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新 GPS 模型揭日本地震史 助預測未來地震與海嘯危機

2018/4/4 — 18:38

資料圖片:2011年日本東北地震引發海嘯(新聞片段截圖)

資料圖片:2011年日本東北地震引發海嘯(新聞片段截圖)

311 大地震後,日本政府想了解當地,特別是南海海域一帶範圍,可能會出現最壞海嘯及地震的情況,以盡早作出防範。而美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校沉積學家 Hannah Baranes 領導的研究團隊利用 GPS 數據,建立地震及海嘯模型,預測日本西南部南海海槽在未來十年可能會發生海嘯,甚至會造成比 2011 年的海嘯傷害更大。

Baranes 的團隊一開始在 2012 至 2014 年間,從南海沿岸湖泊收集沉積物樣本,嘗試從中找出過往大型水災沖至湖中的海沙層 (marine sand layer) 。從累積多年的海沙層中,研究人員可以找到過去幾千年發生過的大型水災事件地質紀錄。其中,研究人員從一個位於豊後水道島上的小湖 Ryuuoo 發現海沙層。海沙竟跨過 3.96 米高海灘沖到湖中。

經鑑定發現,該海沙層相信在 1700 年代初期經已出現,與已知 1707 年發生南海海槽海嘯時間吻合。研究人員坦言,對結果感到困惑。因為豊後水道是位處於兩個日本本島之間,會被鄰近地勢「保護」免受海嘯侵襲。由於未知海嘯何以侵襲該地,因此令研究人員相當擔心該地一旦再發生海嘯,或會引起嚴重後果,特別是當地興建了一座核電廠。因此,他們繼續跟進研究,嘗試建立數學模型了解相關風險。

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地震是由板塊移動所引起,令地面升起或下沉。這個過程有機會將板塊以上海水一下子移動,造成海嘯。研究人員嘗試以數學模型,模擬相關地殼活動改變,以了解 1707 年海嘯狀況。不過,當他們利用被引用最多次的數字模型,嘗試模疑 1707 年南海海槽海嘯時,數學模型只成功模擬了 1.82 米高海嘯,而非 4 米高海嘯。也就是說,與湖中海沙層數據不符。

當他們苦無頭緒之時,他們聯絡上史密斯學院研究人員 Jack Loveless 。 Loveless 以精準的 GPS 數據量度出地球表面活動,重新建立新數學模型。這個數學模型可幫助了解地震之間,引起斷層壓力積存的板塊磨擦時強度與影響空間分佈狀況。利用 GPS 數據和模型,他們可估計到現時板塊磨擦分佈狀況,和測試不同方法,模擬未來可能發生的地震及海嘯機會。

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利用數學模型,他們終解答到了為甚麼早前研究的困惑——模型顯示,豊後水道在 1707 年曾下降近 2.13 米,原本海灘高度也由 3.96 米左右,下降至 1.82 米。這個地表變動足以讓海嘯將海水和海沙沖到湖泊及內陸中。他們再以現時 GPS 南海海槽的地表移動活動量度數據,以數學模型計算可能發生的狀況。他們發現現時地表活動數據,可模擬到 1707 年大型海嘯事件。也就是說,未來數十年可能會發生震幅或可達 8–9 級的地震。

此前另一研究隊伍提出的地震模型也有類似結論,但研究人員指出現時數學模型尚需要更多獨立分析驗證,以確定相關測量方法能幫助科學家了解過去和未來會出現的地震及海嘯問題,以及作出應變措施。

來源:
Phys.org, Modeling future earthquake and tsunami risk in southeast Japan, 2 April 2018

報告:
Baranes, H., Woodruff, J.D., Loveless, J.P. & Hyodo, M. (2018). Interseismic Coupling‐Based Earthquake and Tsunami Scenarios for the Nankai Trough. Geophysical Research Letters, Published Online. DOI: 10.1002/2018GL077329

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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