爆發無週期性,新研究:大型淺層地震似乎遵循「魔鬼階梯」數學公式

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 18 日 9:25 | 分類 環境科學 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


根據經典地震學模型預測,地震是隨構造應力的累積與釋放循環產生,具有週期性,然而美國密蘇里大學團隊最新研究指出,大型淺層地震似乎遵循著「魔鬼階梯(Devil’s staircase)」這個數學函數公式——被較長但不規則的間隔隔開。

新研究發現,那些地震震度 6 級或更高的大型地震序列(註),似乎比最初預期的「爆發」還要來得多,且週期性發生的淺層大型地震序列其實很少見,事件爆發間隔也不規則,我們到現在都很難預測大地震之間的平均復發時間。

相反地,科學家們發現全球地震序列往往群集發生,然後被長時間但不規則的沉寂間隔隔開,研究團隊認為,大型淺層地震應遵循「魔鬼階梯」這個數學公式。

魔鬼階梯有時也稱「康托爾函數(Cantor function)」,是一個一致連續、卻不絕對連續的函數,而其中任何一部分的變化都可能影響整個系統的行為,我們可以在地表沉降序列(sedimentation sequences)、地磁場翻轉、地殼上升與侵蝕速率中找到類似這種模式的例子。

以前的地震模型都集中在短時間或小區域的地震序列,也因此早期模型無法套用階梯模式,如果模型無法從長期角度檢視地震序列,就無法判斷一系列地震事件是屬於單次群集、還是跨越了兩次群集、以及沉寂間隔。

研究團隊認為,一次斷層破裂後,可能透過應力轉移刺激其他斷層活動,這說明萬一發生大地震,再次發生地震的可能性更高,但它們之間又有不規則沉寂間隙,以至於我們預測下一次大地震何時到來變得困難。

研究人員之一 Gang Luo 表示,間隔似乎與背景構造應變率(background tectonic strain rate)成反比關係,可以試著查看岩石圈因板狀構造運動而變形的速度有多快。

科學家依然不確定地震發生機制,但團隊希望通過研究應力傳遞,來分析大地震對其他斷層系統的影響,看看是否能更準確預測大型淺層地震的爆發。新論文發表在《Bulletin of the Seismological Society of America》期刊。

註:「地震序列」是指發生在相近時間或空間的一連串地震,依照發生次序,可分為前震、主震和餘震 ,難以判別主震的地震序列則稱為群震。

(首圖來源:pixabay