地质记录中的海啸

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2004年印度尼西亚海啸和2011年日本海啸表明,海啸是与地震相关的常见现象。现代数据库列出了过去4000年全球超过2000次海啸事件,其中大多数记录在历史文献、编年史甚至神话中 - 然而,地质记录中的海啸沉积物似乎相对罕见。

理论上,海啸可以引发多种侵蚀和沉积过程,例如涌浪和回流、浊流、碎屑流和滑坡,因此形成的沉积物也可能从细粒沉积物到巨砾不等。

- 当海啸袭击海岸时,它首先会侵蚀较老的沉积物。沿着较老沉积物与海啸沉积物的不整合面描述的奇特(且有争议的)“臼齿结构”,是在地震振动压碎较老地层,海啸剥离规则的土壤块(撕裂碎屑)时形成的。液化现象,如砂脉,也可以保存在海啸沉积物下方的沉积物中。


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图1. 非常示意性的海啸沉积地层层序。

- 海啸淹没陆地,并沉积了搬运来的沉积物和碎屑。“Trough The Sandglass”博客上的这篇文章描述了海啸涌浪和回流的沉积物,这些沉积物由厚厚的沙层组成。不幸的是,在像海滩这样不稳定的环境中,此类沉积物的保存潜力非常低,这部分解释了为什么到目前为止,海啸在地质记录中代表性不足。而且,在这些地层中发现的许多特征(如粒度分布或海洋化石的积累)与风暴沉积的沉积物非常相似。

- 海啸还可以搬运和沉积巨大的砾石(如珊瑚礁碎片)。这些砾石不太可能被海岸环境的正常过程改造,并且更有可能石化。2007年11月,德克萨斯大学的一个地球物理学家团队宣布发现了可能是有记录以来海啸搬运的最大砾石。然而,这些砾石似乎也不总是海啸的明确证据。在爱尔兰阿伦群岛的悬崖边发现的大型巨砾,重量从20吨到230吨不等,曾被认为是海啸沉积物,但在2004年被重新解释为来自大西洋的强风暴移动的砾石。

图2. 1883年喀拉喀托火山爆发期间,灾难性海啸搬运的砾石(公共领域图像)。

还有间接的生物学证据(除了在陆地上发现的海洋化石)可以证明海啸的存在。

强烈的地震不仅会引起海啸,还会使沿海地区降至海平面以下。海水很快就会杀死那里生长的树木和植物。这些“幽灵森林”的树木最终被埋在潮滩的沉积物中。由于持续的构造运动,陆地将缓慢再次上升。

这些变化可以在地层层序中观察到:具有化石树木的泥炭或土壤层将突然变为沙层,这是由海啸和潮汐沉积的。这种地层层序的一个巨大优势是可以利用放射性碳定年法对有机残留物进行测年,并产生这些变化的精确史前年代。

一篇2009年发表的论文分析了利用界线(海啸破坏和侵蚀区域的界限)来绘制海啸范围的方法。该研究确定了2004年海啸影响区域的各种界线,其年代可追溯到大约300年前。

今天,大陆海岸是人口稠密地区 - 研究海啸的地质效应和沉积物可以帮助改进我们对史前事件的记录,并更好地定义这些地区的风险

参考书目

ATWATER, B.F.; SATOKO, M.-R.; KENJI, S.; YOSHINOBU, T.; KAZUE, U. YAMAGUCHI, D.K. (2005): 1700年孤儿海啸:北美洲母地震的日本线索。美国地质调查局 - 华盛顿大学出版社:144页

BOLT, B.A. (1995): 地震 - 地球动力学之钥。Spektrum Akademischer Verlag, Berlin: 219页

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My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

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