Nature：地震對河床沙的影響遠(yuǎn)比預(yù)期更大更久

在構(gòu)造活躍的山區(qū)，大規(guī)模地震常常引發(fā)廣泛的滑坡。這些滑坡將土壤和巖石搬運(yùn)到河流系統(tǒng)中，抬高河床并增加洪水風(fēng)險。同時，河流清除滑坡沉積物的過程對山地演變具有重要影響，且通過巖石侵蝕、風(fēng)化和有機(jī)碳搬運(yùn)，進(jìn)而對全球碳循環(huán)產(chǎn)生影響。然而，地震引發(fā)的滑坡物質(zhì)對河流到底有什么樣的影響，特別是粗顆粒物質(zhì)的搬運(yùn)速率，由于很難準(zhǔn)確測定，是一項(xiàng)國際性的挑戰(zhàn)難題。

圖1 中美科學(xué)家在紫坪鋪水庫開展沉積物聲學(xué)掃描和巖心鉆取工作

為回答這一國際科學(xué)難題，由地球環(huán)境研究所、南加州大學(xué)、牛津大學(xué)等組成的國際團(tuán)隊(duì)，針對2008年汶川地震引發(fā)的滑坡物質(zhì)及河流沉積物開展了長期連續(xù)的監(jiān)測（圖1）。自2009年開始，該研究團(tuán)隊(duì)每2-3年一次在紫坪鋪水庫進(jìn)行沉積物聲學(xué)掃描和取樣。通過分析2012、2015和2018年水庫沉積物的累積厚度變化，結(jié)合滑坡體和河床粒度實(shí)地測量、鉆孔精確沉積厚度和組成等大量野外調(diào)查數(shù)據(jù)，定量獲得了地震前后沉積物通量、產(chǎn)率及其河床沙組分的變化（如圖2所示）。研究結(jié)果表明，地震發(fā)生后岷江的總沉積通量增加了近6倍，其中河床沙（粗顆粒沉積物）通量卻增加了20倍，約占總沉積物的65%，而在正常山地河流中，河床沙的比例通常只有20%左右。

圖2 汶川地震前后的沉積物通量、產(chǎn)率及其河床沙組分的變化

以往對極端事件的環(huán)境示蹤研究一般關(guān)注河流懸浮物這類簡單的、易監(jiān)測的細(xì)顆粒沉積物通量和組成變化，本研究在國際上首次定量評價了地震后河床沙這類粗顆粒沉積物通量及其長期變化。研究團(tuán)隊(duì)指出，這種大規(guī)模河床沙搬運(yùn)對河道組成和結(jié)構(gòu)造成的影響要比我們預(yù)期的更大更久，包括抬高河床、增加洪水風(fēng)險等。該項(xiàng)成果給我們的啟示是，地震發(fā)生是瞬時的，但它們引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險并非短期事件，而可能持續(xù)數(shù)十年或更久，甚至改變一個區(qū)域的生態(tài)與社會發(fā)展軌跡。

該成果于2025年8月13日發(fā)表于《Nature》。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的李根博士為第一作者，地球環(huán)境研究所金章東研究員為第三作者，張飛研究員和汪進(jìn)研究員均深度參與了該項(xiàng)研究。金章東研究員團(tuán)隊(duì)共同承擔(dān)了水庫多次沉積物厚度聲納掃描，提供了精確的沉積物累積深度、庫區(qū)河床大顆粒礫石堆積等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。研究工作得到美國自然科學(xué)基金和國家自然科學(xué)基金（42221003、41930864）等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。該研究團(tuán)隊(duì)自2009年以來，十六年如一日，持續(xù)監(jiān)測2008年汶川地震地表環(huán)境效應(yīng)。這是該團(tuán)隊(duì)在Science Advances、Geology、EPSL等發(fā)表系列論文后的又一項(xiàng)重要成果。

Li G K, West A J, Jin Z, et al. Large riverbed sediment flux sustained for a decade after an earthquake. Nature 644, 398–403 (2025).

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09354-8