日本能登半岛地震导致部分海域变成陆地,如何从科学角度进行解释?会带来哪些影响?
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2024年1月1日,日本能登半岛发生M7.6地震,造成震中附近大面积的地表隆升,最高隆升幅度超过4米,海岸线发生变化,部分海域变成陆地。
这与地震的形成机制有关,能登M7.6地震是逆断层活动所致。震中位于日本岛西缘,其东侧受到来自太平洋向西俯冲的挤压力,西侧受到来自日本海向东扩张的挤压力,在东西两个方向的水平挤压应力的作用下,部分地体沿着逆冲断层向上位移,导致地表抬升,进而使海岸线外移,部分海域暴露地表。
这是此次地震导致地表隆升的宏观成因机制。
1.数据来源
国内外所有新闻报道的原始数据资料来源于:
(1)日本地理空间信息管理局的卫星影像分析[1],提供了陆地面积变化数据。
ALOS-2 SAR卫星图像探测到的2024年能登半岛地震引起的海岸线变化 (2024年1月4日更新)。
(2)东京大学地震研究所的现场调查[2] [3],提供了地表隆升幅度数据。
1月4日到5日,东京大学地震研究所连续发布了2个公告,分别是:
2024年1月1日令和6年能登半島地震(M7.6)で生じた海岸隆起(速報)
2024年1月1日令和6年能登半島地震(M7.6)で生じた海岸隆起(速報その2)
现场调查人员主要来自东京大学地震研究所、信州大学、冈山大学和富山大学等,主要依据现场实地考察、测量以及当地渔民提供的消息。
上述两个消息来源,可分别提供此次陆地面积变化和地表隆升幅度的数据。
2.遥感影像
2024年1月1日,能登半岛地震(Mw 7.6)发生后,日本地理空间信息管理局(Geospatial lnformation Authority of Japan,简称GSI)探测到了震区沿海地区出现的大片的土地。
通过比较ALOS-2卫星在地震前后获取的SAR强度图像,从能登半岛珠洲市经轮岛市至志贺町的沿岸海底隆起露出水面,总长度大约 85 公里。
其中,轮岛市皆月湾一带海岸线向海中推进大约 200 米[4]。
仅在珠洲市至轮岛市沿岸大约 50 公里范围内,陆地面积就扩大约 240 公顷。
陆地涌现区的具体展布情况如下图所示(红线区域):
陆地涌现的细节,可以通过三个地区的局部地图展示:
(1)Nafune港及其周围地区
(2)轮岛市内及周边地区
(3)Minazuki bay及其周围地区
还有一些震前震后海岸带形态的对比图:
3.现场情况
地震发生的第二天(1月2日),为了调查这次地震引起的地表变化,东京大学地震研究所的科研人员对能登半岛北部进行了沿海地形调查。
他们发现,在石川县轮岛市门前町的皆月湾海岸,有大量海岸隆起和海啸的痕迹。
在轮岛市门前町伊木洲的伊木洲渔港,与四海庄渔港一样,港口底部广泛暴露在海面以上,据贝类和海藻的分布高度估计,约有4米的地表隆起幅度。
此外,据地震发生时在海湾捕鱼的当地居民提供的信息,地震期间整个海岸都在隆起,即海湾的隆起与地震同时发生。
具体调查地点如下图所示:
下面是一些现场照片:
总而言之,据现场估算,在能登半岛的西北海岸,即震中地区的西南部,至少发生了4米的海岸隆起。
4.原因分析
有人不禁会产生疑问,不是说好了《日本沉没》吗?
怎么不沉反升,不减反增呢?
下面来说道说道此事。
引发这次地震的断层活动,造成地表抬升与海岸线外移,导致陆地面积增加,这与地震的震中位置、断层活动方式有关。
此次石川县能登M7.6地震,震源深度约15km,成因是逆断层型地震[5],挤压应力方向为北西-南东。
地震发生在地壳上部,地表变形较为显著。
地震的震中位于日本岛的西海岸。
在说西海岸之前,咱们先说说东部海岸,也就是大家关心的《日本沉没》问题。
日本东部海岸是太平洋板块向欧亚大陆的俯冲带,通过日本历史地震分布就能看出[6],东侧的地震最为密集。
「日本沉没」的说法,就预设在日本东侧海岸。
这里是著名的日本海沟,太平洋板块俯冲到日本岛之下,板块之间强大的摩擦剪切作用,会把日本岛东部岩石圈的一部分岩石刮削、剥蚀、带走,地质学上称之为「俯冲剥蚀」[7](Subduction erosion),这就导致日本岛东部岩石圈体积的减少。
同样,海沟附近也会有来自大陆和大洋沉积物的堆积,形成混杂岩,这又会增加大陆的体积。
这些大陆体积的增加与减少,主要与俯冲带的俯冲方式和角度有关。
地球上存在大量的俯冲带,陆地体积有的是净增加,有的是负增长。
如上图所示,日本岛东部的大陆,主要还是减少(上图红色线段)。
此次能登M7.6地震发生在日本岛的西海岸。
西岸属于日本海的东部被动大陆边缘,由于太平洋板块持续俯冲、挤压,并且发生板片后撤、流体释放和地幔熔融,深部的地幔热流上涌,导致欧亚大陆东缘逐渐弱化、裂解,形成了日本海,裂解出来的部分就是现今的日本岛[8]。
因此,日本海是一个正在扩展、拉张的弧后海盆。
在日本岛西缘,东侧受到来自太平洋向西俯冲的挤压力,西侧受到来自日本海向东扩张的挤压力。
简而言是,就是夹在中间,两头受气,两头遭挤兑。
板块受力情况,大致如下图所示:
因此,在东西两侧的持续挤压下,日本岛西侧形成了大量平行展布的背斜、向斜和逆断层,如下图[9] [5]所示:
此次地震就是典型的逆断层活动成因[10]。
逆断层是地块发生水平挤压、破裂、滑移而成,两头受挤,导致中间的物质沿着断层向上位移,也就是地块抬升。
这就是本次日本能登逆冲型地震导致地表隆升的宏观机制。
5.后续影响
后续影响主要包括科学价值和生态影响:
(1)科学价值
这次地震导致能登半岛西北海岸超过4米的显着海岸隆起,与前人[11] 在Minazuki海岸观测到的隆起量高度相似(L2 terrcae)。
分布在能登半岛西北部的全新世阶地群,可能是历史上多次M7级地震反复活动导致的抬升形成的[3]。
此次地震引发的海岸抬升,表明研究海岸带阶地的形成时间、变形和演化过程,是深入了解海陆边界断层活动的关键。
全面了解海岸带的断层的结构、活动时间、分布特征和活动方式,对于估计地震和海啸潜能、减轻沿海地区损失至关重要。
(2)生态影响
首先是对于海底生物的影响:原本属于海底或潮间带的地区变成了陆地,这会导致原本属于海洋的生态系统暴露在阳光之下,尤其是对于海洋底栖生物的影响巨大,生态重新恢复平衡需要一定的时间。
其次是对于人类的影响:原本的港口变成了陆地,地表大幅度隆升和海岸线变化,导致海边的基础建设遭受破坏,渔业、航运以及当地居民的日常生活都会受到一定影响。
最后,这种陆地面积的增加,是大量人员伤亡、经济财产损失换来的。
PS:本文涉及到很多日本当地的小地名,均来自谷歌翻译,这也导致了本文中英文地名使用混乱,给您阅读和理解造成了不便,在此致歉。
参考
- ^https://www.gsi.go.jp/uchusokuchi/uchusokuchi-e31001.html
- ^石山達也・松多信尚・立石 良・安江健一, 2024, 2024年1月1日令和6年能登半島地震(M7.6)で生じた海岸隆起(速報), https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/eq/20465/ (2024年1月4日閲覧)
- ^abhttps://www.eri.u-tokyo.ac.jp/eq/20465/
- ^https://www.yomiuri.co.jp/science/20240106-OYT1T50195/
- ^abhttps://www.static.jishin.go.jp/resource/monthly/2024/20240101_noto_1.pdf
- ^https://www.jma.go.jp/jma/en/Activities/earthquake.html
- ^Straub, S.M., Gómez-Tuena, A. & Vannucchi, P. Subduction erosion and arc volcanism. Nat Rev Earth Environ 1, 574–589 (2020). https://doi.org/10.1038/s43017-020-0095-1
- ^https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-030-88999-9
- ^https://www.gsj.jp/Map/EN/docs/mar_doc/mar_59.htm
- ^https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000m0xl/origin/detail
- ^宍倉正展・越後智雄・行谷佑一, 2020, 能登半島北部沿岸の低位段丘および離水生物遺骸群集の高度分布からみた海域活断層の活動性. 活断層研究, 53, 33-49.
从地理构造角度来看,日本关东(东京)属于北美洲板块,关西(大阪和京都)属于欧亚板块。
看起来只有两大板块,但其实地底下还有太平洋板块和菲律宾板块垫着,欧亚板块和北美板块被菲律宾海板块和太平洋板块使劲拱,使得日本岛全境都越来越高。如果无法理解,参考喜马拉雅山脉,这就是日本岛的未来,越来越高,但更复杂,因为喜马拉雅山脉只是印度板块撞击欧亚板块的结果。
但日本是太平洋板块撞菲利宾海板块,欧亚板块,北美板块。
菲利宾又撞北美板块,欧亚板块
其中太平洋板块最重,在最下面,其次菲利宾海,再次是欧亚和北美。
以上共同造就的结果,
未来日本大体上将会破碎成四个地区,北美洲板块区,冲绳板块区,欧亚大陆区,和伊豆地区。
但整体越来越高,最终形成小大陆。
严格意义上日本的脱亚入欧是有科学和环境支撑基础,因为核心区关东真的属于北美洲板块。
说正题,理论上日本有地下包括阿穆尔板块(和东北韩国等一个区),冲绳板块(只有冲绳群岛),扬子江板块(和华南一个区),鄂霍次克海 板块(属北美洲板块),太平洋板块(和北美相撞形成的海沟距离东京只有120km),菲律宾海板块(南海海槽)。
这次地震位于阿穆尔板块边缘,是太平洋和菲律宾挤压欧亚的结果,导致欧亚板块中的能登半岛地区的局部被抬升了好几米。
ps.日本之所以被抬高,是由于地幔对流通过洋中脊产生火山引擎源源不断的产生推力的结果,一般完成一个周期需要2亿年。
菲律宾海的古洋中脊已经死亡了很久很久,现在普遍认为是东南面卡罗琳洋脊俯冲产生的推力,被推着往西北方向俯冲,如果现在的太平洋中脊也死亡,日本倒是真会发生巨变(不一定是下沉,如果新生的洋中脊也产生了相同的推力,还是会升高,毕竟根据地幔对流理论,肯定会有新生的洋中脊取代旧的)
关于日本关东(隶属北美洲板块部分)是否会滑入日本海沟?这种可能性等于问喜马拉雅山脉是否会被卷入印度次大陆。
关于日本关西(隶属阿穆尔板块部分)是否会滑入马里亚纳海沟?关西和东北韩国东蒙古等一体,等于问东蒙古是否会漂到菲律宾。即使蒙古漂到菲律宾,关西也不可能被卷入马里亚纳海沟,陆壳相对洋壳极轻,陆壳不可能违背物理定律被压在洋壳之下。反而是介时海沟会迁移到如今的太平洋中央区
关于太平洋中脊是否会突然暴毙,或太平洋中脊完全俯冲到美洲板块下,最终火山引擎熄火,导致西太平洋板块停止俯冲,日本群岛丧失推力后被剥蚀沉没?
看图
地幔对流理论据决定了,只要地球还活着,地幔对流就不会停止,火山引擎就不会灭,顶多换一个地方产生新的洋中脊,产生新的引擎,产生新的推力,也会导致全球地壳大变。目前的太平洋中脊还是超级强壮,地幔柱和岩浆房都是强得可怕,造成的推力是大西洋的12倍,印度洋的6倍,也正因为太平洋中脊太强,所以即使俯冲到北美板块下,也还在继续大力推动西太平洋板块俯冲,甚至大有撕裂北美西部山脉的趋势,至于几千万年后,是北美山脉被撕裂成海,还是太平洋中脊北美部分熄火,谁知道呢
关东大平原地质构成