁。在地震期間，斷層不僅可以橫向地裂開和閉合，而且還能像獅子的大嘴一樣地快速而猛烈。

加州理工學院(Caltech)和巴黎高等師範學校(école Normale Supérieure，ENS)的一個工程師團隊查看在2011年產生真正破壞性海嘯的9級日本本州東北地方大地震，在這種情況下，大量的水被逆斷層(thrust fault)推向前，在那裡，一大塊的地殼被推到另一塊的上方。

有這麼多的能量涉入到這個所謂的「巨型逆斷層(megathrust)」地震，這個團隊好奇是否有可能不是這兩塊地殼相互用力擠壓，而是實際上在每一點都是分開的。標準地震模型明確地防止斷層像這樣地裂開，因為它被認為在物理學上是不可能的。

為了研究這點，他們轉而致力於加州理工學院的「地震風洞(Seismological Wind Tunnel)」，這是一個高速的先進光學設施，可以模擬和精確地觀察實驗室產生的地震。

使用逼真的不完整透明塊(來模擬破碎的斷層線)和壓縮單元(來複制斷層的地殼構造壓力)，這個團隊在中心處放置一個小型保險絲，來模擬地震的觸發。一旦引爆，他們觀察應力波(stress wave)傳遞通過透明塊，並且小心地跟蹤透明塊的反應。

圖示為根據電腦模型顯示在地震期間逆斷層的上盤(右)如何扭轉遠離下盤(左)。Harsha Bhat

令人驚訝的是，當應力波到達斷層表面時，高速相機在斷層快速閉合前拍攝到它的裂開。相同類型逆斷層地震的類似電腦模擬，證實了他們的懷疑。假設有足夠的能量，這些特定的斷層能夠橫向斷裂，無論它們是與大氣層接觸、還是深埋在水下。

雖然裂開與閉合發生在非常短的時間內，或許不超過幾秒鐘或更短，這讓人聯想到直接在斷層線上生活的城市，比以前所想的更為危險。

當它發生在水下時，如同2011年在日本本州東北地方的地震，這種突然的斷裂很可能比只是一般的逆向運動移動更多的水，最終產生更強大的海嘯。