氣候變化如何引發地震

科羅拉多州南部的聖克里斯托山脈從聖路易斯山谷的平坦地帶陡然升起。以山脈命名的斷層系統在數百萬年的時間裡塑造了這一壯觀的地理過渡，並且今天偶爾還會震動該地區。一項新的研究表明，數千年前高山冰川的融化也可能透過減輕斷層上的壓力，增加了該地區的地震頻率。

我們通常不會將地球大氣層和地表的氣候與地球深處難以捉摸的板塊運動聯絡起來。但發表在《地質學》雜誌上的這項新研究，提供了罕見的證據，表明氣溫升高（如今天正在發生的情況）實際上可能引發斷層活動。隨著氣溫持續上升，研究人員警告說，其他冰川覆蓋和地震多發地區可能面臨類似的風險。“冰川正在退縮的地區，或水文迴圈變化發生在活動斷層上的地區，可能會經歷更高的地震活動，”研究合著者、科羅拉多州立大學地質學家肖恩·加倫說。

大約在2500萬到2800萬年前，北美洲西部內陸開始分裂，形成了格蘭德河裂谷。隨著陸地緩慢裂開，聖路易斯盆地下沉，而聖克里斯托山脈則向上拱起，兩側垂直位移高達9.2公里。然後，大約在260萬年前，全球氣溫驟降，聖克里斯托山脈的山峰被冰川冰覆蓋。冰川作用在約2萬年前的末次冰期達到頂峰，雕刻出壯觀的U型山谷，並沉積了冰磧——標誌著冰川最遠範圍的碎石堆。

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增加或減少地表質量會改變地球地殼所受的應力。例如，當山脈隆起時，地殼會在其重量下彎曲，就像有人站在跳板上一樣。隨著山脈在難以想象的時間裡磨損和崩塌，地球又會再次隆起。這個過程被稱為均衡反彈，可能會引起輕微的地震活動。這就是為什麼像阿巴拉契亞山脈這樣相對古老的山脈仍然不時震動的原因。

加倫和他的合著者塞西莉亞·烏爾塔多（Cecilia Hurtado），同樣來自科羅拉多州立大學，想知道移除冰川質量是否也會類似地影響地震活動。他們假設，冰川融化可能會改變斷層上的應力，可能透過減少地殼上的負荷，在短期內加速地震。

加倫說，計算機可以相當容易地模擬這種行為，但在自然界中測試這些概念才是金標準。然而，很少有地方可以儲存確鑿的證據：例如，懷俄明州的提頓斷層在黃石冰蓋融化時，地震活動更加頻繁。美國地質調查局地質學家傑西卡·湯普森·喬布（Jessica Thompson Jobe）表示，這項新研究揭示了這種現象可能比科學家們想象的更為普遍，她沒有參與這項研究。“這非常獨特，”喬布在談到這項研究時說。“他們試圖將氣候與斷層活動聯絡起來，而這是一個很好的地方，因為您擁有這兩個資料集的資訊。情況並非總是如此。”

為了支援他們的假設，烏爾塔多和加倫基於聖克里斯托山脈景觀的原始特徵（如冰磧）以及類似於地球皮膚裂縫的斷層崖構建了計算機模型，這些特徵為了解史前地震的時間和地點提供了線索。研究人員使用高解析度雷射雷達（光探測和測距）和衛星影像來繪製這些特徵。最後，研究小組將這些模型與現實世界的證據進行了比較，提出冰河時代的冰川“鉗制”了斷層系統並抑制了地震。隨著冰川在不到2萬年前開始融化，重量被解除，釋放了積聚的應力。這引發了地震頻率急劇增加了五倍，與末次冰期前的水平相比，地震活動明顯增強，這種狀態可能一直持續到冰川最終消退。

科羅拉多學院的地質學榮譽退休教授埃裡克·倫納德（Eric Leonard）沒有參與這項研究，他也認為，即使是聖克里斯托山脈相對較小的冰川的融化，也可能對斷層活動產生重大影響。但他補充說，斷層表面的年代尚不確定，這會影響地震時間的準確性。加倫承認，更精確（也更昂貴）的斷層表面年代測定方法可以改進地震時間線。但他和烏爾塔多相信，這些發現加強了美國西部早期的研究。“我們在這裡擁有令人信服的證據，”加倫說。

該研究的作者還警告說，具有活動斷層和大量冰或水負荷的地區（現在隨著全球氣溫升高而縮小）未來可能面臨更多的地震。

倫納德補充說，僅僅三攝氏度（5.4華氏度）的氣溫升高就融化了聖克里斯托山脈的大部分冰，這引起了人們對今天喜馬拉雅山脈、安第斯山脈和阿拉斯加等構造活躍地區更大冰體的擔憂。“這會顯著增加危險嗎？”他沉思道。“我不知道，但這肯定有潛力。”