2023年9月16日,全球范围内捕捉到一段异常的地震信号,其频率为10.88毫赫兹,并持续了长达九天之久。令人诧异的是,一个月后,几乎相同的信号再次出现,持续时间约为一周。这一罕见的现象引发了科学界的高度关注。经过多方交叉验证,研究人员将其归因于格陵兰东部迪克森峡湾发生的两次由山体滑坡引发的巨型海啸,海啸导致峡湾内形成了长时间稳定的驻波,也称为水震。水震是一种水体内部发生的共振现象,通常见于封闭或半封闭的水域,其持续时间和震荡特征具有明显的地域性和环境依赖性。然而,此次事件中持续时间长达数天的水震,且其震荡频率呈现出全球地震仪均能侦测的持久信号,是前所未有的。
长期以来,由于格陵兰峡湾地区地理环境极为偏远且测量设备缺乏,科学家们主要依靠理论模型和数值模拟推测此类极端事件的发生机理。相关研究采用地震逆推、解析模型以及高分辨率数值仿真,给出了形成水震的有力理论支持,但直接的实测证据却极为匮乏。直到2022年发射并投入使用的水面与海洋地形测量(Surface Water Ocean Topography,简称SWOT)卫星,才首次为研究这类快速、多维海洋过程提供了高精度的卫星测高数据。其中,搭载的KaRIn干涉雷达仪能够生成宽幅、高分辨率的二维海面高度图,掀开了人类对峡湾复杂水动力学的新认识。 SWOT卫星在首次进入科学轨道后的数次飞越中,对迪克森峡湾的酒期水面高度进行了多角度、高时间分辨率的测量。观测数据显示,紧邻两次冰崩滑坡后不久,峡湾内的水面波动呈现出沿峡湾次长轴方向(横跨峡湾的方向)产生的大幅度斜率变化—这正是水震振荡的关键特征。
特别是2023年10月11日第二次海啸后的数据,更显示了明显的负向交叉通道水面斜坡,符合数值模拟中预测的水震波节分布。尽管骄阳下的遥远实地观测极为罕见,卫星观测结合地震台网监测数据共同奏响了验证此类现象存在的序曲。 地震学证据是确认水震起源的重要支撑。利用距离迪克森峡湾千余公里的地震站II.ALE和IU.SFJD监测的Rayleigh和Love波分析,科学家应用复杂的地震逆算方法抽取出了一个主要垂直于峡湾方向的水平单力源,这与水震造成的水体面水平往复运动力学相吻合。进一步,科学团队通过贝叶斯机器学习方法,将卫星观测得到的水面斜率与地震波阶段对应,推断出水震初始振幅约为7.9米。这一结果介于两大先前模型估算的2.6米与7.4至8.8米之间,承担了为该异常VLP地震信号找到实测与理论之间桥梁的重要角色。
在科学研究中,排除潜在干扰因素尤为关键。对塔扣地潮汐和风驱动环流的详细分析表明,尽管这两种现象都可能引起峡湾水体的表面变化,但时空特征与观察所得的水震斜率信号并不一致。例如,主导海洋潮汐的M2分量通过对长时间段SWOT数据结合贝叶斯谐波分析技术估计,发现其对遥测斜率变化贡献甚微,且潮汐相位无显著跨峡湾差异。风应力引起的Ekman输运虽然存在,但其方向和持续时间均无法解释观测中所见的斜率模式。以上全面论证进一步巩固了水震理论解析的合理性。 此次事件不仅丰富了海洋物理学的研究内容,也引发了地震学与海洋遥感交叉学科的热潮。
长时间、近于单频段的VLP信号在全球地震台网中被持续捕获,挑战了科学家对海洋与地球固体动力学间关系的传统认知。更重要的是,这种类型的极端事件可能在气候变化背景下频率和强度增大,尤其是在极地地区冰盖退缩和山体滑坡活跃的态势下。SWOT任务的成功证明了高分辨率宽域卫星测高技术在极端事件监测和海洋动态研究中的价值。针对数据特性—如时间采样稀疏性和空间分辨率的限制,开发专门的处理方法和统计推断模型成为未来的研究重点。 丹麦国家水文局以及多个国际科研机构的合作团队计划在此次研究基础上,继续深化对类似极端海洋现象的观测与建模工作。特别是扩展近岸区域及更广泛极地海域的测量网络建设,将有助于捕捉更多短周期、水动力耦合海洋地质事件。
透过更精细的卫星轨迹优化、联合地面海洋浮标和无人水下航行器的多源数据融合,科学家期望揭露未来可能出现的极端海洋事件模式与风险,助力对气候变化所引发的自然灾害的前瞻性防范。 归根结底,2023年格陵兰东部发生的这场“水震”不仅令全球为之震惊,更开启了海洋科学及地震学研究的新纪元。不论是从灾害预警的实用角度,还是基础科学探究的价值上,此次研究具有里程碑意义。未来持续关注极地区因全球变暖导致地质与海洋异常变化的监测和研究,对于提升我们应对气候极端事件的能力具有不可估量的重大影响。随着类似SWOT这样的先进观测技术日益成熟,科学家们正逐步揭开自然界中这类神秘现象的面纱,为人类文明的可持续发展贡献力量。