这可能是人类第一次用镜头捕捉到断层移动的瞬间。
2025年3月28日,缅甸遭遇了7.7级地震。在缅甸第二大城市曼德勒的南部,一家太阳能电厂的监控摄像头记录了地表破裂的过程。
Htin Aung将这段视频传到了自己的脸书上,引来了许多地质学家和地质爱好者的围观。
画面中,一切都像是精心设计的电影特效,既真实又显得有些诡异:坚固的大门左右晃动,平整的水泥地面上蔓延开一道道裂缝。突然,围栏右侧的地面像是被一双无形巨手猛地拉动,迅速侧滑了足足两米多远!不远处的输电塔也随即轰然倒塌。
虽然地质学家见到过许多震后的断裂,但这样实时、动态地完整记录下整个断层的形成过程,还是头一遭。
这不禁让人追问:这个撕裂大地的断层,究竟是如何形成的呢?科学家又能从这段影像中解读出哪些地球的秘密呢?
为什么地面会滑动?
地球的表面并非铁板一块,而是由若干巨大的“拼图”——也就是板块——组成的。这些板块驮着大陆和海洋,在地球内部熔融物质的驱动下,各自缓慢地漂移着,就像水面上的冰块。
大约在四千万年前,原本在南半球的印度板块,一路向东北漂移,最终与体型庞大的欧亚板块迎头相撞。这场惊天动地的“大车祸”,威力之大,直接将两大板块接触的边缘地带生生“拱”了起来,形成了我们今天看到的巍峨的喜马拉雅山脉。
印度板块的漂移过程 | USGS
当然,撞击不仅仅是“正面对冲”那么简单。在印度板块的东侧边缘,它与欧亚板块发生了持续的“侧面刮擦”。就好像两个人并排挤着走路,肩膀不停地摩擦对方。这种长年累月的巨大摩擦,使得这里的地壳岩石不堪重负,最终沿着一个长长的区域断裂开来,形成了一条巨大的“伤疤”——这就是实皆断层。
而2025年3月28日这场让大地撕裂的缅甸地震,正是这条不安分的实皆断层,又一次惹的“祸”。
实皆断层和历次地震的位置 | USGS
实皆断层是如何引发地震的呢?我们可以把它想象成一根巨大的弹簧。由于印度板块仍在向北挤压欧亚板块,导致实皆断层的两侧持续蓄力:断层的西侧地块想要向北移动,而东侧地块则相对向南移动。
这使得断层面上积累了巨大的应力,就像弹簧被越拧越紧。当地下深处的岩层再也承受不住这种力量时,它们会突然发生破裂、错动。一瞬间,长时间积蓄的能量便如决堤的洪水般猛烈释放出来,形成地震。
或许你已经注意到了,视频中的地面就是这样错开的。
两边的地面几乎没有发生明显的抬升或下陷,只发生了水平方向上的位移。地质学上,它们叫做“走滑断层”。
走滑断层 | Geology Page
除了走滑断层之外,还有两种不同的断层,叫做正断层和逆(冲)断层。相比之下,它们在水平方向上几乎不移动,而是沿着断裂的斜坡向上或向下运动。
正断层和逆冲断层 | 中国地质科学院地质研究所
为什么大门先动了?
细心的你或许会发现一个有趣的现象:视频中,在地面大规模错动之前,大门和周边的景物似乎就已经“按捺不住”,率先晃动起来。
这又是为什么呢?
要解开这个谜团,我们需要认识地震发生时产生的两种主要“信使”——地震波。它们就像赛跑选手,从震源(也就是地底下岩层最初破裂的地方)出发,向四面八方传播开来。
“急性子”的先锋——P波 (Primary wave, 纵波)
大约在视频的10秒左右,第一波震感抵达。
视频10秒左右,摄像头开始颤动 | Htin Aung
这是跑得最快的P波。你可以把它想象成一列不断压缩和拉伸弹簧的波,它使地面发生上下的颠簸。
P波的特点是速度快(在地壳中大约每秒6-8公里),但通常威力相对较小,所以视频中我们看到的是摄像头和周围的绿植开始颤动。
P波是上下震动的 | NCREE
“大力士”的主力——S波 (Secondary wave, 横波)
紧随P波之后,大约在视频的12秒,第二波更强烈的震动抵达了,这是S波。
视频12秒左右,大门左右晃动 | Htin Aung
S波跑得比P波稍慢(在地壳中大约每秒3-5公里),但它的破坏力通常更大,让地面来回摇晃、左右摆动。
由于大门离断裂带非常近,地震学上称之为“近断层地震动”。此时受多普勒效应的影响,S波的能量堆积在了一起,在一个很小的范围内集中释放,这就是大门会那样剧烈晃动的原因。
S波比P波晚一些到达 | NCREE
地震预警的“黄金几秒”
正是因为P波跑得快、S波跑得慢,这个速度差给了我们一个非常宝贵的“预警窗口”。
通过在各地设置地震监测仪,科学家可以在检测到先期抵达但破坏力较小的P波时,迅速计算出地震的方位和大致强度,并抢在破坏性更大的S波到达前,向可能受影响的区域发出警报。
这短短的几秒到几十秒时间,对于人们寻找安全位置、紧急避险来说,至关重要!
姗姗来迟的“地面撕裂”
大约在14秒左右,地面才开始出现明显的移动和破裂。
注意右边的地面,出现了明显的滑动 | Htin Aung
真正的地面断裂为什么还要更晚一些呢?
这是因为地表断层的破裂扩展,它本身也是一个有速度的过程,这个“撕裂”大地的速度,通常比S波的传播速度还要再慢一些(大约是S波速度的0.8倍)。所以,我们会先感觉到P波带来的轻微抖动,然后是S波造成的剧烈摇晃,最后才看到断层撕裂并滑动开来。
一旦开始破裂,伴随着巨大能量的释放,地面便如同热刀下的黄油一般,顺滑地、不可阻挡地错动开来。
大地丝滑地错动 | Giphy
另一种可能
前面我们提到,通常情况下,地表断层的“撕裂”速度要比S波慢一些。但科学的奇妙之处就在于,总有例外和更深层的规律等待我们去发现。
对于2025年这场缅甸地震,一些科学家对卫星观测数据和地震仪记录进行分析后提出:这次地震中,地壳断裂的扩展速度,可能比S波(也就是我们前面说的“主力”剪切波)传播得还要快!
这听起来似乎有悖常理,断裂怎么能跑赢震动呢?其实,我们可以用一个生活中的例子来理解:想象一下你正在撕一张纸。
断裂就是撕纸 | Giphy
当你把纸撕开一个口子后,这个裂口向前扩展的速度,在特定情况下,是可能超过纸张本身振动(可以看作是微弱的剪切波)传递速度的。也就是说,裂纹“跑”在了振动的前面!
地质学家通过复杂的计算和模型分析发现,在某些特定类型的断层(比如我们这次关注的走滑断层)上,如果满足一系列非常“苛刻”的条件,断裂在扩展时就能跑得比S波更快,像脱缰的野马一样“狂奔”,甚至能追上P波的速度。
这种断裂速度超过剪切波的地震,被称为“超剪切地震”。在全球范围内有记录的地震中,被确认为超剪切地震的,可能也就21次。
如果这次缅甸地震最终被证实为超剪切地震,它将是第22次。
历史上发生过的超剪切地震 | Bao et al., 2022.
超剪切地震的断裂速度究竟有多快呢?
研究表明,在超剪切地震中,断裂前锋的传播速度可以达到惊人的每秒5公里!我们知道声音在空气中的传播速度大约是每秒340米,每秒5公里就意味着这个“撕裂”大地的速度,达到了音速的近15倍!
如果要在地球上找一个速度能与之媲美的人造物,或许只有像东风-17这类高超音速导弹在飞行时才能达到。
想象一下,地震断裂以这样的速度在脚下掠过,那是何等迅猛的破坏力量!
超剪切地震的破裂速度,和超音速导弹差不多 | CCTV
回头再看这段视频,它不仅是史无前例、堪称典型的断层移动记录,更有可能藏着地震机制的规律。让大门晃动的,究竟是破裂的能量,还是别的地震波?让远处电塔倒下的,又是哪一种地震波呢?
或许在不远的将来,会有地质学家从其中的某一帧画面中找到答案。而这个答案,或许能让地震预警再提早一秒。