解開地震和深海之謎
楊宏峰教授
理學院地球系統科學課程
地震會造成重大破壞和人命傷亡，有時候還會引發巨大海嘯，2004年蘇門答臘和2011年日本東北的地震就是明證。要減少地震帶來的損失，就要對這種自然災害的物理學有根本的了解。
地震為甚麼會發生？第一個原因是地球太熱。地球內部儲存了大量熱能，這股熱能會慢慢傳到地表，地震是地球內部能量釋放的表現。第二個原因是地球外殼分為幾組堅固的塊體，稱為板塊。這些板塊會沿着板塊邊界相對移動。長期來說，板塊以平均每年幾厘米的速度移動，大約和手指甲生長的速度差不多。不過，板塊移動有時可以加快至每秒以米計的速度。
為甚麼板塊間的運動有時候會突然加速，以致引發地震？這是因為板塊邊界有些部分的移動速度，不如其他部分快，甚至完全靜止不動，結果導致沿着板塊邊界的摩擦阻力就不平均。那些移動較慢或者靜止的部分，就出現距離上的虧損（稱為滑移虧損）。這些有滑移虧損的部分，最終會以較短時間和較快速度來追回這段距離，因為一個堅固板塊要整體運動。這就是地震每隔一段時間重覆出現在板塊邊界的原因。
板塊移動的速度可以用全球衛星定位來測量。經過小心測量和謹慎計算，科學家可以估計鎖定值，這個詞是指有滑動虧損的部分的運動情況（數值1代表完全鎖定不動）。如果我們發現鎖定值接近1的板塊邊界，那裏未來肯定會發生地震。這種鎖定分析常用於俯衝帶。俯衝帶是指匯聚板塊邊界，較重的海洋板塊俯衝至密度較低的大陸板塊之下（圖1）。俯衝帶也是全球最大地震發生之處，有些還會觸發大海嘯。
我們能夠預測下次地震的大小嗎？這極為艱巨，但卻是我們中文大學地震學小組正努力做的工作。要較準確地預測日後地震的大小，需要精確的鎖定情況分布、深入了解岩石的摩擦特性，並進行精密的數值計算。我們現時正在研究哥斯達黎加的尼科亞半島，它位於中美洲的俯衝帶。選擇這個地點不只因為尼科亞半島擁有世界上最清楚的鎖定情況分布，還因為2012年這裡發生了7.6級地震，這使我們可以系統地驗證我們的模型預測。成果令人寄予厚望，根據鎖定情況分布，我們能成功估計未來地震的規模，不過下次地震的確切時間則仍無從預測。
相較於尼科亞半島，世界上許多其他俯衝帶的鎖定情況分布，就欠缺嚴謹測定，人們對它們了解也不多，部分原因是它們位於深海。馬里亞納群島的俯衝帶就是一例（圖2），該處遠離大陸，又缺乏足夠全球定位測量，所以缺乏鎖定情況分布資料。雖然當地不乏震級六或以上的地震，但因為孕震帶寬度有限，馬里亞納俯衝帶被認為是「無震」俯衝帶的典型。不過，如果不去做近場觀測，我們就無法詳細了解馬里亞納群島的淺層孕震帶，因而無法深入了解為甚麼科學家以「無震」來形容馬里亞納俯衝帶。
在2017年，筆者將到馬里亞納群島，與中國科學院南海海洋研究所的合作者一同領導一次科學考察。這次考察的主要目的，是在挑戰者深淵這個地球最深處（10.9公里）附近首次放置海底地震儀（圖3），用來測量海底震動。我們期望利用這些儀器記錄的數據，清晰勾畫出南馬里亞納淺層孕震帶的範圍。等待我們的將是未知的困難和驚喜。但是，探索未知之物，正是科學研究的驅動力。
