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科学家探测到地球表面下751公里深处有史以来最深的地震 。
如上图所示:小笠原群岛是伊豆-小笠原-马里亚纳地质弧的一部分 。 这个弧线位于俯冲带之上 , 太平洋板块在这里缓慢地潜入菲律宾海板块之下 。
这个深度使得地震发生在地幔下部 , 地震学家认为在那里地震是不可能发生的 。 这是因为在极端的压力下 , 岩石更有可能弯曲和变形 , 而不是在突然释放能量时破裂 。 但没有参与这项研究的内华达大学拉斯维加斯分校岩土材料教授帕梅拉·伯恩利(Pamela Burnley)却认为 , 矿物的表现并不总是完全如预期的那样 。 即使在压力下 , 它们应该转变成不同的、不那么容易发生地震的国家 , 它们也可能停留在旧的结构中 。
伯恩利表示:“仅仅因为他们应该改变 , 并不意味着他们会改变 。 ”那么 , 地震可能揭示的是 , 地球内部的界限比人们通常认为的更为模糊 。
越过边界
今年6月 , 美国《地球物理研究快报》首次报道了此次地震 , 它是2015年日本本土附近小笠原群岛7.9级地震的轻微余震 。 由亚利桑那大学地震学家埃里克·基瑟(Eric Kiser)领导的研究人员利用日本的Hi-net地震台阵列探测到了这次地震 。 没有参与这项研究的南加州大学地震学家约翰·维达尔(John Vidale)谈到 , 这种阵列是目前使用的最强大的地震探测系统 。 地震很小 , 在地表无法感觉到 , 因此需要用灵敏的仪器来探测 。
如上图所示:地球的结构图 。
维达尔认为:“地震的深度还需要其他研究人员的证实 , 但这一发现看起来是可靠的 。 他们做得很好 , 所以我倾向于认为这可能是正确的 。 ”
这地震有点让人挠头 。 绝大多数地震都是浅层地震 , 起源于地表以下100公里内的地壳和上地幔 。 地壳平均向下延伸约20公里 , 而岩石又冷又脆 。 伯恩利说 , 当这些岩石受到压力时 , 它们在断裂前只能稍稍弯曲 , 就像螺旋弹簧一样释放能量 。 在地壳深处和地幔下部 , 岩石温度更高 , 承受的压力也更高 , 这使得它们不太容易破裂 。 但在这个深度 , 当高压挤压岩石中充满流体的孔隙 , 迫使流体流出时 , 地震就会发生 。 伯恩利说 , 在这些条件下 , 岩石也容易脆性断裂 。
这种动力学可以解释深达400公里的地震 , 而这仍然是上地幔 。 但即使在2015年的博宁余震之前 , 就已经观测到下地幔中有地震 , 其深度约为670公里 。 伯恩利认为 , 这些地震一直以来都很神秘 。 岩石中含有水分的孔隙被挤压封闭了 , 所以流体不再是触发因素 。
她还说:“在那个深度 , 我们认为所有的水都应该被冲走 , 我们肯定离能看到经典脆性行为的地方很远很远 。 这一直是个两难的问题 。 ”
改变矿物
【航天器|科学家认为:探测到的751公里最深地震,本应是不可能发生的】深度超过400公里的地震的问题与矿物在压力下的活动方式有关 。 这颗行星的地幔大部分是由一种叫橄榄石的矿物组成的 , 这种矿物有光泽 , 呈绿色 。 在海底400公里处 , 压力导致橄榄石的原子重新排列成一种不同的结构 , 一种蓝色的矿物 , 叫做瓦德斯莱石 。 再往深处100公里 , 瓦德斯莱岩重新排列成林伍德石 。 最后 , 在地幔深处约680公里处 , 林伍德石分解为两种矿物:布氏岩和方镁石 。 当然 , 地球科学家不能直接探测到地球那么深的地方 , 但他们可以使用实验室设备来重现极端的压力 , 并在地表产生这些变化 。 由于地震波在不同矿物相中的移动方式不同 , 地球物理学家可以通过观察大地震引起的振动来观察这些变化的迹象 。
如上图所示:地幔的大部分是由矿物橄榄石组成的 。
最后的过渡标志着上地幔的结束和下地幔的开始 。 关于这些矿物相 , 重要的不是它们的名称 , 而是它们的行为不同 。 伯恩利说:“它类似于石墨和钻石 。 ”两者都由碳构成 , 但排列方式不同 。 石墨是稳定在地球表面的形态 , 而钻石是稳定在地幔深处的形态 。 这两种材料的表现非常不同:石墨是柔软的、灰色的、光滑的 , 而钻石则是极其坚硬和透明的 。 随着橄榄石向高压阶段转变 , 它更有可能弯曲 , 而不太可能断裂 , 从而引发地震 。
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