從地殼到液態地幔，貫穿岩石的裂縫和孔隙就像通道和空腔，聲音可以透過它們產生共鳴。麻省理工學院的科學家發現，我們腳下的聲音有著相當穩定性的指紋。如果你能沉入地殼，只要仔細傾聽，就會聽到沿途的轟鳴聲和劈啪聲。貫穿岩石的裂縫、孔隙和缺陷就像琴弦，在受到擠壓和壓力時會產生共鳴。

麻省理工學院的地質學家小組發現，這些聲音的節奏和步伐可以告訴你周圍岩石的深度和強度。

麻省理工學院地質學家馬泰伊-佩奇（Matěj Peč）說：「如果你在傾聽岩石的聲音，它們會以越來越高的音調歌唱，你走得越深，它們的音調就越高。”

佩奇和他的同事們正在傾聽岩石的聲音，看看在不同壓力下是否會出現聲學模式或”指紋”。在實驗室研究中，他們發現大理石樣本在低壓下會發出低音調的”轟鳴聲”，而在高壓下，岩石會發出高音調的”雪崩”聲。

EzoicPeč說，岩石中的這些聲學模式可以幫助科學家估計地殼隨著深度的增加而出現的裂縫、裂隙和其他缺陷的類型，然後他們可以利用這些聲學模式來識別地表以下的不穩定區域，這些區域有可能發生地震或火山爆發。該團隊的研究成果於10月9日發表在《美國國家科學院院刊》上，也有助於為勘測人員鑽探再生地熱能源提供資訊。

佩奇是麻省理工學院地球、大氣和行星科學系（EAPS）的助理教授。他表示，總的來說，這是基礎科學，可以幫助我們了解岩石圈最堅固的地方。

佩奇在麻省理工學院的合作者包括主要作者和研究科學家霍吉-O-加法裡（Hoagy O. Ghaffari）、技術助理烏爾里希-莫（Ulrich Mok）、研究生希拉里-張（Hilary Chang）和地球物理學榮譽教授布萊恩-埃文斯（Brian Evans）。合著者、前EAPS 博士後Tushar Mittal 現為賓州州立大學助理教授。

斷裂與流動

人們常把地殼比喻成蘋果皮。地殼最厚時可達70 公里（45 英里）深–僅佔地球總直徑12700 公里（7900 英里）的一小部分。然而，構成地球薄薄地殼的岩石在強度和穩定性方面卻大相逕庭。地質學家推斷，地表附近的岩石比較脆，很容易斷裂，而更深處的岩石則不同，那裡巨大的壓力和來自地核的熱量可以使岩石流動。

岩石在地表是脆性的，而在深處則更具延展性，這意味著一定存在一個中間階段–在這個階段中，岩石從一種向另一種過渡，可能同時具有兩種特性，既能像花崗岩一樣斷裂，又能像蜂蜜一樣流動。這種”脆性到韌性的過渡”還不十分清楚，不過地質學家相信，這可能是地殼中岩石最堅固的地方。

佩奇說：『這種部分流動、部分斷裂的過渡狀態非常重要，因為我們認為岩石圈強度的頂峰就在這裡，也是最大地震的核心所在。但我們對這種混合模式行為還沒有很好的把握。”

他和他的同事正在研究岩石的強度和穩定性——無論是脆性、韌性還是介於兩者之間–是如何根據岩石的微觀缺陷而變化的。微觀裂縫、裂隙和孔隙等缺陷的大小、密度和分佈可以決定岩石的脆性或韌性。

但是，在模擬地球各種壓力和深度的條件下測量岩石的微觀缺陷並非易事。例如，目前還沒有一種視覺成像技術能讓科學家看到岩石內部，並繪製出岩石的微觀缺陷圖。因此，研究小組求助於超音波，他們認為，任何聲波穿過岩石時，都會在任何微小的裂縫和縫隙中反彈、振動和反射，並以特定的方式顯示出這些缺陷的形態。

所有這些缺陷在受力移動時也會產生自己的聲音，因此，透過主動探測岩石和聆聽岩石的聲音都能為他們提供大量資訊。他們發現，這個想法應該可以在兆赫茲頻率的超音波中實現。

佩奇解釋說：「這種超音波方法類似於地震學家在自然界中所做的工作，但頻率要高得多。這有助於我們了解這些岩石變形過程中在微觀尺度上發生的物理現象” 。

在實驗中，研究團隊測試了卡拉拉（義大利地名）大理石的圓柱體。

佩奇指出：”卡拉拉大理石與米開朗基羅的《大衛》是同一種材料。這是一種非常明確的材料，我們很清楚它應該做什麼。”

研究小組將每個大理石圓柱體放置在一個類似老虎鉗的裝置中，該裝置由鋁、鋯和鋼活塞製成，這些材料結合在一起可以產生極大的應力。他們把鉗子放在一個加壓室中，然後讓每個圓柱體承受與岩石在整個地殼中所承受的壓力類似的壓力。

在緩慢碾壓每塊岩石的過程中，研究團隊透過樣本頂部發送超音波脈衝，並記錄從底部傳出的聲波模式。當感測器不發出脈衝時，他們就在傾聽任何自然發生的聲音發射。

他們發現，在壓力範圍的低端，也就是岩石較脆的地方，大理石確實會突然斷裂，聲波就像巨大的低頻轟鳴聲。在岩石延展性較好的最高壓力下，聲波類似音調較高的劈啪聲。研究小組認為，這種劈啪聲是由被稱為位錯的微小缺陷產生的，然後像雪崩一樣擴散和流動。

佩奇說：”我們首次記錄了岩石在脆性向韌性轉變過程中變形時發出的’噪音’，並將這些噪音與導致噪音的單一微觀缺陷聯繫起來。我們發現，這些缺陷在跨越這一轉變時，其尺寸和傳播速度會發生巨大變化。這比人們想像的要複雜得多。”

研究小組對岩石及其缺陷在不同壓力下的特徵描述，可以幫助科學家估計地殼在不同深度的表現，例如岩石在地震中可能如何斷裂，或在噴發中如何流動。

「當岩石部分斷裂、部分流動時，如何反饋到地震週期中？這又如何影響岩漿在岩石網絡中的流動？」佩奇說。”這些都是可以透過類似的研究來解決的更大規模的問題。”