在不列颠哥伦比亚省、华盛顿州、俄勒冈州和加利福尼亚州北部的南海岸外，有一条长达 600 英里的地带，太平洋海底逐渐向东俯冲到北美之下。这个地区被称为卡斯卡迪亚俯冲带（Cascadia Subduction Zone），这里有一个巨型断层，是构造板块以非常危险的方式相互移动的地方。板块会周期性地锁定，并在大范围内形成应力--最终在相互冲撞时释放出来。
其结果是世界上最大的地震，震动海床和陆地，产生 100 英尺或更高的海啸。日本近海的这种断层造成了 2011 年的福岛核灾难。阿拉斯加、智利和新西兰等地也有类似的断层带。在卡斯卡迪亚，人们相信大约每 500 年就会发生一次大地震，或多或少会发生几百次。最近一次地震发生在 1700 年。
长期以来，科学家们一直在努力了解卡斯卡迪亚俯冲带的地下结构和力学，以便划定最容易发生地震的地方、地震的规模以及可能产生的预警信号。预测地震是不存在的；科学家们试图预测多种情况发生的概率，希望帮助当局设计建筑规范和预警系统，以便在地震发生时将损失降到最低。
一项新发表的研究报告有望极大地推动这项工作。一艘研究船拖着一系列最新的地球物理仪器，沿几乎整个区域对海底下的许多复杂结构进行了首次全面勘测。这些结构包括下沉大洋板块和上覆沉积物的几何形状，以及凌驾于其上的北美板块的构成。这项研究最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。
卡斯卡迪亚俯冲带的剖面示意图显示了海底板块（浅灰色）在北美大陆板块下移动的情况，以及其他特征。资料来源：美国地质调查局
哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的海洋地球物理学家苏珊娜-卡波特（Suzanne Carbotte）说："公共机构目前使用的模型是基于一组有限的、低质量的 20 世纪 80 年代的旧数据。大地壳的几何形状要比之前假设的复杂得多。这项研究为地震和海啸危害评估提供了一个新的框架。"
在美国国家科学基金会的资助下，拉蒙特的研究船马库斯-G-朗塞斯号于 2021 年进行了为期 41 天的巡航，收集了这些数据。船上的研究人员用强大的声脉冲穿透海底，读取回声，然后将其转换成图像，这有点类似于医生对人体进行内部扫描的方法。
其中一个重要发现是：大地壳断层带并不是一个连续的结构，而是至少分为四个部分，每个部分都有可能在一定程度上抵御其他部分的运动。长期以来，科学家们一直在争论过去发生的地震（包括 1700 年的地震）究竟是整个断裂带发生了断裂，还是只是其中的一部分发生了断裂--这是一个关键问题，因为断裂的时间越长，地震的规模就越大。
数据显示，这些地段被包括大断层在内的埋藏地貌所分割，在这些地貌中，对立的两边垂直于海岸线相互滑动。这可能有助于缓冲一个地段上的运动传递到下一个地段。华盛顿大学地球物理学家、该研究的共同作者哈罗德-托宾（Harold Tobin）说："我们不能说这肯定意味着只有单个地段会断裂，或者肯定整个地段会同时断裂。但这确实提升了存在分段断裂的证据。"
卡斯卡迪亚俯冲带海底下图，显示向东移动的胡安-德富卡板块与北美板块之间断层的深度。黄色/橙色表示深度较浅；绿色表示深度较深；蓝色/紫色表示深度最深。黑色对角线是该断层带不同地段的分界线。右侧的波浪形红线表示坚硬的大陆岩石向海的边缘，这显然是导致该区分成这些区段的原因。图片来源：改编自 Carbotte 等人，《科学进展》，2024 年
图像还显示了分段的原因：凌驾于北美大陆板块之上的坚硬边缘由许多不同种类的岩石组成，这些岩石是在数千万年的不同时期形成的，其中一些岩石比其他岩石更致密。大陆岩石的这种多样性导致进入的、更柔韧的大洋板块弯曲和扭曲，以适应上覆压力的差异。在一些地方，板块以相对陡峭的角度向下延伸，而在另一些地方，则以较浅的角度向下延伸。
研究人员特别关注了一个地段，该地段从温哥华岛南部一直延伸到华盛顿州，大致止于俄勒冈州边界。其他地段的地下地形相对粗糙，断层和俯冲海山等海洋地貌与上层板块摩擦--这些地貌可能会侵蚀上层板块，限制地震在地段内的传播距离，从而限制地震的规模。相比之下，温哥华-华盛顿地段非常平滑。这意味着它更有可能在整个长度上同时发生破裂，从而成为最危险的地段。
此外，与其他地段相比，该地段的海底正在大陆地壳下以较浅的角度俯冲。在其他地段，板块之间容易发生地震的界面大部分位于近海，但在这里，研究发现浅俯冲角意味着它可能直接延伸到华盛顿奥林匹克半岛之下。这可能会放大陆地上的任何震动。托宾说："这需要更多的研究，但对于塔科马和西雅图这样的地方来说，这可能意味着令人震惊和灾难性的区别。"
在美国地质调查局的资助下，一个由州政府、联邦机构和学术机构组成的联合体已经在数据公布后对其进行了研究，以理清其中的含义。
加拿大地质调查局（Geological Survey of Canada）的研究科学家王克林（Kelin Wang）说："至于海啸危害，这"仍是一项进行中的工作"。王克林的研究小组正在利用这些数据来模拟温哥华岛附近可能引发海啸的海底特征。(一般来说，海啸发生时，深海海底会在地震中向上或向下移动，向海面发出波浪，当波浪到达较浅的沿岸水域时，会集中能量并增高），他的研究成果将提交给另一个研究海啸模型的小组，然后再提交给另一个分析陆地危害的小组。
研究人员说，可能会影响建筑法规或其他备灾方面的实际评估最早可能会在明年公布。卡波特说："这里的复杂性比以前推断的要大得多。"
编译自/ScitechDaily