地下水水位可能引發地震？

2014年8月24日一場地震席捲了加州北部的納帕索諾瑪山谷。這是舊金山海灣地區25年來最大的一次地震，造成2人死亡，數百人受傷，造成5億美元的損失。當內華達大學的地球物理學家梅雷迪思·克雷納(Meredith Kraner)檢查地震周邊地區的地震記錄時，在數據中發現了一個非常有趣的特徵：地殼的擴張和收縮模式。現在在《地球物理研究》期刊上發表的一項研究中，Kraner和她的同事也探究了當地含水層的季節性波動是否可以解釋這種膨脹和收縮的循環，這種現象本身就可能引發地震。

圖為2014年8月24日加州納帕谷布曼路附近的一個葡萄園發生地震。圖片：Dan Ponti/U.S. Geological Survey

地震發生時，地球緩慢移動的構造板塊突然間相互滑動，通常是由於應力的增加而使兩者不穩定，這就像折斷了一根棍子，如果拉動它，再拉動它，它最終會到達斷裂點。但是Kraner觀察到的地殼的波動表明，可能有一種季節性因素觸發了這個過程。她通過從「地球觀測」(Earthscope)收集數據來識別這種模式。「地球觀測」是一個遍布美國西部地震多發區的高精度GPS感測器網路。自2005年以來，這些感測器一直在記錄地殼的毫米級位移，並建立了一個龐大而詳細的數據集。

地殼在夏末伸展，在冬季收縮，每年都會在這個地方看到這種情況。理論是：這種季節性因素為這次地震的發生提供了最後一根稻草。但這一非同尋常的季節周期背後的原因是什麼，以及它與地震有何關聯？在研究小組排除了其他幾個因素後，能想到的唯一與當地的含水層系統有關。為了驗證這一觀點，Kraner使用了納帕-索諾瑪山谷的衛星數據，該數據揭示了含水層盆地所在地區地面高程的明顯季節性變化。

眾所周知，地下水位的上升和下降會導致地球表面的海拔上升和下降。Kraner並沒有測量這些盆地的水量，但她推測，如果夏季地下水水位因為缺水而下降，那麼上面的土地就會下沉。當這種情況發生時，它會拉動地殼，水平地收縮地殼，「拉伸」或「延伸」含水層周圍的土地。根據這種邏輯，如果斷層兩側的含水層退縮，也會導致斷層兩側的土地水平收縮。(事實上，Kraner的GPS記錄顯示，夏季的時候，地面上有3毫米寬的區域。)就像鬆開一個夾子一樣，它會釋放斷層上的穩定壓力，使板塊之間的滑動更容易，從而引發地震。這是否意味著人類活動導致的蓄水層枯竭會導致這一過程的發生並引發地震？克蘭納警告說，這項研究不能回答這個問題。

即便如此，這一地區的特點是，這裡的葡萄園耗水嚴重，可能導致該地區地表的收縮。在(含水層的)頂部，確實有加州釀酒廠。他們正在抽水。我們不知道有多少。在乾旱的夏季和乾旱期間，對地下水的依賴可能會增加。但克蘭內爾很快指出，她的研究並沒有測量地震前後的水量和抽水速度。由於降雨、蒸發和其他自然現象的影響，地下水位也會自然波動。但作為第一個發現地殼局部擴張和收縮模式的研究，Kraner的研究確實至關重要地揭示了季節壓力可能是引發地震的眾多因素之一。她說，了解這種季節性因素可能有助於科學家對這些現象做出更豐富、更準確的預測。地震預報增加了時間的依賴，這對於理解地震是如何觸發的很重要。

博科園-科學科普｜ 文：Emma Bryce/Live Science

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