有一種地震發生在地表以下400 ~ 700 公里的深處, 震級可以高達裏氏8.3 級。科學家一直不明白這樣的地震是如何產生的。

近期一份研究終於揭示了這種地震的成因。

深層地震的震源位於地幔層,那裏壓力相當高。科學家在1929年第一次探測到這種地震,自那以後一直在探索究竟是甚麼樣的機制才會造成這樣的地震。一開始研究人員以為是高壓產生的內部爆炸,那麼就一定會產生壓力波。可是,這種地震產生的震波卻是剪力地震波,研究人員無法解釋高壓熱點和剪力震波之間的聯繫。所謂剪力,就是兩股方向錯開的作用力。

現在聖地牙哥加利福尼亞大學(UC San Diego)工程學教授馬肯斯科夫(Xanthippi Markenscoff)終於找到了其成因。

科學家知道地下400 ~ 700公里的高壓環境可以把橄欖石(Olivine)變成尖晶石(spinel)。這個過程有點像碳在地幔層會變成鑽石一樣。

由於尖晶石密度比橄欖石高得多,如果一個區域大量橄欖石不斷變形成為尖晶石,這個區域的體積將大幅縮小,會形成一種「變形斷層」(transformational faulting)。馬肯斯科夫發現這種變形斷層正是引發深層地震的主要原因。

大量橄欖石轉變成尖晶石的區域也叫變形區。馬肯斯科夫利用電腦模型研究發現,這種區域在體積縮小後將變成「煎餅」一樣扁平的形狀。這種形狀讓這個區域只需最少的能量,就可以在還沒轉化成尖晶石的區域內移動,並且不斷讓更多的橄欖石變成尖晶石,使得這個區域不斷增大。

扁平變形區輻射出最大能量 使地震震波傳到地面

這樣扁平的區域在移動過程中導致的地震,就會產生剪力地震波。在這份研究之前,科學家都以為這樣的區域是球狀的擴展方式,所以無法解釋如何產生剪力地震波。

馬肯斯科夫還提到,扁平變形區內部,粒子不會移動,也沒有動能,所以這個區域可以輻射出最大的能量。這就解釋了為甚麼這種地震產生的震波可以傳到地面,而不是消逝在地球的內部。

這份研究2 月27 日發表於《固體力學與固體物理學雜誌(Journal of the Mechanics and Physics of Solids)。◇

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