1958年7月9日阿拉斯加利图亚湾的特大海啸(1999)

1958年7月9日，沿着费尔韦瑟断层的大地震袭击了阿拉斯加东南部。地震引发的各种干扰组合产生了巨大的海啸波，在利图亚湾顶部上升到1720英尺(516米)的最高高度。海浪的极端高度及其产生机制令人费解。这里有一个问题，那就是海湾顶部的入口处是否有足够的水量来产生如此极端的波浪，并达到如此巨大的高度。

人们提出了几种产生极端波浪的机制，但没有一种机制能被当时手头的数据确凿地支持。这场巨型海啸提出的情景包括与地震相关的构造运动、潮汐冰川前锋的坍塌、利图亚冰川上冰下湖泊可能突然排干，以及地震后立即发生在吉尔伯特湾的重大地面落石。

空中落石被认为是产生巨型海啸波的最重要因素。然而，部分山体崩塌和水体积位移的简单机制不能解释极端波高。目前对利图亚湾大海啸产生的所有假设机制进行了研究，以确定哪一种机制才是真正导致极端海浪产生的主要机制。下面的描述提供了一些与该地区的构造背景和地震活动有关的背景材料，1958年7月9日地震后的事件年表，以及作者对一种岩石形成机制(P.C.模型)的结论和解释，该机制可以解释观测到的巨型海啸波高，即使存在水量限制。这一P.C模型假说随后被认为是大海啸触发的正确机制，并得到了洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家进行的数值模拟研究的验证(使用非线性浅水程序SWAN，其中包括科里奥利和摩擦效应，随后使用Navier-Stokes，欧拉可压缩水动力程序，其中包括重力效应)。由瑞士联邦理工学院(ETH)的科学家进行的物理模型实验(使用缩放的矩形棱柱水波信道模型)进一步验证了PC模型假说。

1958年7月9日的地震和利图亚湾(Lituya Bay)顶部的巨型落石几乎就发生在地震之后，巨大的巨型海啸波在吉尔伯特海湾(Gilbert Inlet)的东南支流上溅起了最高1720英尺的高度。海浪蔓延到利图亚湾的其他地方，抹去了两侧路径上的一切，覆盖了大约4平方英里(10.4平方英里)的面积。Kms)。

当时，有三艘渔船停泊在海湾入口处附近。其中一艘船沉没了，船上的两个人失去了生命。另外两艘船能够乘风破浪。幸存者中有威廉·A·斯旺森(William A.Swanson)和霍华德·G·乌尔里希(Howard G.Ulrich)，他们后来提供了他们观察。

米勒(1960)在美国地质调查局发表的一份综合报告中详细记录了与利图亚湾巨浪有关的所有记录、测量和观测。当时的美国海岸和大地测量局的埃利奥特·B·罗伯茨(Elliot B.Roberts)船长进行了广泛的摄影测量调查，并在1960年史密森学会(Smithsonian Institution)的年度报告中对这一事件进行了很好的描述。

巨浪将吉尔伯特海湾地区的所有树木和植被完全剥离，最高海拔为1720英尺(美国地质调查局照片)。

从海湾顶部向外俯瞰的另一幅利图亚湾景色，显示了巨浪的影响(加州大学伯克利分校照片)。利图亚湾是一个T形海湾，长7英里，宽达2英里。海湾顶部的两个海湾是吉尔伯特和基隆海湾，这两个海湾是沿着费尔韦瑟断层的海沟的一部分。纪念碑岛位于海湾的中央。

利图亚湾是阿拉斯加东北部的山谷，由冰川雕刻而成。大约一万年前威斯康星州间冰期开始时，当冰川开始退缩时，它变成了一个海湾。Lituya和North Crillon冰川各长约12英里，宽约1英里，起源于海拔4000英尺或更高的费尔韦瑟山脉山顶附近。吉尔伯特和克里昂海湾是由这些冰川的消退形成的，并使利图亚湾的上部呈现出目前的T形形状。海湾的进水口和主体具有U型底板，底板被现代末期冰川沉积和第三纪以前冰川沉积所覆盖。

在海湾头部周围，城墙陡峭-类似于峡湾的城墙-在紧邻南北的山脚下，高程从2200英尺到3400英尺不等，在费尔韦瑟山脉，海拔超过6000英尺，距离克里隆湾的海岸不到两英里。利图亚湾的主要部分有7英里长，宽度从四分之三英里到两英里不等。纪念碑岛将海湾的中部分成两条海峡，宽度分别为五分之二英里和五分之四英里。海湾主要部分周围的海岸主要是岩石海滩。毗邻的地区从这些海滩陡峭地上升起来。在海湾的入口处有一个很长的口水，La Chaussee Spit，这是最后一次冰川时期弧形末端冰雹的残留物。

该地区的构造环境受太平洋和北美构造板块相互作用的控制。巨大的板块以复杂的、不规则的模式运动，导致地震，断层沿其边界不同。向南，在加利福尼亚州附近，边界主要是一个大型转换断层系统，即圣安德烈亚斯和众多次级断层。圣安德烈亚斯断层也是分隔戈尔达和太平洋板块的门多西诺断层之间的分界线。紧邻该地区的北面是卡斯卡迪亚俯冲带，它标志着戈尔达和胡安德富卡近海板块与北美板块之间的分界线。戈尔达板块是被俯冲到北美板块之下的地块。然而，这种类型的逆冲断层相对于地球表面缓缓倾斜。沿着这样的逆冲断层发生的地震将岩石推到斜坡上方，并压过斜坡下面的岩石。在卡斯卡迪亚这样非常活跃的俯冲区，板块之间的边界就像一个巨大的逆冲断层，通常延伸数百英里长。俯冲界面的锁定部分被称为巨型逆冲。所有世界上最大的地震(力矩震级为8.5级或更大)在过去都曾引发过太平洋范围的海啸，都与沿更陡峭的角度的巨型逆冲断裂有关。

沿着加拿大和阿拉斯加西海岸再往北，夏洛特女王断层和费尔韦瑟断层是一个漫长的断层系统的一部分，该系统标志着太平洋板块的东部边界和北美板块的西部边界。在这一地区，太平洋板块相对于北美板块向西北方向运动，从而形成了一个大的转换边界，其主要特征是两个板块水平运动，但方向相反。这些断层上的大多数地震都是走滑事件，不会引发海啸。阿拉斯加东南部的费尔韦瑟断层标志着这些边界之一。费尔韦瑟断层位于夏洛特女王-费尔韦瑟断层系统的北端。它是一条右旋运动的走滑断层。它从克罗斯海峡向西北方向延伸约280公里，一直延伸到阿拉斯加雅库塔湾附近的圣埃利亚斯断层交界处。该断层是一个可辨认的地貌特征，其表面痕迹从东南的帕尔马湾开始，一直延伸到雅库塔湾以东的努纳塔克湾(Tocher，1959)。

1958年7月9日的大地震发生在阿拉斯加东南部的费尔韦瑟断层上。在利图亚湾附近，费尔韦瑟是一条转换断层，但洋壳块体有大幅度的垂直向上运动。1899年费尔韦瑟大地震也造成了一些巨大的垂直变化。位于利图亚湾(Lituya Bay)头部的基隆(Crillon)和吉尔伯特(Gilbert)海湾及其延伸部分都被两侧的冰川覆盖，总距离为12英里，都是沿着费尔韦瑟断层(Fairweet断层)的海沟行动形成的。海湾本身和整个海湾都是海洋板块的一部分，由于1958年7月9日的地震，在这个特定的地区，海洋板块实际上上升了大约3.5英尺。断层线横跨整个基底头部。

烈度和加速度1958年7月9日在利图亚湾发生的地震与高强度的地面运动有关，导致湾头附近有很高的地面加速度。目击者的陈述证实了这一点。幸存者斯旺森(Swanson)坐在停泊在靠近海湾入口处的拉肖西口水(La Chaussee Spit)附近的一艘船上，报告说看到了整个利图亚冰川上下移动。这可能是一种视觉错觉，因为利图亚冰川在他的视线之外。然而，他可能观察到的情况可能发生在吉尔伯特海湾的另一边，那里触发了一场巨大的落石，或者当1720英尺的水花发生时，可能是冰越过了海湾西南壁的支线。

美国地质调查局(U.S.Geological Survey)的一张等轴线图显示了高烈度地震的分布，从中我们可以推断地震期间非常强烈的地面运动。据报道，XI的最大强度出现在海湾的主要部分，尽管距离断层较近，但在海湾的顶部，很有可能出现XII强度。如此高烈度的地震地面运动(修正的麦卡利尺度上的XI，XII)可能会导致高达0.75g的垂直加速度和高达1.0g的水平加速度。这样的地面加速度会导致斯旺森观测到的冰的移动。

在利图亚湾事件缺乏足够的数据来支持这些假设的情况下，可以从其他地方最近记录的大地震中进行类比。例如，高水平和垂直加速度与1994年1月17日加州北岭地震有关。这次地震虽然震级中等，但垂直加速度高达0.75g，水平加速度高达2.0g，并在圣费尔南多山谷造成了极端和意想不到的破坏。北岭地震发生在洛杉矶北部横向山脉的白狼断层上，与圣安德烈亚斯断层系统的其他部分不同，该断层主要以转换断层为特征，类似于沿费尔韦瑟断层发生的情况。

西南侧相对西北方向移动了21.5英尺，上升了3.5英尺，在克里隆湖北端以东的断层上的一点上测量到了位移(Tocher，1959)。在太平洋沿岸从斯宾塞角到圣埃利亚斯山的大片区域内，除了断层作用外，还观察到了各种各样的地质效应。其中包括土石雪崩、冰雪雪崩、泥石流和其他各种次生现象。

在20世纪，沿着夏洛特女王-费尔韦瑟断层系统还发生了另外三次重大地震。1927年，奇查戈夫岛北部发生了7.1级(ms-面波震级)地震。1949年夏洛特皇后群岛附近的另一次地震震级为8.1级(兆瓦矩震级)。1972年在锡特卡附近发生的第三次地震震级为7.4级。

过去，利图亚湾曾多次出现巨浪(Miller，1954)。著名的法国探险家拉佩鲁斯(他在1786年发现了海湾)的航海日志评论说，海湾两边没有树木和植被，就好像一切都像剃须刀片一样被砍得干干净净。其他早期的探险家也曾评论过连续的砍伐树木的线条，这表明过去的其他大型山体滑坡和洪水。据估计，在150年的时间里，利图亚湾还发生了另外五次巨浪。关于1853年或1854年可能出现巨浪的印度传说尚未得到证实。然而，在老树和1854年的修剪线上有树木学证据支持这种情况。

从1894年到1929年拍摄的剪切线的P图显示，在1854年到1916年之间至少出现了一次甚至可能是两次波浪。这些分界线在很大程度上被1936年的海浪摧毁了，在1958年的海浪之后完全消失了。利图亚湾1958年前的最后一次巨浪发生在1936年10月27日。这一事件被认为与地震无关(米勒，1960)。其发生机制尚不清楚。它可能是由落石或山体滑坡引起的。1936年的海浪将树木连根拔起，最高海拔达150米。由于利土牙湾得天独厚的地质构造条件，这样的巨浪在未来无疑还会再次出现。

1958年发生在利图亚湾的巨型海啸的震源机制一直笼罩着神秘的面纱。进行本分析的目的是审查所有拟议的机制，以确定最有可能解释利图亚湾顶部1720英尺巨浪攀升的情况。

检查利图亚湾的水深是确定水的体积是否足以解释1720英尺的第一步。挥手。1926年和1940年进行的水深测量(美国海岸和大地测量局，1942年)显示，利图亚湾的头部是一条明显的U形海沟，墙壁陡峭，地板宽阔平坦，从湾头缓缓向下倾斜，最大深度为720英尺(220米)，就在Cenotaph岛以南。从那里，斜坡向海湾的外部上升。在海湾的入口处，平均低水位时的最小深度只有33英尺(10米)。利图亚湾的外部被La Chaussee Spit包围，只有一个非常狭窄的入口，大约700-800英尺，被潮流打开。海湾的潮汐是日潮，平均范围为7英尺，最大范围约为15英尺(美国海岸和大地测量局，1957年)。海湾的U形和底部的平坦表明已经发生了广泛的沉积，但沉积层的厚度尚不清楚。吉尔伯特湾和克里隆湾的沉积物厚度也不得而知，但据信是由于不同短暂的冰期和间冰期的末期冰雹沉积造成的。

目击者的描述和随后的测量支持以下事件情景。晚上10点16分左右开始。1958年7月9日，地震发生后15-20秒内，吉尔伯特和基隆海湾的西南侧和可能的大部分底部开始相对于费尔韦瑟断层对面的利图亚湾头部的东北海岸向西北和向上移动。由于靠近震中和断层，强地面运动一定在25-30秒内达到峰值。在50到60秒内，净构造位移将整个海湾及其沿着克里昂冰川和利图亚冰川的延伸向上推了3.5英尺，在水平面上推高了21英尺，使整个海湾朝海的方向倾斜。这些构造位移得到了沿基里昂湾东南6至10英里的费尔韦瑟断层地表破碎的观测支持(Tocher和Miller，1959)。根据斯旺森的说法，利图亚湾的强烈震动持续了至少1分钟，根据乌尔里希的说法，可能长达4分钟。然而，地震震动是否像乌尔里希报告的那样持续了4分钟，这是值得怀疑的。

在最初的50-60秒内，构造位移与地面地震波较强的地面运动和较高的垂直和水平加速度相结合，削弱了位于利土牙湾顶部陡峭的东北岸边的一大片岩石。乌尔里希和斯旺森的描述都表明，几乎可以肯定的是，落石是由地震引发的。据目击者乌尔里希说，在第一次感觉到地震大约2.5分钟后，在海湾的顶部听到了震耳欲聋的撞击声，类似于爆炸。他还报告说，巨浪肯定是从吉尔伯特海湾开始的，就在地震结束前。根据他的说法，水并没有上升到1720英尺的高度，而是溅到了这个高度。然而，在他的描述中，爆炸声的时间和波的出现有些不一致。如上所述，对于这种规模的地震，地面运动的持续时间不会超过60-90秒。在爆炸声之前不会出现波。另一位目击者比尔·斯旺森(Bill Swanson)报告说，他从西山后面看到冰川骑得很高，然后一波巨浪冲刷着冰川陡峭的表面。

一直以来。

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