2011年夏天，在R/V 馬庫斯·G·朗塞斯號研究船上的科學家們預計在阿拉斯加半島進行一次例行巡航。哥倫比亞大學的地震學家安妮·貝塞爾和她的同事們出發去繪製該地區的構造板塊圖。但他們發現的情況令他們震驚。研究小組發現了海底板塊排列，類似於當年3月在日本發生的東北地震和海嘯中坍塌的斷層，那場災難導致超過15,000人死亡，約228,000人流離失所，並導致約127,000座建築物倒塌。現在已知地球上存在兩種如此具有潛在災難性的地殼構造，這一發現表明可能存在更多類似的排列會使地球表面變形，這種可能性需要更徹底地繪製海底和構造板塊圖。
“我們不是在尋找任何型別的海嘯結構，”貝塞爾說，她是描述這一新發現的論文的主要作者，該論文發表在8月份的《自然地球科學》雜誌上。1964年，同一構造衝突區域，即阿拉斯加-阿留申俯衝帶，產生了9.2級“耶穌受難日”地震，這是有記錄以來的第二強地震。阿拉斯加-阿留申帶緊鄰阿拉斯加西南部的阿留申群島鏈，這是太平洋板塊緩慢俯衝到北美板塊之下的結果。兩個板塊交匯的一個點，即舒馬金地震帶，從未被認為會引發大地震。在這裡，太平洋板塊的下降已在幾個地方推擠並裂開了北美板塊，形成了長度和深度各異的斷層線。之前的研究人員認為，舒馬金地震帶的每個碎片都以一種只會引起輕微地震的方式緩慢地滑過其他碎片，例如1948年和1993年該地區發生的地震。但是，藉助馬庫斯·G·朗塞斯號上的高功率成像技術，貝塞爾和她的團隊首次檢查了更深處的深淵。在那裡，太平洋板塊與北美板塊處於靜態的推擠對峙狀態。如果這種緊張的關係有所鬆動，貝塞爾和她的團隊在更靠近板塊表面的地方發現的特徵細節可能會引發地震並形成潛在的巨大海嘯。
為了視覺化板塊表面深處的特徵，該團隊在他們的船上拖曳了一把氣槍，將氣囊射入水中。這些不尋常的“子彈”會產生水下衝擊，從而傳播殘餘聲波。當振盪波穿過並返回海底時，它們會對不斷變化的岩層密度做出響應。一個感測器會滯後接收波浪，並將其轉換為海底深度的顯示，很像CT掃描。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞，以支援我們的工作 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
從這項調查中浮現出三個令人不安的特徵：一個是緊張對峙的板塊之間粗糙的介面，如果滑動開始，這將增加額外的震動。第二個是在受力邊界的西南方的一條額外的裂縫，稱為正斷層。足夠強烈的潛在地震可能會使這些裂縫之間的板塊部分錯位，從而導致其在海水中垂直上升。這種新興的板塊會衝擊貝塞爾和她的團隊發現的第三個也是最重要的形態：地表密集的三角形岩石。這種特殊的形狀會在移動時有效地將水向前和向上推。在深海中的高速狀態下，這種雙重壓力會將水抬起，產生足以引發海嘯的強大力量，就像2011年日本事件中一塊類似的大塊海底所做的那樣。
在東北災難之前，地球物理學家不確定深層正斷層在引發海嘯中可能起到的作用。在事件發生後，很明顯，這種研究人員在日本附近觀察到但沒有很好理解的特徵，為引發巨浪貢獻了所需的能量。“這個正斷層就像一個重要的線索，告訴你海溝中正在發生更大的事情，”美國地質調查局阿拉斯加科學中心的地理學家羅伯特·威特說，他沒有參與這項工作。
很有可能更多類似的災難性構造隱藏在世界的海底之下。“如果我們發現更多的正斷層，我們將能夠預測出能夠產生大海嘯的區域，”貝塞爾說。她懷疑日本和俄羅斯東北太平洋海岸線周圍的地殼也可能具有引發海嘯的地質結構。但是，這些海底區域的地震圖和其他特徵描述很少。
回到阿拉斯加半島，以當前的技術仍然不可能在海嘯發生之前很久就預測到它。1788年居住在該地區的俄羅斯人記錄了一場海嘯和地震，但這是地震學家唯一擁有的有關阿拉斯加此類災難的記錄。在沒有強有力的歷史資料的情況下，貝塞爾和其他研究人員甚至無法繪製出下一波海嘯到達的時間線草圖。她解釋說，地震學家能做的最好的事情就是與像威特這樣的地質學家合作，威特已經在分佈在斷層線上的各個島嶼上探測到了先前海嘯的地質痕跡。即便如此，威特和他的團隊仍然難以確定這些事件的日期和頻率。
當貝塞爾和她的團隊偶然發現舒馬金地震帶的險惡特徵時，他們取得了地震學的巨大進展。考慮到地球地殼的總面積，只有專門的搜尋才能發現更多這樣的構造。不幸的是，地震和海嘯的餘波為地質學家提供了對這些現象的最佳見解。“直到我們看到這些大型事件，我們才能將所有拼圖碎片拼湊在一起，”威特說。