新的研究揭示-地球深处的水是如何引发地震和海

- 编辑:大众自然网 -

新的研究揭示-地球深处的水是如何引发地震和海

在一项发表在《自然》杂志上的新研究中,一个国际科学家小组首次提供了确凿的证据,直接将深层地球的水循环及其表现形式与岩浆活动和地震活动联系起来。

水(H2O)和其他挥发性物质(如二氧化碳和硫)在地球深部循环,在地球的演化过程中发挥了关键作用,包括大陆的形成、生命的诞生、矿产资源的集中以及火山和地震的分布。

俯冲带,即构造板块聚合和一个板块下沉到另一个板块之下的地方,是这个旋回最重要的部分。大量的水进出,主要是通过火山爆发。然而,究竟是如何(以及有多少)水通过俯冲而被输送,以及它对自然灾害的影响和自然资源的形成,在历史上却鲜为人知。

该研究的主要作者,布里斯托尔大学地球科学学院名誉研究员乔治·库珀博士说:“板块从最初形成的洋中脊走向俯冲带时,海水通过裂缝、断层和矿物结合进入岩石。当到达俯冲带时,下沉的板块会升温并受到挤压,导致部分或全部的水逐渐释放出来。水的释放降低了周围岩石的熔点,并产生岩浆。这些岩浆上浮并向上移动,最终导致上覆的火山弧爆发。由于熔体中含有挥发性物质,这些喷发具有潜在的爆炸性。同样的过程也会引发地震,可能会影响一些关键属性,比如地震的震级以及它们是否会引发海啸。

挥发物究竟在哪里、如何释放,以及它们如何改变宿主岩石,仍然是一个需要深入研究的领域。

大多数研究都集中在沿太平洋火环的俯冲上。然而,这项研究主要集中在大西洋板块,更具体地说,是位于加勒比海东部边缘的小安的列斯火山弧。

这是目前仅有的两个由于缓慢扩散而形成的亚管板块区域之一。我们预计,与快速扩张的太平洋板块相比,这一板块含水更广泛、更不均匀,而水释放的表现将更为明显。伦敦帝国理工学院的萨斯基亚·格斯教授说。

小安的列斯群岛中的挥发性回收(瞧)项目汇集了大量多学科的研究小组包括地球物理学家,地球化学家和geodynamicists杜伦大学,伦敦帝国理工学院,南安普顿大学、布里斯托大学、利物浦大学、卡尔斯鲁厄理工学院,利兹大学自然历史博物馆,研究所de体格du全球在巴黎,和西印度群岛大学的。

我们在詹姆斯·库克号上进行了两次海洋科学考察,临时部署了地震观测站来记录岛屿下的地震,进行了地质野外工作,对岩石样本进行了化学和矿物分析,以及进行了数值模拟,并收集了数据。库珀博士说。

为了追踪水沿着俯冲带的影响,科学家们研究了硼的组成和熔融夹杂物的同位素(火山晶体中被困的岩浆的小袋)。硼指纹图谱显示,下沉板块中的富含水的蛇纹石是小安的列斯群岛中部地区的主要水源。

通过研究这些微米尺度的测量,就有可能更好地理解大规模过程。我们的地球化学和地球物理综合数据提供了迄今为止最清楚的迹象,表明下沉板块的结构和水量与弧的火山演化及其相关危险直接相关。杜伦大学的科林·麦克弗森教授说

向下板块中最湿润的部分是存在主要裂缝(或裂缝区)的地方。通过建立岛屿下方断裂带俯冲历史的数值模型,我们发现了与地下小地震发生率和低横波速度(表明流体)的位置有直接联系。萨斯基亚教授说。

富水断裂带的俯冲历史也可以解释为什么弧形中部岛屿是最大的,以及为什么在地质历史上它们产生了最多的岩浆。

我们的研究提供了确凿的证据,证明了该周期的进水和出水部分,及其在岩浆生产力和地震活动方面的表现形式有直接联系。这可能会促使人们在其他俯冲带进行研究,以发现俯冲板块上的这种含水断层结构,从而有助于理解火山和地震灾害的模式。库珀博士说。

在这项研究中,我们发现水的变化与小地震的分布有关,但我们很想知道这种水的释放模式如何影响潜在的地震。并作为一个预警系统;对于更大的地震和可能发生的海啸,科林·麦克弗森教授说。

参考文献:可变的水输入控制着小安的列斯火山弧的演化。作者:George F. Cooper, Colin G. Macpherson, Jon D. Blundy, Benjamin Maunder, Robert W. Allen, Saskia Goes, Jenny S Collier, Lidong Bie, Nicholas Harmon, Stephen P. Hicks, Alexander A. Iveson, Julie Prytulak, Andreas Rietbrock, Catherine A. Rychert, Jon P. Davidson和VoiLA团队,2020年6月24日,Nature。

DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2407 - 5