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(xiǎn)。同時(shí)，河流清除滑坡沉積物的過程對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)定，是一項(xiàng)國(guó)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(guó)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(guó)際團(tuán)隊(duì)，針對(duì)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(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)（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(cè)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(duì)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(jiǎn)單的、易監(jiān)測(cè)的細(xì)顆粒沉積物通量和組成變化，本研究在國(guó)際上首次定量評(píng)價(jià)了地震后河床沙這類粗顆粒沉積物通量及其長(zhǎng)期變化。研究團(tuán)隊(duì)指出，這種大規(guī)模河床沙搬運(yùn)對(duì)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(xiǎn)等。該項(xiàng)成果給我們的啟示是，地震發(fā)生是瞬時(shí)的，但它們引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)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(gè)區(qū)域的生態(tài)與社會(huì)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(guó)自然科學(xué)基金和國(guó)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(cè)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