当科学家寻找地震的原因时，他们的搜索通常从地下开始。几个世纪以来的地震研究已经表明，构造板块的碰撞以及地下断层和裂缝的运动是引发地震的主要原因。
但麻省理工学院的科学家们现在发现，某些天气事件也可能在引发一些地震中发挥作用。
在今天发表在《科学进展》上的一项研究中，研究人员报告说，在过去的几年里，日本北部的大雪和大雨可能导致了一系列地震。这项研究首次表明，气候条件可能引发一些地震。
“我们看到地表的降雪和其他环境负荷会影响地下的应力状态，强降水事件的时间与这次地震群的开始有很好的相关性，”研究作者威廉·弗兰克说，他是麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的助理教授。“因此，气候显然对固体地球的反应有影响，其中一部分反应就是地震。”
这项新研究的重点是日本诺托半岛正在发生的一系列地震。研究小组发现，该地区的地震活动与地下压力的某些变化惊人地同步，而这些变化受到降雪和降水的季节性模式的影响。科学家们怀疑，地震和气候之间的这种新联系可能不是日本独有的，而且可能在震动世界其他地区发挥作用。
展望未来，他们预测，随着全球变暖，气候对地震的影响可能会更加明显。
弗兰克补充说:“如果我们进入一个正在变化的气候，出现更多极端降水事件，我们预计大气、海洋和大陆中的水将重新分配，这将改变地壳的承载方式。”“这肯定会产生影响，这是我们可以进一步探索的联系。”
该研究的主要作者是前麻省理工学院助理研究员王庆宇(现就职于格勒诺布尔阿尔卑斯大学)，其他成员包括EAPS博士后崔鑫、维也纳大学的陆洋、日本东北大学的广濑隆和东京大学的大原和成。
地震速度
自2020年底以来，日本的诺托半岛发生了数百次小地震。诺托半岛是日本主岛向北弯曲进入日本海的一块土地。与典型的地震序列不同，诺托的地震活动是一个“地震群”，即多次持续发生的地震，没有明显的主震或地震触发点。
麻省理工学院的研究小组和他们在日本的同事们，旨在发现任何可以解释持续地震的地震模式。他们首先查阅了日本气象厅的地震目录，该目录提供了一段时间以来日本各地地震活动的数据。他们把重点放在了过去11年里诺托半岛的地震上，在此期间，该地区经历了间歇性的地震活动，包括最近的地震群。
利用目录中的地震数据，研究小组计算了该地区随着时间的推移发生的地震事件的数量，发现与2020年底相比，2020年之前地震的时间似乎是零星的和不相关的，当时地震变得更加强烈，并在时间上聚集，标志着地震群的开始，地震在某种程度上是相关的。
然后，科学家们研究了由监测站在相同的11年期间进行的地震测量的第二个数据集。每个监测站都连续记录任何位移或发生的局部震动。从一个台站到另一个台站的震动可以让科学家们了解地震波在台站之间传播的速度。这个“地震速度”与地震波所经过的地球结构有关。王利用台站的测量结果计算了过去11年来诺托及其周围每个台站之间的地震速度。
研究人员绘制了诺托半岛下地震速度的演变图，并观察到一个令人惊讶的模式:在2020年，大约在地震群被认为开始的时候，地震速度的变化似乎与季节同步。
“然后我们必须解释为什么我们会观察到这种季节变化，”弗兰克说。
雪的压力
研究小组想知道，不同季节的环境变化是否会以某种方式影响地球的底层结构，从而引发地震群。具体来说，他们研究了季节性降水如何影响地下“孔隙流体压力”——地球裂缝和裂缝中的流体在基岩内施加的压力。
弗兰克解释说:“当下雨或下雪时，会增加重量，从而增加孔隙压力，从而使地震波传播速度变慢。”“当所有的重量通过蒸发或径流消除时，孔隙压力突然降低，地震波速度更快。”
Wang和Cui开发了一个诺托半岛的流体力学模型，模拟了过去11年里底层孔隙压力对降水季节变化的响应。他们将同一时期的气象数据输入到模型中，包括每日降雪、降雨和海平面变化的测量数据。从他们的模型中，他们能够追踪到诺托半岛在地震之前和地震期间的超孔隙压力的变化。然后，他们将孔隙压力的演化时间线与地震速度的演化图进行了比较。
弗兰克说:“我们有地震速度观测，我们有超孔隙压力模型，当我们把它们重叠时，我们发现它们非常吻合。”
特别是，他们发现，当他们纳入降雪数据，特别是极端降雪事件时，模型和观测结果之间的拟合度比只考虑降雨和其他事件时更强。换句话说，诺托居民正在经历的地震群可以部分解释为季节性降水，特别是大雪事件。
弗兰克说:“我们可以看到，这些地震的时间与我们看到强烈降雪的多次时间非常吻合。”“这与地震活动密切相关。我们认为这两者之间存在物理联系。”
研究人员怀疑，强降雪和类似的极端降水可能在其他地方的地震中发挥作用，尽管他们强调，主要的触发因素总是来自地下。
弗兰克说:“当我们第一次想要了解地震是如何发生的时候，我们会研究板块构造，因为板块构造一直是地震发生的首要原因。”“但是，还有什么其他因素会影响地震发生的时间和方式?”这就是你开始考虑二阶控制因素的时候，气候显然是其中之一。”
这项研究得到了美国国家科学基金会的部分支持。
