在不列顛哥倫比亞省、華盛頓州、俄勒岡州和加利福尼亞州北部的南海岸外，有一條長達600 英里的地帶，太平洋海底逐漸向東俯衝到北美之下。這個地區被稱為卡斯卡迪亞俯衝帶（Cascadia Subduction Zone），這裡有一個巨型斷層，是構造板塊以非常危險的方式相互移動的地方。板塊會週期性地鎖定，並在大範圍內形成應力–最終在相互衝撞時釋放出來。

結果是世界上最大的地震，震動海床和陸地，產生100 英尺或更高的海嘯。日本近海的這種斷層造成了2011 年的福島核災。阿拉斯加、智利和紐西蘭等地也有類似的斷層帶。在卡斯卡迪亞，人們相信大約每500 年就會發生一次大地震，或多或少會發生幾百次。最近一次地震發生在1700 年。

長期以來，科學家一直在努力了解卡斯卡迪亞俯衝帶的地下結構和力學，以便劃定最容易發生地震的地方、地震的規模以及可能產生的預警訊號。預測地震是不存在的；科學家試圖預測多種情況發生的機率，希望幫助當局設計建築規範和預警系統，以便在地震發生時將損失降到最低。

一項新發表的研究報告有望極大地推動這項工作。一艘研究船拖著一系列最新的地球物理儀器，沿著幾乎整個區域對海底下的許多複雜結構進行了首次全面勘測。這些結構包括下沉大洋板塊和上覆沉積物的幾何形狀，以及凌駕於其上的北美板塊的組成。這項研究最近發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。

卡斯卡迪亞俯衝帶的剖面示意圖顯示了海底板塊（淺灰色）在北美大陸板塊下移動的情況，以及其他特徵。資料來源：美國地質調查局

哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的海洋地球物理學家蘇珊娜-卡波特（Suzanne Carbotte）說：「公共機構目前使用的模型是基於一組有限的、低品質的20 世紀80 年代的舊數據。

在美國國家科學基金會的資助下，拉蒙特的研究船馬庫斯-G-朗塞斯號於2021 年進行了為期41 天的巡航，收集了這些數據。船上的研究人員用強大的聲脈衝穿透海底，讀取迴聲，然後將其轉換成圖像，這有點類似於醫生對人體進行內部掃描的方法。

其中一個重要發現是：大地殼斷層帶並不是連續的結構，而是至少分為四個部分，每個部分都有可能在某種程度上抵禦其他部分的運動。長期以來，科學家一直在爭論過去發生的地震（包括1700 年的地震）究竟是整個斷裂帶發生了斷裂，還是只是其中的一部分發生了斷裂–這是一個關鍵問題，因為斷裂的時間越長，地震的規模就越大。

數據顯示，這些地段被包括大斷層在內的埋藏地形所分割，在這些地形中，對立的兩邊垂直於海岸線相互滑動。這可能有助於緩衝一個地段上的運動傳遞到下一個地段。華盛頓大學地球物理學家、該研究的共同作者哈羅德-托賓（Harold Tobin）說：”我們不能說這肯定意味著只有單一地段會斷裂，或者肯定整個地段會同時斷裂。但這確實提升了存在分段斷裂的證據。

卡斯卡迪亞俯衝帶海底下圖，顯示向東移動的胡安-德富卡板塊與北美板塊之間斷層的深度。黃色/橙色表示深度較淺；綠色表示深度較深；藍色/紫色表示深度最深。黑色對角線是該斷層帶不同地段的分界線。右側的波浪形紅線表示堅硬的大陸岩石向海的邊緣，這顯然是導致該區分成這些區段的原因。圖片來源：改編自Carbotte 等人，《科學進展》，2024 年

影像也顯示了分段的原因：凌駕於北美大陸板塊之上的堅硬邊緣由許多不同種類的岩石組成，這些岩石是在數千萬年的不同時期形成的，其中一些岩石比其他岩石更緻密。大陸岩石的這種多樣性導致進入的、更柔韌的大洋板塊彎曲和扭曲，以適應上覆壓力的差異。在某些地方，板塊以相對陡峭的角度向下延伸，而在其他地方，則以較淺的角度向下延伸。

研究人員特別關注了一個地段，該地段從溫哥華島南部一直延伸到華盛頓州，大致止於俄勒岡州邊界。其他地段的地下地形相對粗糙，斷層和俯衝海山等海洋地形與上層板塊摩擦–這些地貌可能會侵蝕上層板塊，限制地震在地段內的傳播距離，從而限制地震的規模。相比之下，溫哥華-華盛頓地段非常平滑。這意味著它更有可能在整個長度上同時發生破裂，從而成為最危險的地段。

此外，與其他地段相比，該地段的海底正在大陸地殼下以較淺的角度俯衝。在其他地段，板塊之間容易發生地震的界面大部分位於近海，但在這裡，研究發現淺俯衝角意味著它可能直接延伸到華盛頓奧林匹克半島之下。這可能會放大陸地上的任何震動。托賓說：”這需要更多的研究，但對於塔科馬和西雅圖這樣的地方來說，這可能意味著令人震驚和災難性的區別。”

在美國地質調查局的資助下，一個由州政府、聯邦機構和學術機構組成的聯合體已經在數據公佈後對其進行了研究，以理清其中的含義。

加拿大地質調查局（Geological Survey of Canada）的研究科學家王克林（Kelin Wang）說：”至於海嘯危害，這”仍是一項進行中的工作”。王克林的研究小組正在利用這些數據來模擬溫哥華島附近可能引發海嘯的海底特徵。他的研究成果將提交給另一個研究海嘯模型的小組，然後再提交給另一個分析陸地危害的小組。

研究人員說，可能會影響建築法規或其他備災方面的實際評估最快可能在明年公佈。卡波特說：”這裡的複雜性比以前推斷的要大得多。”

編譯自/ ScitechDaily