科學家首次觀測到大型地震的"鞭打效應"

京都大學的研究團隊在分析斷層線附近的強震數據時，發現了一種前所未知的地震現象——當構造板塊之間的斷層運動突然停止時，會產生一種類似"地質鞭打"的效應。這一發現源于研究人員在地震數據中觀察到的負相位波形，這是一種在已知板塊活動中從未預料到的異常模式。

研究發現，斷層線附近的地面在地震中并非僅僅單向移動，而是會出現超調現象——先向一個方向移動，然后短暫地向反方向急劇回彈。這種現象類似于汽車緊急剎車時，車身先因慣性前傾，隨后因懸掛系統作用而向后彈回，將乘客推向座椅靠背的情形。該研究的第一作者杰西·基爾斯表示，這項研究源于一個更廣泛的努力，旨在更好地理解近斷層地震記錄，并根據地震源過程對其進行解釋。

這些負相位波形可能與地震對地表的破壞程度有關，尤其是在大型走滑斷層地震中，因為研究人員指出，對建筑物等結構進行防護設計以抵御這種反向運動尤其困難。走滑斷層是垂直或近垂直的斷裂面，其兩側巖塊主要沿水平方向移動。在環太平洋火山帶——這里產生了全球約90%的地震——沿著圣安德烈亞斯斷層和夏洛特女王斷層等邊界的非火山性構造板塊"研磨"或俯沖作用，可能導致相當規模的走滑地震。

研究團隊將觀測到的地面運動與模型預測相結合，將地震加速度與衛星數據配對，然后模擬了如果存在某種障礙物突然停止運動時，這種大型走滑地震會如何發生。通過這種方法，他們發現負相位波實際上與板塊運動到達邊界并停止地面運動有關。

研究人員還發現，強烈的"停止相位信號"在地震突然停止和緩慢停止之間存在差異，這為理解這種運動的物理機制如何影響地表之上的運動開辟了新途徑。團隊解釋說，停止相位"產生長時間的、類似鞭打的地面運動"，這給工程師帶來了獨特的挑戰。就像汽車剎車一樣，地震停止得越快，產生的向后鞭打效應就越強。

研究團隊在論文中寫道:"我們展示了來自大型走滑地震的系統性近場地面運動停止相位觀測。對全球12次地震事件的分析表明，斷層平行方向地表位移的瞬態超調是斷裂傳播突然終止的可靠診斷特征。"研究人員現在計劃擴大研究范圍，考察全球大型地震的發生情況，以更好地了解地震在停止階段的行為特征。對于走滑斷層引起的地震而言，震級規模至關重要，而它們的停止特征可以幫助我們更好地防范其影響。這項研究已發表在《科學》雜志上。