气候变化如何引发地震

科罗拉多州南部的圣克里斯托山脉从圣路易斯山谷的平坦地带陡然升起。以山脉命名的断层系统在数百万年的时间里塑造了这一壮观的地理过渡，并且今天偶尔还会震动该地区。一项新的研究表明，数千年前高山冰川的融化也可能通过减轻断层上的压力，增加了该地区的地震频率。

我们通常不会将地球大气层和地表的气候与地球深处难以捉摸的板块运动联系起来。但发表在《地质学》杂志上的这项新研究，提供了罕见的证据，表明气温升高（如今天正在发生的情况）实际上可能引发断层活动。随着气温持续上升，研究人员警告说，其他冰川覆盖和地震多发地区可能面临类似的风险。“冰川正在退缩的地区，或水文循环变化发生在活动断层上的地区，可能会经历更高的地震活动，”研究合著者、科罗拉多州立大学地质学家肖恩·加伦说。

大约在2500万到2800万年前，北美洲西部内陆开始分裂，形成了格兰德河裂谷。随着陆地缓慢裂开，圣路易斯盆地下沉，而圣克里斯托山脉则向上拱起，两侧垂直位移高达9.2公里。然后，大约在260万年前，全球气温骤降，圣克里斯托山脉的山峰被冰川冰覆盖。冰川作用在约2万年前的末次冰期达到顶峰，雕刻出壮观的U型山谷，并沉积了冰碛——标志着冰川最远范围的碎石堆。

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增加或减少地表质量会改变地球地壳所受的应力。例如，当山脉隆起时，地壳会在其重量下弯曲，就像有人站在跳板上一样。随着山脉在难以想象的时间里磨损和崩塌，地球又会再次隆起。这个过程被称为均衡反弹，可能会引起轻微的地震活动。这就是为什么像阿巴拉契亚山脉这样相对古老的山脉仍然不时震动的原因。

加伦和他的合著者塞西莉亚·乌尔塔多（Cecilia Hurtado），同样来自科罗拉多州立大学，想知道移除冰川质量是否也会类似地影响地震活动。他们假设，冰川融化可能会改变断层上的应力，可能通过减少地壳上的负荷，在短期内加速地震。

加伦说，计算机可以相当容易地模拟这种行为，但在自然界中测试这些概念才是金标准。然而，很少有地方可以保存确凿的证据：例如，怀俄明州的提顿断层在黄石冰盖融化时，地震活动更加频繁。美国地质调查局地质学家杰西卡·汤普森·乔布（Jessica Thompson Jobe）表示，这项新研究揭示了这种现象可能比科学家们想象的更为普遍，她没有参与这项研究。“这非常独特，”乔布在谈到这项研究时说。“他们试图将气候与断层活动联系起来，而这是一个很好的地方，因为您拥有这两个数据集的信息。情况并非总是如此。”

为了支持他们的假设，乌尔塔多和加伦基于圣克里斯托山脉景观的原始特征（如冰碛）以及类似于地球皮肤裂缝的断层崖构建了计算机模型，这些特征为了解史前地震的时间和地点提供了线索。研究人员使用高分辨率激光雷达（光探测和测距）和卫星图像来绘制这些特征。最后，研究小组将这些模型与现实世界的证据进行了比较，提出冰河时代的冰川“钳制”了断层系统并抑制了地震。随着冰川在不到2万年前开始融化，重量被解除，释放了积聚的应力。这引发了地震频率急剧增加了五倍，与末次冰期前的水平相比，地震活动明显增强，这种状态可能一直持续到冰川最终消退。

科罗拉多学院的地质学荣誉退休教授埃里克·伦纳德（Eric Leonard）没有参与这项研究，他也认为，即使是圣克里斯托山脉相对较小的冰川的融化，也可能对断层活动产生重大影响。但他补充说，断层表面的年代尚不确定，这会影响地震时间的准确性。加伦承认，更精确（也更昂贵）的断层表面年代测定方法可以改进地震时间线。但他和乌尔塔多相信，这些发现加强了美国西部早期的研究。“我们在这里拥有令人信服的证据，”加伦说。

该研究的作者还警告说，具有活动断层和大量冰或水负荷的地区（现在随着全球气温升高而缩小）未来可能面临更多的地震。

伦纳德补充说，仅仅三摄氏度（5.4华氏度）的气温升高就融化了圣克里斯托山脉的大部分冰，这引起了人们对今天喜马拉雅山脉、安第斯山脉和阿拉斯加等构造活跃地区更大冰体的担忧。“这会显着增加危险吗？”他沉思道。“我不知道，但这肯定有潜力。”