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日本的“地球号”钻探船在3月11日遭受海啸冲击并受损，这场海啸摧毁了日本东北部。如今，“地球号”被赋予了一项特别合适的任务：钻探到断层带，并在引发海啸的9.0级东北地震震中附近进行温度测量。这将是研究人员首次在地震后不久钻探水下断层。这项行动的目的是解开一个关于摩擦在地震事件中所起作用的数十年谜团。这应该有助于科学家们理解为什么有些断层比其他断层更可能引发海啸——在这种情况下，海啸最终夺走了超过23,000人的生命。
“如果我们不尽可能多地从这次巨大地震加热的断层带中学习，那将是对社会的一大损害，”综合海洋钻探计划（IODP）管理小组总裁兼首席执行官清泰末广（Kiyoshi Suyehiro）说。在9月份初步批准该提案后，IODP现已确认资金到位，用于“地球号”在4月份启航，并在地震震中以南的地点进行钻探（见地图）。
正式名称为“日本海沟快速钻探项目”的考察的科学原理，详细记录在2009年的一份报告中，该报告提倡在地面滑动超过一米的地震发生后，尽快通过断层线进行快速反应钻探。东北地震事件创造了有史以来观测到的最大滑动量的新纪录——惊人的50米——使其成为理想的目标。
“这现在是地震学中的一个基本问题：如何让岩石滑动数十米？”日本京都大学防灾研究所地震学家詹姆斯·森（James Mori）说，他是快速反应报告的合著者，也是即将到来的钻探考察的联合首席科学家。研究人员认为，答案的一个重要部分是，断层线中岩石、沙子和水板块之间的阻力在地震期间会显著下降——例如，由于岩石融化或水压升高——但没有人能够正确测量这种效应。由于摩擦以热量的形式消散，精确的温度数据应该可以填补一个关键的知识空白。
加州大学圣克鲁兹分校的艾米丽·布罗德斯基（Emily Brodsky）也参与了这项任务，“我们做了很多计划，但不知道会遇到什么样的地震。”
研究人员曾尝试在陆地地震后监测地下温度，共三次——分别是在1995年日本神户地震、1999年台湾集集地震和2008年中国四川汶川地震之后。但这些项目总共只产生了几个温度读数，并且只发现了微小的温度升高，或者根本没有发现——可能是因为温度升高太小而无法看到，或者是因为监测技术不完善。“反复出现的主题是，断层的温度往往比它们应该的温度要低，”布罗德斯基说。她表示，更大的滑动事件提供了更好的机会来追踪预计高达 0.5 °C 的温度升高。“我们需要现在就做这件事，快速地做，并且正确地做。”
“地球号”将向下钻探 1 公里穿过断层，并将一串温度传感器放入孔中。通过跟踪一到三年的温度——比以前尝试的时间长得多——研究人员应该能够计算出地震产生的总热量。这将为他们提供断层在滑动过程中感受到的阻力，从而填补地震动力学模型中的空白。“这是一个关键的缺失要素，”加州理工学院帕萨迪纳分校的地质学家让-菲利普·阿沃克（Jean-Philippe Avouac）说，他没有参与该项目。
完成钻探并非易事。在拟议的地点，东北断层位于水下 7 公里和地壳下方约 700 米处，因此需要巨大的钻杆。布罗德斯基说，以前只从那么深的水下提取过微小的 15 米岩芯；大多数岩芯是从水下 6 公里或更浅的地方提取的。
除了温度测量外，该项目还将检查岩芯中提取的沉积物。某些沉积物纹理，例如球轴承状的粘土颗粒，可能与大滑动地震有关。识别这些特征应有助于科学家预测其他断层的滑动潜力。
从东北地震事件中收集宝贵信息的机会代表着“一个机会，甚至是一种责任”，森说。他指出，地震造成的几乎所有破坏都是由海啸造成的。“我们真正想了解的是海啸的成因。”
本文经《自然》杂志许可转载。该文章于首次发表于2011年10月31日。