摘要：2011年3月的大地震在日本造成了广泛的破坏，随之而来的海啸侵袭了该国东部沿海。如今，科学家前往太平洋深处，对地震留下的海底峭壁展开研究。摄影：MICHAEL S. YAMASHITA, NAT GEO IMAGE COLLECTION
2011年3月的大地震在日本造成了广泛的破坏，随之而来的海啸侵袭了该国东部沿海。如今，科学家前往太平洋深处，对地震留下的海底峭壁展开研究。摄影：MICHAEL S. YAMASHITA, NAT GEO IMAGE COLLECTION
撰文：Robin George Andrews
他们被一片压抑的黑暗笼罩。太阳在千米之上，早就黯淡了踪影。透过小窗，他们能看到海底沉积物在潜水艇的前灯下闪烁。好奇的鱼绕着船体飞速掠过。
在漆黑如墨的海水中谨慎前进有一点像“午夜时分驾车行驶在山路上。”日本新潟大学地球科学家植田勇人说，他是潜水艇上的两名乘员之一。
植田与领航员克里斯·梅（Chris May）乘着他们的幽闭小艇在黑暗中搜索，终于，一道巍峨的地质遗迹从阴影中现身：那是一座26米高的峭壁，直插头顶的海洋。地壳上这道峭壁因灾变而成，所在位置和植田预测的完全一致，顶部出露，是现代史上最严重的灾难之一所留下的一部分。
2011年东日本大地震冲击日本东海岸，眼前的峭壁就是那场灾难所留下的断层崖。那一年的3月11日，震源位于太平洋深处的9.1级地震掀起了灾难性的海啸，冲击了日本，造成大约2万人死亡，50万人无家可归。
过去十年里，科学家们通过解码地震波和深海声纳扫描，对“3·11”大地震进行了研究。然而，要详细了解海底地震的起因，则要完成某些最初看来不可能的事情：前往日本海沟，在海面以下近8千米深的地方，亲自考察部分断裂现场。
2022年，科学家将这一雄心壮志付诸现实。他们获得了一艘私人持有的深海潜水器—— “限制因子号”（DSV Limiting Factor），据称，这艘潜水器能载人安全前往受灾严重且伸手不见五指的海底。
深海探险者们于是纵身潜入日本海沟，最终来到那座异军突起的峭壁面前。就像发表在《通讯—地球与环境》（Communications Earth and Environment）期刊上的研究所报道的那样，团队判断，该峭壁是2011年大地震期间蹿升58米之高的大块地壳的顶部。
2022年，为研究2011年大地震的灾害后果，科学家对日本海沟实施了潜水探测，期间拍下了海底破碎的砾石。图源：新潟大学
它似乎“正是酿造大地震的断层的顶部，”未参与该研究的美国华盛顿大学（University of Washington）太平洋西北地震网络中心主任哈罗德·托宾（Harold Tobin）说，“此处，断层顶部一直延伸到地表，推开了周遭的一切。研究人员做了标记，直接在现场将它辨认了出来。真是不可思议。”
此类向上抬升的构造在陆地上时有发现，而深海俯冲带海沟目睹它还是第一次。这“不同于科学界此前的任何发现。”加拿大麦吉尔大学（McGill University）地震地质学家克里斯蒂·罗伊（Christie Rowe）说。罗伊也没有参与这项研究。
解码灾难
整个断裂发生在海沟的一大片区域。要形成如此规格的隆起，地震期间，震中附近断层必须产生约100米的移动——造就了同类运动有史以来的最高纪录，因此而猛然拔起的峭壁则是该地震引发灾难性海啸的原因之一。
大地震的位置不怎么出人意料。日本海沟本就是一处巨大的地震制造机，1973年以来，它已酿造了9场7级以上的地震。该海沟之所以摇晃得如此频繁，是因为地处俯冲带，庞大的太平洋构造板块在此处被迫朝鄂霍次克微板块下方俯冲。
即便顺理成章，2011年大地震的威力之大，仍然令人震惊。地震发生在日本海沟略偏西、海面下大约29千米深处，引起的巨型断裂横跨6万平方千米的区域。灾难产生的地震波，还有船舶在地震前及地震发生时立刻完成的声纳类测绘显示，相关断层的移动远达61米，简直难以置信，而这个数字与近期勘测查明的结果相比还要略逊一筹。
“东日本地震显然是一场重大分水岭事件，在许多方面都引发了巨大变革。”托宾说。断层行为的解密不仅对日本十分关键，对于地球上任何一个地处俯冲带、某天可能因此遭遇海啸的地方而言，都至关重要，这其中也包括美国西北太平洋沿岸——300年前，那里就曾被大海啸淹没。
日本的急剧地质震动实在太过严重，因此，科学家希望在灾难发生地找到关于它的有形证据。“就像地质学家实地调研时做的工作，”托宾说，“只不过地点在海面下8千米深处。”这里水压很高，大部分潜水器无法正常运转，甚至可能内爆，无人潜水器也不例外。
现在，进入DSV“极限因子号”。这艘由美国特里同潜艇公司（Triton Submarines）制造、由投资人、前海军军官和水下探险家维克托·维斯科沃（Victor Vescovo）资助并持有的潜水器持久耐用，可容两人乘坐，下潜深度超过10千米，是仅有的几个能实现此次日本海沟之行的潜水器之一。
“它是一艘了不起的潜水器。”托宾说。
照亮深渊
2022年9月，植田与同事乘坐母舰深潜支援船“压降号”（DSSV Pressure Drop）在午夜蔚蓝的太平洋上漂荡，仔细研读着手头的地质图表与海底地形图。“我得决定潜水器具体应在哪里着陆，”他说，“我谨慎地根据地图分析地形，然后选出最可能发现断层地貌的地点。”
地图画上了一个经典的“X”。他们准备好了。9月4日，植田和领航员克里斯·梅爬进了深潜器“限制因子号”狭窄的两人座，向深海进发。
数小时后，他们抵达了日本海沟的海底。植田以前到过海洋深处，不过从未这样深、这样暗。整个下潜期间，安装在潜水器外侧的录像机将全部所见记录了下来，包括那道26米高的峭壁的出现过程。2011年大地震发生前，它原本不存在。
“在向海面上浮的路上，我有大量的时间——我记得不太清楚，大概有两个小时，或者更久——来思考我看见了什么。”植田说。重新观看潜水器影像记录后，他确信：那是所谓的断层崖，是地震时地面断裂的一部分，造就了高度的变化。
但这座峭壁只是隆起地壳的最顶部。为了准确测量其规格，潜水器升至该地貌的最上方，并在上升过程中，借助压力传感器计算盆地底部与峭壁顶部之间的高差。测算结果是59米。研究数据显示，这就是2011年大地震期间，该处海底垂直位移的距离。
日本海沟的海底上升可能是伴随太平洋许多巨大断裂一同发生的，只是本区段的跃升有14层楼之高。“这样的位移至少构成了海啸的部分原因。”托宾说。
深海地震
利用新信息，团队估计，大地震期间，该处断层总计滑动了80～120米，这一触目惊心的数字大概是之前预测的两倍。
美国康奈尔大学（Cornell University）地震科学家朱迪斯·哈伯德（Judith Hubbard）未参与该研究，她说，计算很合理。但在陆上再现断层几何学十分棘手，海底更是难度翻番。而且从构造学角度来说，该部分地壳是缠结的噩梦。“这是一片非常复杂的区域，巨量事件于此上演。”哈伯德说。
尽管困难重重，但最关键的是，“他们没有夸大其词。”托宾说。他认为，研究呈现的证据直接、有力而且简洁明了。科学家清楚2011年断裂发生了大得惊人的滑动。“这篇研究论证无懈可击。”他说。
关于2011年大地震，还有许多未解之谜。新研究涉及的只是一场大幅断裂的一小段区域，何况断层带大震动期间，每部分的表现都不尽相同。“我们很难就整场灾难提出单一的观点或叙述。”植田说。
但无论如何，新研究已经为破解俯冲带大地震的深度和其他谜题设下了新的基准。成功前往海底，“我以为在技术上是不可能的，”罗伊说，“这太让人激动了。他们就像宇航员一样。”
这项工作将为日本的海岸带来保护效益，无疑也将给其他沿海国家带去科学援助。过去二十年来，越来越多海啸早期预警系统已被部署到全球海洋，这些系统依赖从海洋地震中捕获地震波并快速分析。
但情况有时出乎科学家预料。海啸能被预测，但强度却可能超出或低于预测水平，有时甚至完全不发生。最重要的问题是，“海底断层崖到底有多大？——那才是海啸的扳机。”罗伊说。
借助这篇及其他研究成果对海啸预测模型做出些许调整，或许可以在未来地质灾难中助力挽救更多性命。
“看到这种从来无人见过的重要地貌，当然是一种非常奇妙的经历。能发现它，我很荣幸。”植田说。但在重述这场发现时，他忧郁地补充道：“或许就是这道峭壁夺走了2万人的生命。”
来源：国家地理中文网
