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工程学专家揭示深层地震的奥秘

有一种地震发生在地表以下400~700公里的深处,震级可以高达里氏8.3级。科学家一直不明白这样的地震是如何产生的。近期一份研究终于揭示了这种地震的成因。

工程学专家揭示深层地震的奥秘深层地震的震源位于地幔层,那里压力相当高。科学家在1929年第一次探测到这种地震,自那以后一直在探索究竟是什么样的机制才会造成这样的地震。一开始研究人员以为是高压产生的内部爆炸,那么就一定会产生压力波。可是,这种地震产生的震波却是剪力地震波,研究人员无法解释高压热点和剪力震波之间的联系。所谓剪力,就是两股方向错开的作用力。现在圣地亚哥加利福尼亚大学(UC San Diego)工程学教授马肯斯科夫(Xanthippi Markenscoff)终于找到了其成因。工程学专家揭示深层地震的奥秘科学家知道地下400~700公里的高压环境可以把橄榄石(Olivine)变成尖晶石(spinel)。这个过程有点像碳在地幔层会变成钻石一样。由于尖晶石密度比橄榄石高得多,如果一个区域大量橄榄石不断变形成为尖晶石,这个区域的体积将大幅缩小,会形成一种“变形断层”(transformational faulting)。马肯斯科夫发现这种变形断层正是引发深层地震的主要原因。大量橄榄石转变成尖晶石的区域也叫变形区。马肯斯科夫利用电脑模型研究发现,这种区域在体积缩小后将变成“煎饼”一样扁平的形状。这种形状让这个区域只需最少的能量,就可以在还没转化成尖晶石的区域内移动,并且不断让更多的橄榄石变成尖晶石,使得这个区域不断增大。这样扁平的区域在移动过程中导致的地震,就会产生剪力地震波。在这份研究之前,科学家都以为这样的区域是球状的扩展方式,所以无法解释如何产生剪力地震波。工程学专家揭示深层地震的奥秘马肯斯科夫还提到,扁平变形区内部,粒子不会移动,也没有动能,所以这个区域可以辐射出最大的能量。这就解释了为什么这种地震产生的震波可以传到地面,而不是消逝在地球的内部。这份研究2月27日发表于《固体力学与固体物理学杂志》(Journal of the Mechanics and Physics of Solids)。

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