“摇摇欲坠的巨石”,它们可以揭示远古时期的地震活动

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(英媒11月16日报道)

这些巨石随时可能滚落。而它们至今屹立不倒,为我们揭示了古代地球震动的秘密。

它们看起来仿佛一阵微风或是一个喷嚏就能将其吹倒。世界各地,成千上万块“摇摇欲坠的岩石”以奇怪的姿态悬立,仿佛随时都会倾倒。曾经,它们只是地质奇观。如今,它们却在帮助我们更深入地了解地震风险。

这些微妙平衡的巨石依然矗立,为我们打开了通往远古时代的窗口,那时还没有现代地震仪来测量地面的震动。英国伦敦帝国理工学院的地质学家迪伦·鲁德说表示,我们所能咨询的唯一见证者就是这些摇摇欲坠的岩石,它们是过去所发生一切的见证者。

反过来,这也在帮助我们为未来做好准备,通过改进地震危险地图来完善灾害计划、保险费用和建筑规范。这些摇摇欲坠、违背重力的岩石甚至还在帮助工程师对核电站、放射性废物储存库和巨型大坝进行压力测试。

脆弱状态

摇摇欲坠的岩石(亦称PBRs)属于“脆弱地质特征”这一地貌类别。有些是因侵蚀而形成的,如岩石拱门或塔状尖峰。在陆地上,犹他州的拱门国家公园拥有数千种此类地貌,雨水或冻融作用已将砂岩侵蚀到即将崩塌的边缘。
图片水和沙子的不断作用可以创造出标志性的形状,例如在犹他州拱门国家公园发现的精致拱门

而在海岸边,海水则会在悬崖峭壁上雕琢出脆弱的地质特征:拱门逐渐形成,直至最终崩塌,留下海蚀柱。其中最著名的海蚀柱之一是苏格兰奥克尼群岛的霍伊老人岩,经常被攀岩者攀登。

其他脆弱地质特征则随时间增长,如冰柱状的钟乳石或石笋。在某些情况下,它们的长度可达数米,重量巨大,但直径却不超过人的手臂。

所有这些特征都引人注目,但摇摇欲坠的巨石尤其上镜:它们看起来像是被过去的某个文明或神灵放置在支架上的巨石。你可以在世界各地找到它们:英格兰约克郡的布里姆哈姆岩、印度的克里希纳黄油球以及芬兰的库马基维等。在美国,从俄勒冈州的梅托利乌斯岩到缅因州的泡泡岩,它们分散在多个州。在一些国家,这些岩石甚至具有宗教意义:缅甸的金石被佛教信徒用金箔包裹,信徒们相信,是佛祖的一缕头发阻止了它的倒塌。
图片缅甸的金岩是一块摇摇欲坠的巨石,具有宗教意义,现在是一个主要的旅游景点

摇摇欲坠的巨石之所以能保持这种微妙的平衡,有两个原因。有时,冰川将它们携带并放置在尴尬的位置。例如,美国东北部的森林中散布着许多这种所谓的“漂砾”。有时,巨石看起来像是被放置在支架上,而实际上,它们的基座逐渐被侵蚀成了狭窄的颈部。

历史的窗口

虽然徒步旅行者通常会为了自拍而前往摇摇欲坠的巨石处,但地震学家欣赏这些岩石的原因却不同,因为它们可以揭示远古时期的地震活动。

要理解这一点,你需要将时间回溯到20世纪90年代初。当时,地质学家在加利福尼亚州和内华达州的摇摇欲坠的巨石中发现了一个有趣的模式:它们通常在断层边界附近较少见。这催生了一个想法:或许这些岩石可以揭示在精确的地震仪发明之前地面震动的情况。如果在某个区域发现了摇摇欲坠的巨石,并且你能计算出它悬空多久了,那就意味着地面的震动不足以将其推倒。

以华盛顿州的奥马克岩为例,这是用这种方式分析的第一批巨石之一,它是一块冰川巨石,悬立在一个小小的支架上,位于美加边境以南约90公里处。1872年,一场强烈的地震震撼了太平洋西北地区,但当时的技术无法精确捕捉到地面的移动程度。奥马克岩依然悬立不倒,帮助地质学家估算了当时可能发生的最大震动程度。

在人类开始记录历史之前,评估地震的影响就更为困难了。在古地震学领域,地质学家会寻找史前地面运动的迹象,如断层破裂、滑坡或海啸沉积物,但许多地震在地质记录中留下的痕迹微乎其微。然而,当地震学家发现已经屹立了数千年的摇摇欲坠的巨石时,它们就成了这些罕见事件的见证者。对这些巨石进行分析,可以提高地震危险地图的准确性,尤其是对于那些几千年才发生一次的罕见地震。

例如,今年9月,美国地质调查局的研究人员就发表了关于纽约州和佛蒙特州冰川遗留下的摇摇欲坠的巨石的分析。幸运的是,这些巨石并没有带来什么意外,它们表明地震危险地图大体上是准确的,但情况并非总是如此。

安娜和迪伦·鲁德是一对夫妇,都是伦敦帝国理工学院的地质学家,他们帮助改进和完善了对摇摇欲坠的岩石的分析。他们开发了一种更精确、基于概率的方法来研究这些地震见证者。
图片安娜和迪伦·鲁德是一对地质学家夫妇,他们在康沃尔郡的一块巨石上拍摄结婚照

如果你在野外看到鲁德夫妇在仔细研究一块摇摇欲坠的巨石,你一眼就能认出他们,因为那块岩石上布满了彩色胶带。除了激光雷达(光探测和测距)扫描和无人机摄影外,这些标记还帮助他们创建岩石的三维计算机模型,从而可以模拟在各种地震情况下岩石会发生什么。

安娜说:“我们可以计算出,在不同强度的地面震动下,这块岩石倒塌的概率,包括非常短暂、轻微的震动,以及极端强烈的震动。”

检查巨石在过去的地震中是否真的摇晃过也很重要。为了确定巨石的“摇摇欲坠”年代,鲁德夫妇分析了岩石中石英矿物内的宇宙成因同位素,如铍-10。当宇宙射线撞击石英时,这些同位素就会形成,因此当岩石表面暴露在大气中时,这些同位素就会更加丰富。这就能揭示出巨石在狭窄的基座上屹立了多久,或者它的基座是否曾经被土壤或其他沉积物掩埋。“这是一个计时器,”迪伦解释道,“我们可以模拟出岩石是什么时候暴露出来的。”

通过这些技术,鲁德夫妇发现,美国的一些地震危险地图可能需要更新。他们分析了洛杉矶地区圣安德烈亚斯断层附近的洛夫乔伊山脊的摇摇欲坠的巨石,发现一万年一遇的地震风险可能被高估了。他们得出的结论是,该地区的震动将比之前估计的减弱65%。

重要基础设施

鲁德夫妇是在加利福尼亚州迪亚布罗峡谷核电站附近分析摇摇欲坠的岩石时相遇的。从那时起,他们及其同事就证明,这些巨石对于测试脆弱的基础设施(如核设施或大型水坝)特别有用。

事实上,摇摇欲坠的岩石对核工业来说已经变得如此有用,以至于国际原子能机构(IAEA)现在建议研究核电站附近的地震危险缓解情况。如果工程师正在对核电站进行风险评估,他们需要了解罕见的“大地震”对反应堆可能造成的破坏。然而,如果几千年都没有发生过一次大地震,就很难估计其破坏程度会有多严重。
图片标记与激光雷达和无人机一起使用,以查看巨石是否随时间移动

当鲁德夫妇和同事们在迪亚布罗峡谷核电站附近绘制并分析巨石时,他们能够将危险地图中的不确定性降低近50%。10月下旬,这家能源公司还邀请鲁德夫妇开始研究法国脆弱的地质特征,以完善该国核电站和水坝的地震危险地图。

在未来,摇摇欲坠的巨石还可以帮助工程师决定在哪里掩埋放射性废物。在核规划中使用这些岩石的第一个测试案例是内华达州的尤卡山(现已被放弃),这里曾是一个潜在的核废料储存库。内华达大学里诺分校的研究人员分析了附近被“岩石漆”(一种在沙漠中长期积累的富含粘土的物质)覆盖的摇摇欲坠的巨石。岩石漆的存在表明,一些摇摇欲坠的岩石已经屹立不倒长达8万年之久,这暗示着尤卡山的地震风险是可以接受的。

因此,当你在徒步旅行时遇到一块摇摇欲坠的巨石时,要考虑一下它为何能幸存至今而屹立不倒。就连鲁德夫妇自己也仍然对这些摇摇欲坠的岩石依然屹立不倒而感到惊讶。迪伦说:“在加利福尼亚州的一个遗址,你甚至可以自己去摇晃它们。这真的让人感受到了这些岩石的脆弱”。