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深度地震和国王

类别:安德鲁·劳森

2016年2月25日,


硬柱石

矿物lawsonite在高温和高压下经历脆性破坏,正如在这个样品中看到的裂缝。这种脆性可能会在俯冲带引发地震。图片:布朗大学

当加州大学伯克利分校的地质学家安德鲁·劳森在1895年发现并命名圣安德烈亚斯断层时,他不知道在21世纪,他的名字会与一些他甚至不知道存在的东西联系在一起——中等深度地震。让我们从头讲起。大约125年前,住在加州的每个人都知道我们有地震。毕竟,1868年海沃德地震导致海湾两侧的死亡和严重伤害。但只有少数人知道劳森的发现,没有人,甚至没有劳信本人,知道地震和圣安德烈亚斯的故障有任何共同之处。

1906年旧金山大地震突然改变了这种情况。大火烧毁了这座城市的大部分地区,在大火最终被扑灭几天后,劳森召集了一个由全美各地杰出地质学家组成的一流团队。他们在加州北部呈扇形展开,评估了这次大地震万博竞技造成的损失和地形变化。在他们将他们的发现发表在现在著名的“劳森报告”上之后,圣安德烈亚斯确实是“所有地震断层之母”这一事实变得清晰起来。


安德鲁·劳森

安德鲁·劳森,“国王”形象:EPS/UC Berkeley

在那份报告之后,劳森是一名自以为是和顽固的苏格兰人,成为美国地质学和UC校区的高耸的人物。在学生和教师中,他的风格赢得了他的绰号“国王”,直到他在1952年去世之前所知。事实上,劳森变得如此着名,矿物被追随他的矿物质。首先发现了这种硅酸盐,并由两个伯克利地质学生在马林县的泰国半岛附近的两个伯克利地质学生识别,该地点现在被昂贵的住所所覆盖。今天我们知道律兵只能在某些高压条件下形成。事实上,它是俯冲区的常见矿物,其中岩石柱,它构成了地球上层,深入地球的地幔。

现在我们终于可以把上面提到的中等深度地震联系起来了。它们发生在地球表面下200英里的俯冲带。与地壳中最常见的典型浅层地震相比,深层地震根本不应该发生。上地幔的温度达到了几千华氏度。即使在上覆岩层施加的压力下,岩石也会变得像橡皮泥一样柔软,或者在这种温度下以岩浆的形式完全熔化。脆性断裂,浅层地震的原因,根本不可能发生在这种延展性的岩石。

如果是这样的话,那么这些中等深度的地震是如何产生的呢?很长一段时间以来,这都是地震学的一个谜。现在,来自罗德岛布朗大学的两位研究人员冈崎圭西(Keishi Okazaki)和格雷格•赫斯(Greg Hirth)找到了一个貌似合理的答案。秘密在于,水占了劳森特水晶重量的11%左右。当板块沿俯冲带向下滑动时,就会越来越深地埋在地幔中,外部压力会增加,并在某一点上将矿物质中的水挤出来。当两位研究人员在实验室的压机中模拟这些条件时,他们发现一旦脱水,lawsonite就会变得脆弱,并开始形成裂缝。冈崎和赫斯在最近发表在《自然》杂志上的一篇研究论文中指出,这些裂缝是神秘地震的原因。“国王”会很高兴地知道地震学中另一个长期存在的谜题似乎已经被解决了。(hra117)

有关lawsonite的研究论文可以找到在这里