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潮汐能预测地震吗?科学家用数据揭开地潮关联的真相

潮汐本身不能可靠地预测地震,但科学研究确实揭示了潮汐力(主要是月球和太阳引力引起的地球固体部分形变产生的应力)与地震发生之间存在微弱的统计关联,特别是在某些特定条件下。科学家们正在利用大量数据努力揭开这种关联的真相及其背后的物理机制。

以下是关键点:

潮汐力如何影响地壳?

  • 潮汐力不仅导致海洋的涨落(海洋潮汐),也会导致固体地球发生微小的、周期性的形变(固体潮或地潮)。这种形变在地壳和地幔中产生微小的应力变化。
  • 这种应力变化虽然极其微小(通常远小于地震前地壳中积累的巨大构造应力),但其作用是周期性的(每天两次高潮/低潮,每月两次大潮/小潮)。

科学研究揭示的关联:

  • 触发作用而非成因: 科学界普遍认为,潮汐应力本身不足以引发地震。地震的根本原因是板块运动导致的地壳应力长期积累。
  • “压垮骆驼的最后一根稻草”: 对于已经处于临界状态、即将破裂的断层来说,微小的潮汐应力变化有可能起到“触发”作用,使其在潮汐应力达到某个有利方向的峰值时提前发生破裂。
  • 统计证据:
    • 一些研究(如2004年发表在《科学》上的研究)发现,大型逆冲地震(如发生在俯冲带的特大地震)似乎更倾向于在潮汐应力处于拉张状态(有助于断层滑动)时发生。
    • 然而,后续更大规模的研究(如2016年发表在《自然》上的研究,分析了超过10,000次地震)得出的结论更为复杂。该研究发现:
      • 整体上,地震的发生与潮汐应力周期没有显著的相关性
      • 但在特定条件下存在微弱关联:
        • 对于非常浅源的地震(更接近地表,可能对微小的应力变化更敏感)。
        • 对于发生在特定的断层类型(如逆冲断层)上的地震。
        • 当潮汐应力处于促进断层滑动方向时,发生地震的概率有非常微小的增加(例如,从平均概率略微增加到1.0001倍)。这种增加在统计上是显著的,但极其微弱,远不足以用于预测。

为什么无法用于预测?

  • 关联太弱: 即使存在统计关联,其效应也非常非常小。潮汐应力增加的触发概率提升幅度微乎其微,无法提供有实际意义的预警。
  • 无法确定临界状态: 最关键的问题是,我们无法实时知道哪些断层正处于破裂的临界状态。只有对于这些“一触即发”的断层,潮汐应力才可能起到触发作用。我们无法提前识别出这些断层。
  • 信号微弱且普遍: 潮汐应力是周期性作用于全球地壳的普遍现象。它提供的“信号”太微弱、太普遍,无法告诉我们具体何时、何地、多大的地震会发生(预测地震需要这三个要素)。
  • 其他因素主导: 构造应力的积累和释放过程是地震发生的主控因素,潮汐应力只是一个微小的扰动。

科学家的努力与意义:

  • 数据挖掘: 科学家们利用全球地震目录和海量的潮汐模型数据,通过复杂的统计分析来寻找关联模式。
  • 理解断层行为: 研究潮汐触发效应最大的意义在于加深对断层物理状态和破裂过程的理解。例如:
    • 如果发现某个区域的地震对潮汐应力特别敏感,可能暗示该区域的断层处于较高的应力水平或具有特定的摩擦特性。
    • 有助于验证和改进断层摩擦本构关系的物理模型。
  • 探索其他触发机制: 研究潮汐触发也为理解其他微小应力扰动(如由大型水库蓄水、地下注液/采液、甚至强震产生的动态应力波)如何触发地震提供了借鉴。

结论:

  • 潮汐本身不是预测地震的工具。 它无法提供可靠的、可用于防灾减灾的地震预测信息。
  • 科学数据揭示了微弱关联: 大量数据分析表明,对于特定类型(如浅源逆冲地震)已经处于临界状态的断层,潮汐应力(尤其是处于拉张方向时)可能略微增加其立即破裂的概率。但这种关联极其微弱,且无法提前识别出处于临界状态的断层。
  • 研究价值在于理解机制: 科学家研究潮汐与地震的关联,主要目的是深入理解断层在接近破裂时的物理状态和行为,以及微小应力扰动如何影响破裂过程,这对于推进地震物理学的认知至关重要。

简而言之,潮汐力更像是地震发生“临界点”附近的一个微小的、周期性的背景扰动,它偶尔可能“轻推”一下即将崩塌的系统,但我们既无法知道系统何时处于崩塌边缘,也无法仅凭这个“轻推”就断定崩塌即将发生。科学家们通过海量数据确认了这种“轻推”有时存在微弱效果,但这离实际预测地震还很遥远。