研究：大雪和降雨可能导致一些地震

当科学家寻找地震的原因时，他们的搜索往往从地下开始。几个世纪以来的地震研究已经清楚地表明，构造板块的碰撞以及地下断层和裂缝的运动主要引发了地震。

但麻省理工学院的科学家们现在发现，某些天气事件也可能在引发一些地震中发挥作用。

在今天发表在 《科学进展》上的一项研究中，研究人员报告说，在过去几年中，大雪和降雨可能导致日本北部发生大量地震。该研究首次表明气候条件可能会引发一些地震。

“我们看到地表的降雪和其他环境负荷会影响地下的压力状态，并且强烈降水事件的时间与这次地震群的开始密切相关，”研究作者威廉弗兰克说，他是麻省理工学院地球，大气和行星科学系（EAPS）的助理教授。“因此，气候显然对固体地球的响应有影响，而这种响应的一部分是地震。

这项新研究的重点是日本能登半岛发生的一系列地震。研究小组发现，该地区的地震活动与地下压力的某些变化惊人地同步，并且这些变化受到降雪和降水的季节性模式的影响。科学家们怀疑，地震和气候之间的这种新联系可能不是日本独有的，并且可能在撼动世界其他地区方面发挥作用。

展望未来，他们预测，随着全球变暖，气候对地震的影响可能会更加明显。

“如果我们进入一个正在变化的气候，有更多的极端降水事件，我们预计大气，海洋和大陆中的水会重新分配，这将改变地壳的负载方式，”弗兰克补充道。“这肯定会产生影响，这是我们可以进一步探索的联系。

该研究的主要作者是前麻省理工学院研究助理Qing-Yu Wang（现就职于格勒诺布尔阿尔卑斯大学），还包括EAPS博士后崔新、维也纳大学的杨璐、东北大学的广濑隆和东京大学的Kazushige Obara。

地震速度

自 2020 年底以来，日本的能登半岛发生了数百次小地震，这是一块从日本主岛向北弯曲进入日本海的土地。与典型的地震序列不同，典型的地震序列始于主震，在消失之前让位于一系列余震，诺托的地震活动是“地震群”——一种多次持续地震的模式，没有明显的主震或地震触发。

麻省理工学院的团队以及他们在日本的同事旨在发现蜂群中的任何模式，这些模式可以解释持续的地震。他们首先查看了日本气象厅的地震目录，该目录提供了一段时间内全国各地地震活动的数据。他们重点关注了过去11年中诺托半岛的地震，在此期间，该地区经历了偶发性地震活动，包括最近的地震群。

利用目录中的地震数据，该团队计算了该地区随时间推移发生的地震事件的数量，并发现与2020年底相比，2020年之前的地震时间似乎是零星的和无关的，当时地震变得更加强烈和聚集，标志着地震群的开始，地震以某种方式相关。

然后，科学家们研究了监测站在同一11年期间进行地震测量的第二个数据集。每个站点都会持续记录发生的任何位移或局部震动。从一个台站到另一个台站的震动可以让科学家了解地震波在台站之间的传播速度。这种“地震速度”与地震波传播的地球结构有关。Wang使用台站测量值计算了过去11年中能登及其周边地区每个台站之间的地震速度。

研究人员生成了能登半岛下方地震速度的演变图，并观察到一个令人惊讶的模式：在2020年，大约在地震群被认为已经开始的时候，地震速度的变化似乎与季节同步。

“然后，我们必须解释为什么我们要观察这种季节性变化，”弗兰克说。

雪压

研究小组想知道，不同季节的环境变化是否会影响地球的底层结构，从而引发地震群。具体来说，他们研究了季节性降水如何影响地下“孔隙流体压力”——地球裂缝和裂缝中的流体在基岩内施加的压力。

“下雨或下雪时，这会增加重量，从而增加孔隙压力，从而使地震波传播得更慢，”弗兰克解释说。“当所有这些重量通过蒸发或径流被移除时，孔隙压力突然降低，地震波更快。

Wang和Cui开发了能登半岛的水力学模型，以模拟过去11年中对降水季节性变化的响应。它们输入了同一时期的模型气象数据，包括每日降雪、降雨量和海平面变化的测量。根据他们的模型，他们能够跟踪诺托半岛下方，地震群之前和期间过剩孔隙压力的变化。然后，他们将这个孔隙压力演变的时间表与他们不断变化的地震速度图进行了比较。

“我们进行了地震速度观测，并且有过孔隙压力的模型，当我们将它们重叠时，我们发现它们非常吻合，”弗兰克说。

特别是，他们发现，当他们包括降雪数据，特别是极端降雪事件时，模型和观测值之间的拟合度比只考虑降雨和其他事件更强。换句话说，能登居民正在经历的持续地震群可以部分解释为季节性降水，特别是大雪事件。

弗兰克说：“我们可以看到，这些地震发生的时间与我们多次看到强降雪的时间非常吻合。“这与地震活动密切相关。我们认为两者之间存在物理联系。

研究人员怀疑，大雪和类似的极端降水可能在其他地方的地震中发挥作用，尽管他们强调主要触发因素总是起源于地下。

弗兰克说：“当我们第一次想了解地震是如何运作的时，我们会关注板块构造，因为板块构造是并且将永远是地震发生的头号原因。“但是，还有哪些其他事情可能会影响地震何时以及如何发生？这时，你开始转向二阶控制因素，而气候显然是其中之一。

这项研究在一定程度上得到了美国国家科学基金会的支持。