这个神秘的地震波，在全球传播了整整9天，严重后果却很少有人察觉
2023 年 8 月，丹麦奥胡斯大学的 Søren Rysgaard 来到了格陵兰岛东北部的迪克森峡湾（Dickson Fjord）。迪克逊峡湾夹在上千米高的陡峭崖壁之间，与其他大大小小的峡湾一起，组成了一个蜿蜒复杂的峡湾系统。
Rysgaard 来到这里，是为了在山体和水下安装一系列监测设备，以完善格陵兰岛东北部实时冰下海洋环境监测网络。但就在他们离开的几星期后，9 月 16 日，一场巨大的山体滑坡打破了平静的海面。Rysgaard 安装的设备恰好监测到了海平面的异常波动——这里发生了一场海啸。紧接着，以格陵兰岛东部为中心，一个地震信号传遍了整个地球。并且在接下来的 9 天里，这个地震波持续回荡在全球每一个人的脚下。
神秘地震波
Kristian Svennevig 是丹麦和格陵兰地质调查局（GEUS）的研究员，他最初注意到这个信号，是应丹麦北极联合司令部（Greenland and Danish Joint Arctic Command）的要求，调查这场滑坡和海啸事件。
从现场和卫星照片中，可以清晰地看到这里发生了什么：耸立在峡湾上方约 1200 米高的一处山顶坍塌，引发了山体滑坡。坠落的山体一路沿着冰川下滑，裹挟着更多冰块和沉积物，坠入了峡湾。坍塌的山体岩石与冰块的体积达到了 2500 万立方米，足以填满一万个奥运规格的游泳池。
骤然的冲击在迪克森峡湾激发了剧烈的海啸，第一波的海浪高达 200 米——远超 2004 年印尼海啸和 2011 年袭击日本福岛核电站海啸的海浪高度。而就在峡湾往东 70 千米处，是一处监测站点 Ella ø。这里的海浪高度依然达到了 4 米，海水蔓延到了距离海岸线 80 米远的内陆。万幸的是，此时监测站内并没有人员工作或居住，海啸只是冲毁了这里的大量设备，并没有造成人员伤亡。
就在同一时期，一个在线社区里聚集了一大群来自全球各地的地震学家。引发他们关注的，是同一个神秘的地震信号：就在迪克森峡湾的滑坡和海啸发生后，从北极到南极，全球各地的高灵敏度地震传感器都探测到了一个奇怪的地震波。
地震波在全球传播，圆圈代表单个地震台站的数据（视频来源：Stephen Hicks; Kristian Svennevig; Alexis Marbeouf）
说它奇怪，原因之一在于这是一个非常简单、频率单一的地震波。如果将地震信号转换成可以听到的声音，我们熟悉的那些地震听起来就像是一场管弦乐的合奏——它由许多不同频率的波共同组成。然而这个来自格陵兰岛的信号却非常单调，像是一阵稳定的蜂鸣，维持着约 90 秒一个周期（这个频率极慢，以至于人类无法直接感觉到）。而它的另一个奇怪之处在于，这个信号在长达 9 天的时间里，一直维持着一定的强度。以至于研究者起初将这个信号称为“不明地震物”（Unidentified Seismic Object, USO）
丹麦格陵兰岛的地震台站监测到的地震信号，以及地震波加速并转换为可听频率后的声音
很快，Svennevig 所在的团队与线上社区中的科学家联手组成了一个多学科团队，这个团队由来自 15 个国家或地区 40 个机构的 68 名科学家组成。就在滑坡发生 1 年后，他们的研究成果登上了《科学》（Science）杂志，揭示了格陵兰岛的一场海啸，如何引发了持续 9 天的全球地震。
湖啸山撞
想要将海啸与这场漫长的地震联系起来，线索就藏在地震信号里。不同于在地球内部传播的体波（也就是我们熟悉的横波与纵波），在地表传播的面波有着一些特殊的性质。根据振动的模式和方向，面波主要可以分为水平向振动的勒夫波（Love wave），与上下滚动式的瑞利波（Rayleigh wave，可以视为质点做圆周性滚动）。研究团队以东格陵兰岛为中心，绘制了全球地震台站检测到的面波信号。结果发现，最大振幅的勒夫波在西南到东北方向，而最大振幅的瑞利波在西北到东南方向。这个角度恰好与迪克森峡湾的长轴和短轴相平行。
“因此我们推测，这只能是由于存在一个与迪克森峡湾的长轴成 90° 的力，这个力的来回振荡才能导致这样的面波。”英国牛津大学的 Paula Koelemeijer 解释道。做到这一点的，正是迪克森峡湾中的水体。
左图中红色代表瑞利波，绿色代表勒夫波，右图为迪克逊峡湾（图片来源：原论文）
研究者发现，地震波的主振荡周期约为 90 秒，考虑到迪克森峡湾的宽度约 3 千米，深约 540 米，这一频率恰好与峡湾的共振频率一致。换句话说，是起初剧烈的海啸演变成了迪克森峡湾中沿短轴方向的“湖震”（seiche，又称湖啸）。随着峡湾中的水体每 90 秒来回晃动一次，水的动能被传递给峡湾两侧的地壳。“可以说，这场湖震就像是迪克森峡湾的心跳，”英国伦敦大学学院的 Stephen Hicks 说道，随后这种地震波传播到地球各处。
迪克森峡湾中湖震的数值模拟（视频来源：原论文）
事实上，湖震是一种相当普遍的现象，通常在强风等天气下出现，发生在湖泊或其他封闭或半封闭水域。然而此前从未有研究发现，湖震可以持续长达 9 天的时间。
最后一块拼图由数值模拟填补。为了精确重建湖震的持续演变，研究团队建立了非常精细的模型，尝试解释为何这场振动可以持续 9 天的时间。最终，他们将答案锁定在迪克森峡湾独特的地形上。
迪克森峡湾夹在高达上千米的悬崖之间，西侧没有通路，东侧则为一个近 90° 的急转弯，研究者提出，这使得水体的能量不会轻易逸散出去，而是像钟摆一样，稳定地在峡湾内摆动。
同时，随着山体滑坡在冰川上加速，直直冲向峡湾的一侧，大部分能量集中到了平行于峡湾长轴一侧的海岸线，这可能也帮助积攒了足够的冲击力。
脚下的气候变化
这样一场振动全球的地震看似偶然，但从气候变化的角度来说，一切已经早有预兆了。作为格陵兰岛东部复杂峡湾系统中的一环，迪克森峡湾两侧的崖壁上充满了沟壑，沟壑间填充着古老的冰川，正是这些冰川支撑着更高处的岩石。
然而研究者发现，从 1987 年到 2018 年，位于此次发生滑坡的山顶下方的冰川已经变薄了 30 米。“我们相信，（从 2018 年）到近年来冰川甚至变薄了更多，导致它无法继续支撑山顶岩石的重量，最终发生了滑坡。”Svennevig 说道，“这是有史以来第一次在格陵兰岛东部观测到山体滑坡和海啸，表明气候变化已经对这里产生了重大影响。”
滑坡发生 3 天后的现场视频（视频来源：Danish Amy, Joint Arctic Command）
同时，可以肯定的是，这也不会是这里发生的最后一次由山体滑坡引发的特大海啸。气候变化正在削弱多年冻土层和冰川。不仅是迪克森峡湾和格陵兰岛东部，类似的事件也将更频繁、更大规模地发生在极地和世界各地的山区。正如这次持续 9 天的地震信号一样，更多不可思议、过去从来无法想象的极端情况正在成为现实。
“这也许是我们第一次从脚下观察到气候变化的影响，”Hicks 说道，“迪克森峡湾发生的振动已经传到了每一个人的脚底，没有任何一个地区可以幸免。”
策划制作
来源丨环球科学（id:huanqiukexue）
作者丨二七
责编丨一诺
审校丨徐来、林林
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