美国留学：撼动麻省理工学院的地震研究
随着生命的丧失和基础设施的严重破坏，地震的余震在世界范围内回荡——不仅是地震波，还出现在重大地震事件之后的照片和新闻报道中。因此，科学家和公众都热衷于了解断层的动态及其潜在危险，并以预测为最终目标。
麻省理工学院地球、大气和行星科学系 (EAPS) 的助理教授 William Frank 和 Camilla Cattania 以 EQSci@MIT 的身份合作，通过观察、统计和建模来揭示隐藏的地震行为和断层复杂性。总之，他们互补的研究途径正在帮助揭示支撑一切的断层机制，从抗震事件，如在数小时或数月内发生的缓慢滑动动作，到几秒钟内发生的大地震。他们还在研究构造区域与邻近事件相互作用的方式，以更好地了解断层和地震事件如何演变——并在此过程中阐明这些事件发生的频率和可预测性。
观察地球蠕动
虽然有很多方法可以研究不同类型的地震和断层，但弗兰克采取了一种详细而稳定的方法：长期观察俯冲带中缓慢移动的低波频率地震（称为慢滑）。 “当我们开始研究这些慢滑事件的规模时，我们意识到它们与地震一样大，”弗兰克说。
他的团队利用 GPS 等大地测量数据来监测地面如何在断层上和附近移动，从而揭示当深入地下时沿板块界面发生的情况。在地壳中，靠近地表的板块往往沿着边界锁定在一起，形成压力，然后将其释放为大地震。
由于慢速滑移能够通过应力和释放在俯冲带中引起能量加载，因此弗兰克和他的团队希望了解慢速地震如何与地震区相互作用，那里有可能发生大地震。通过深入研究观测数据，从长期读数到几小时的读数，弗兰克了解到，在慢滑过程中经常会出现许多重复的微小地震。虽然乍一看数据可能看起来只是噪音，但仔细检查会出现清晰的信号，这些信号揭示了关于地下板块界面的很多信息——比如被困流体的存在，以及俯冲带在断层不同位置的表现。
“如果我们真的想知道我们将在何时何地以及如何发生大地震，你必须了解它周围发生了什么，”弗兰克说，他的项目遍布全球，正在调查日本的俯冲板块边界到太平洋西北部，一直到南极洲。
建模复杂性
卡米拉·卡塔尼亚的作品与弗兰克的作品形成对比。在弗兰克小组整合地震和大地测量记录收集的地方，卡塔尼亚使用数值、分析和统计工具来了解地震的物理特性。通过建模，她的团队可以测试假设，然后在该领域寻找确凿的证据，反之亦然，使用收集的数据来通知和改进模型。受其祖国意大利的重大地震灾害影响，卡塔尼亚对为地震预报提供实际应用模型的潜力非常感兴趣。
Cattania 还一直在研究如何模拟断层的物理特性如何控制地震的频率和规模——这是了解它们构成的危险的关键问题。一些地震序列往往会每隔一段时间重复出现，但大多数不会，这很难预测。“事实证明，周期性是一种取决于地震大小的属性。大地震比小地震更不可能出现周期性行为，它只是来自摩擦和弹性如何控制周期的基本物理学，”她说。
协同方法
最终，通过他们在麻省理工学院 EAPS 的合作，Frank 和 Cattania 正试图在观测和建模之间建立更多的交流，以促进地震科学的更快发展。“不断改进的地震和大地测量，以及新的数据分析技术，为探测断层行为提供了前所未有的机会，”卡塔尼亚说。“通过数值模型和理论，我们试图解释为什么断层会以它们的方式滑动，而取得进展的最佳方式是让建模者和观察者相互交谈。”
参考链接：https://news.mit.edu/2022/shaking-earthquake-research-mit-0204
编译：W.lin
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