阿拉斯加大地震如何震撼科学界科学

1964年3月27日，美国历史上最大的地震袭击了阿拉斯加。 这次地震震级为 9.2 级，是地球上有记录以来第二强烈的地震。 在安克雷奇，街道一分为二，整个街区都滑入海中。 阿拉斯加海岸沿线，大规模海啸摧毁了港口并冲毁了整个村庄。 经通货膨胀调整后，这场灾难造成了 30 亿美元的损失，并永久地改变了五年前刚刚获得建州地位的阿拉斯加的人民和景观。 企业离开了。 整个社区必须搬迁和重建。

但也许阿拉斯加大地震最重大、最持久的影响是对科学的影响。 它发生在科学史上的一个关键时刻，恰逢其时重塑了我们对地震、海啸和脚下大地性质的理解。 即使在今天，研究地震影响的科学家仍在不同的领域取得了意想不到的发现。 回顾这场地震发生 60 年后，我们会发现它极大地改变了我们对地质学和地球物理学的理解。

地震使板块构造学成为主流

灾难发生后，美国地质调查局立即派现场地质学家前往阿拉斯加调查地震的起源。 在几周和几个月的时间里，这些科学家仔细测量了对地貌的影响，发现阿拉斯加的大片地区经历了大规模的隆起和下沉，随着地面的震动和弯曲而永久地上升或下降。 他们测量的科迪亚克附近的一段海岸线上升了大约 30 英尺。 东北约 185 英里，靠近安克雷奇，地势下降了约 10 英尺。 这些详细的测量为板块构造学提供了第一个真实世界的证据，这一理论当时引起了激烈的争论。 该理论认为，地壳是由漂浮在炽热地幔上的板块组成的，在这些板块汇聚、相互滑动的地方，大地震的发生可能会扭曲和重塑地貌。 在 1964 年地震之前，科学家们缺乏证明俯冲带（例如阿拉斯加海岸附近太平洋板块俯冲或滑入北美大陆板块下方的区域）存在所需的数据。 阿拉斯加地震后，他们得到了详细记录的、无可辩驳的证据，在数万平方英里的森林、海岸和村庄中都可见，地壳的移动方式除了板块汇聚之外无法解释。 四年前，智利发生了一场规模更大的 9.5 级地震，但其后果并没有得到如此细致的研究。

“因此，64 年的地震和 1960 年的智利地震确实让地质学家感到困惑，”退休地震学家黛安·多瑟 (Diane Doser) 说道，她曾在德克萨斯大学埃尔帕索分校工作，对阿拉斯加地震进行了广泛的研究。 “当时的地质学工作方式不足以解释所观察到的情况。 但这些关于板块构造的新奇想法解释了他们在这些地震中所看到的一些现象。”

里氏 9.2 级：1964 年阿拉斯加大地震

地质学家利用板块构造学的思想以及隆起和沉降数据进行逆推，正确确定两个板块沿着俯冲带滑动了多达 60 英尺，从而引发了地震。 与此同时，世界各地的科学家正在地球物理学方面迅速取得其他进展，帮助他们了解地球如何运动。 研究人员正在建立一个全球地震仪网络，用于测量地面运动，以监测核武器测试。 这些仪器还有一个额外的好处，那就是收集地震数据。 研究人员还在开发技术来测定不同大陆上发现的相同类型岩石的年代，并证明它们在数百万年的时间里在构造板块顶部分裂并移动了很长的距离。

“所有这些都以一种确凿无疑的方式结合在一起，那就是俯冲，这是真实存在的，”阿拉斯加州地震学家迈克尔·韦斯特说。 自64年以来，在印度尼西亚、日本和智利等地发现了俯冲带，这些地区后来发生了大地震。 “我认为可以公平地说，1964 年的地震是将板块构造理论转变为板块构造事实的重要一步。”

挖掘泥土揭示了地震的历史

当现场地质学家绘制阿拉斯加各地的隆起和沉降模式时，他们发现了其他东西。 地震期间突然下沉、降至海平面以下的地区的沿海森林现在被海水和海洋沉积物淹没。 当实地科学家深入挖掘这些森林的泥土时，他们发现了埋藏植物和海洋沉积物的交替层。 这种变化证明，1964 年下陷的同一地区在数千年来的大地震中曾发生过多次下陷。 森林生长了。 地震发生，森林被淹没并被海洋沉积物覆盖。 森林再次生长。

韦斯特说：“在数百年、数千年的时间里，每次地震，这些地方都会从水下、到水上、再到水下。” “我认为这有点像海滩上潮水的进出。 只是海滩本身在上下移动。”

通过在这些幽灵森林中钻探深层沉积物岩心，并使用新技术来测定其中有机物质层的年代，科学家们能够发现几千年前发生的地震。 古地震学领域诞生了。 当这些科学家在太平洋西北部进一步向南重复他们的方法时，他们发现美国西海岸附近的卡斯卡迪亚俯冲带过去曾引发过类似的大地震，并且该地区应该期待自己的“大的一个”。

“历史记录之所以重要，是因为我们可以通过它来计算未来地震的统计数据，”韦斯特说。 “即使你对地质历史不感兴趣，你真正关心的是：我们应该多久发生一次这样的地震？”

古地震学在阿拉斯加首创，构成了美国地质调查局国家地震灾害地图的基础，其中包括全国地震概率估计。 政府和公司依靠这些地图来确定哪里可以安全建造、建造什么类型的建筑以及保险费率应该是多少。

研究意外海啸带来了水下发现

阿拉斯加大地震造成约 130 名遇难者，其中绝大多数死于海啸。 科学家们对1964年的海啸有普遍的了解——当一场大地震袭击近海时，海底的运动取代了上面的海水，将其向上推向陆地。 通常，这些构造海啸会在地震发生后数十分钟或几小时内发生，具体取决于它们传播的距离。

但 1964 年，大地还没停止震动，大规模海啸就席卷了社区。 只有经过数十年的研究，以及计算机建模和使用高精度声纳系统详细海底测绘等新技术，科学家们才能解释其中的原因。 阿拉斯加的海岸线由冰川塑造而成，冰川形成峡湾并将淤泥排入大海。 如果发生足够大的地震，比如 1964 年，几千年来积累的淤泥就会松动。 由此产生的水下山体滑坡在几乎没有任何警告的情况下引发了“局部”海啸，席卷狭窄的峡湾。

韦斯特说，绘制危险区域地图和模拟潜在的山体滑坡海啸影响仍然是一个正在进行的研究领域，但阿拉斯加灾难为今天的海啸研究和建模工作埋下了种子。 随后，美国国家海洋和大气管理局在阿拉斯加开设了国家海啸预警中心，以监测海啸危害。 “我认为可以公平地说，1964 年的地震让山体滑坡海啸成为人们关注的焦点，”他说。

地震几十年后，一种神秘的真菌因此蔓延开来

阿拉斯加大地震至今仍在帮助解开科学谜团。 1999年，一种名为 咽喉隐球菌 通常生长在热带雨林腐烂木材上的植物突然出现在太平洋西北部的沿海森林中。 由于它可能导致人类致命感染，美国疾病控制和预防中心联系了亚利桑那州转化基因组研究所病原体和微生物组部门主任戴夫·恩格尔撒勒（Dave Engelthaler），以追踪其起源。

恩格塔勒对这种真菌进行了测序和年代测定，发现它是在大约一个世纪前从巴西港口城市累西腓来到太平洋西北地区的。 他跟踪了航运记录，确定这艘船很可能是在巴拿马运河开通后不久，利用货船压载水搭便车到达温哥华的。 这种真菌非常适合在海水中生存，被丢弃在太平洋西北海岸，在那里它静静地、无害地生活了几十年。 但它如何登陆陆地并污染整个海岸线（似乎同时发生）仍然是个谜，直到恩格塔勒意识到美国近代历史上只有一件事可以移动如此多的海水——阿拉斯加大地震引发的海啸。 被赶上岸后，真菌再次适应了陆地生活。

“这些就是我们所说的‘黑天鹅事件’，”恩格撒勒说，他引用了流行病学术语，指的是统计上不太可能发生但会造成严重后果的事件。 “没有人能预测到这场大地震会导致 40 年、50 年、60 年后人们因一种甚至不属于该地区的真菌而患病。”

致阿图罗·卡萨德瓦尔 (Arturo Casadevall)，他是约翰·霍普金斯大学公共卫生学院的微生物学家，他研究了 咽喉隐球菌 恩格塔勒的案例很好地提醒我们要在多个时间尺度上思考，研究过去的事件并考虑它们如何影响我们的未来。 “我是人性的忠实粉丝，”他说，“但我们往往只关注短期。”

该州地震学家韦斯特说，在阿拉斯加，灾难遗忘症是一个日益严重的问题。 3 月，在阿拉斯加大地震 60 周年之际，美国国家海洋和大气管理局宣布计划取消国家海啸减灾计划，该计划每年为阿拉斯加提供高达 70 万美元的资金，用于海啸警报、公共教育和洪水绘图研究工作。 他指出，记得 1964 年地震的一代人正在消失，这可能会产生后果，因为这样的事件可能会再次发生。 “我并没有夸张：我们可能会在阿拉斯加南部发生地震，引发海啸并造成一千人死亡，选择你所在的城镇，明天完全有可能，”他说。 “所以，肯定会有一些人说，‘嘿，别忘了这一点。’” 这是我的工作，确保我们不会忘记。”