顛覆長久信念：新研究揭開地震真正的觸發機制

一項全新研究揭示了地震起始的根本機制，釐清了從緩慢、蠕動的地殼運動轉變為劇烈搖晃的斷層破裂這一神秘過程。透過先進的實驗與創新的模型建構，研究人員發現，斷層線上逐漸、無聲的應力釋放，是引發地震活動的關鍵因素。

此研究強調了過去被低估的斷層幾何形狀的作用，挑戰了長期存在的理論，為地震的起始提供了全新的視角。這些深刻見解不僅加深了我們對自然界最強大力量之一的理解，也為提升地震預測能力提供了充滿希望的方向。

耶路撒冷希伯來大學拉卡物理研究所的研究人員，在傑伊·芬伯格教授（Prof. Jay Fineberg）和博士生沙哈爾·格維茨曼（Shahar Gvirtzman）的帶領下，與蘇黎世聯邦理工學院的大衛·S·卡默教授（Prof. David S. Kammer）以及里昂高等師範學校的莫赫塔爾·阿達 - 貝迪亞教授（Prof. Mokhtar Adda-Bedia）合作，揭示了驅動摩擦斷裂和地震成核機制的突破性見解。他們的研究彌補了我們在理解從緩慢、無震運動到快速地震斷裂轉變方面的重要空白。

研究團隊進行了一系列實驗，並建立了理論模型，以證明在應力閾值下的緩慢、穩定蠕動如何轉變為與地震相關的動態斷裂。研究人員透過拓展斷裂力學原理，將斷層介面的有限寬度納入考量，而這一因素在傳統模型中常被忽視。

芬伯格教授解釋道：「我們的研究結果挑戰並完善了傳統的斷裂動力學模型。我們發現，緩慢、無震的過程是地震斷裂的先決條件，由區域性應力和幾何限制所驅動。這對於理解地震何時以及如何開始具有深遠的意義。」

這項研究的主要亮點包括具有開創性的實驗驗證。研究人員運用高速成像和創新方法，觀察斷裂成核的起始過程。他們的發現顯示，這個過程最初以微小、緩慢移動的二維摩擦運動斑塊形式開始。這些斑塊逐漸擴大，最終轉變為經典斷裂力學傳統描述的快速動態，這在我們對這一現象的理解上邁出了重要一步。

研究還強調了幾何轉變在控制成核動力學中的關鍵作用。透過將斷層介面的有限寬度納入模型，研究人員挑戰並完善了現有的地震起始理論。對斷層幾何特性的關注，為影響地震活動起始的結構和力學因素提供了嶄新的見解。

此外，這項研究具有深遠的實際應用價值。新建立的框架也讓我們對日常重要的摩擦和材料斷裂過程有了更深入的理解。再者，新框架強調了通常先於地震發生的緩慢、無震過程的重要性。即使是先前可能被忽視的看似「平靜」的地震前兆，也可能蘊含著即將發生地震事件的關鍵資訊。這一發現有潛力為預測模型提供依據，提升我們預測和降低地震風險的能力。

這項研究的意義不僅限於地震科學領域，還為材料強度、斷裂動力學以及地震活動預測模型的發展提供了深刻見解。

參考文獻：「How frictional ruptures and earthquakes nucleate and evolve」，作者Shahar Gvirtzman、David S. Kammer、Mokhtar Adda-Bedia和Jay Fineberg，發表於2025年1月8日的《自然》雜誌。DOI：10.1038/s41586-024-08287-y