如今，田纳西州西北部的里尔富特湖 (Reelfoot Lake) 是一个宁静的地方，也是候鸟的天堂。但这片占地 15,000 英亩的水域突然猛烈地诞生：1811 年和 1812 年的一系列地震 使密西西比河暂时改道后，水淹没了大地并汇聚成湖泊。

历史上河流因地表破裂地震而突然改变路线的例子比比皆是，现在一组研究人员已经对这些事件进行了建模，以更好地评估它们造成的危害。他们的研究结果发表在五月的《科学进展》杂志上。

突然的倾斜

 河流随时都在改变河道。侵蚀和沉积物沉积会在数十年甚至数百年的时间里逐渐推动这些路线修正（称为撕脱）。但新西兰基督城坎特伯雷大学的构造地貌学家艾琳·麦克尤恩（Erin McEwan ）和她的同事最近研究的河流撕扯速度要快得多。

当断层倾斜并水平或垂直地移动地球表面时，由此产生的断层陡坡可能会使恰好横切该地区的河流改道。“断层陡坡是一个直接的障碍，”研究小组成员、坎特伯雷大学地质学家 蒂莫西·斯塔尔 (Timothy Stahl)说。麦克尤恩说，河水显然仍然必须流向某个地方。“它可能会聚集到断层悬崖上，然后流到河道之外。”

在过去的几百年里，已经记录了数十起断层破裂引起的河流撕扯。未来发生事件的可能性是巨大的：全世界有超过 25,000 个河流流经活动断层的地方。麦克尤恩说，如果把人加入其中，就会出现危险的情况。“只要有高度活跃的断层、大量的人口以及覆盖这些断层的河流，就会出现问题。”

农田里的一个湖

为了预测断层破裂引起的河流撕脱的特征，麦克尤恩和她的同事对 2016 年 11 月 14 日午夜过后新西兰发生的事件进行了案例研究。

当该国南岛发生 7.8 级地震时，帕帕蒂亚断层在与怀奥托阿 /克拉伦斯河相交处突然垂直移动了约 7 米，水平移动了 4 米。当河流的水流以每秒近 200 立方米的速度遇到断层悬崖时，它被迫改变方向约 45°。它从现有的河道溢出，流经农田一公里多。

这些洪水随后形成了墨累湖 (Lake Murray)，几个月内淹没了 80 多英亩土地。麦克尤恩说，即使在六年多后的今天，怀奥托阿/克拉伦斯河的部分河段仍在从原来的河道中流失数百米。“情况发生了真正的变化。”

不可能预测地震的确切参数或河流在任何时刻的流动情况。

麦克尤恩和她的同事模拟了怀奥托阿/克拉伦斯河事件。首先，他们测试了是否可以使用事件发生前一小时获得的河流流量数据以及由 激光雷达图像组装的震后景观 数字高程模型来准确再现河流撕脱的程度。研究人员发现，与现实世界中河流撕裂的观察结果相比，他们的 2D 模拟准确率为 94%。

但更有用的测试是是否可以仅使用事件前的数据准确地再现河流撕脱。为此，研究人员根据 2012 年收集的激光雷达数据创建了景观的数字高程模型，并使用根据真实断层运动提供信息的合成断层陡坡对其进行了修改。当他们将这些输入输入到模拟中时，他们以 89% 的准确度重现了撕脱。

最后，研究人员通过考虑五种不同的断层悬崖位移和五种不同的泄水率，模拟了一系列可能的洪水情景。 加州大学伯克利分校地球科学家凯利安·达舍尔-库西诺（Kélian Dascher-Cousineau）没有参与这项研究，他说，这种方法是有道理的。他说，不可能预测地震的确切参数或河流在任何时刻的流动情况。“你需要从概率过程来解决这个问题。”

未来的撕脱

在研究人员制作的 25 个模型场景中，有 7 个案例是怀奥托阿/克拉伦斯河完全放弃了其母河道，并在景观中开辟了一条新路径。研究小组发现，毫不奇怪，更大的断层位移和更高的排放率往往会产生更多的洪水。

研究人员还发现，在某些情况下，断层位移只是为未来的撕裂做好了准备，这种撕裂会在河流流速增加时发​​生。斯塔尔说，撕脱并不一定与地震同步发生。“它可能是瞬时的，也可能是延迟的。”

麦克尤恩说，类似的模型可用于评估其他地震多发河流的潜在脆弱性。“这就是我们在尚未发生这种情况的地方所做的，我们正在努力评估风险。” 麦克尤恩解释说，这些结果可以为有关断层线强制建筑退缩的危险规划和立法提供信息。