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深层地震的新线索可能有助于揭示地球上最神秘的地球物理过程之一

时间：2022-04-14 11:25:05 来源：


人们对地球以下300多公里处发生的地震知之甚少。加州大学戴维斯分校的地球物理学家Magali Billen对俯冲带下沉的构造板中的应力进行了建模。在此视频中，下沉板上的黄色区域显示了最有可能发生深地震的地方，因为该板既坚固又迅速变形。这项工作可以解释为什么地震会聚集在一定深度，并导致人们更好地了解深层地震的成因。

对我们星球最深地震的新认识可能有助于揭示地球上最神秘的地球物理过程之一。

深地震-至少在地表以下300公里处-通常不会造成破坏，但通常会引起广泛的关注。这些地震可以为了解板块构造和地球内部结构提供重要线索。由于发生深部地震的极高温度和压力，它们可能源于与地表附近地震不同的物理和化学过程。但是很难收集有关深层地震的信息，因此科学家对造成地震的原因没有确切的解释。

加州大学戴维斯分校地球与行星科学系地球物理学教授马加利·比伦（Magali Billen）说：“我们无法直接看到发生深地震的情况。”

是什么引起了深地震？

Billen建立了一个俯冲带的数值模拟，其中一个板块陷于另一个板块之下，以更好地了解控制板块构造的力。她最近的工作有助于解释深层地震的分布，表明深层地震最常发生在下沉的构造板块弯曲和褶皱的“高应变”区域。

她说：“这些模型提供了令人信服的证据，表明应变率是控制发生深度地震的重要因素。”

比伦说，对变形是深层地震的主要因素的新认识应有助于科学家解决触发深层地震的机制，并为俯冲带的结构和动力学提供新的约束。

她说：“一旦我们更好地理解了深层地震物理学，我们将能够提取出更多有关俯冲动力学的信息，俯冲是板块构造的关键驱动力。”

她的发现发表在今日（2020年5月27日）的《科学进展》杂志上。

研究深部地震的新方法

深地震发生在俯冲带中，在其中一个构造板块漂浮在地球表面，在另一个之下，然后被“俯冲”到地幔中。在下沉的地壳平板中，地震在某些深度聚集，而在其他深度则稀疏。例如，许多平板在410公里深度以下的地震活动中显示出较大的缝隙。

比伦说，地震活动的缝隙与平板中在数值模型中变形较慢的区域对齐。

“变形在板中的每个地方都不相同，”比伦说。“这真的是这里的新内容。”

Billen的研究最初并非旨在调查深地震。相反，她试图了解深海沟的来回缓慢运动，在俯冲带板块向下弯曲。

她说：“我出于好奇而决定绘制板中的变形，当我查看该图时，脑海中浮现的第一件事是'哇，这看起来像是深层地震的分布。”“这真是令人惊讶。”

模仿地球深处

Billen的模型结合了有关现象的最新数据，例如矿物的密度，下沉板中的不同层以及岩石在高温和高压下的行为的实验观察。

“这是第一个真正将物理方程式组合在一起的模型，该方程式描述了板的下沉和岩石的关键物理特性，” Billen说。

结果无法区分深地震的可能原因。然而，比伦说，它们确实提供了探索导致它们的原因的新方法。

她说：“考虑到应变率的额外约束，应该有助于解决俯冲岩石圈中哪些机制是活跃的，并可能需要多种机制。”

该项目得到了亚历山大·冯·洪堡基金会（Alexander von Humboldt Foundation）的研究金和国家科学基金会（National Science Foundation）的奖励。地球动力学计算基础架构支持用于数值模拟的CitcomS软件。

参考：Magali I. Billen于2020年5月27日在《科学进展》杂志上发表的文章《过渡带变形速率所限制的深层板岩地震活动》。
10.1126 / sciadv.aaz7692


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