賓州州立大學和布朗大學的科學家認為，來自古代俯衝帶（構造板塊相互碰撞並被迫壓在另一塊區域）的岩石可以改善對這些區域在重大地震間隔期間行為的預測。

研究人員在《科學進展》雜誌上報道說，來自阿拉斯加和日本岩層的線索使科學家能夠開發出一種新模型來預測俯衝帶的壓力溶液活動。沉積岩由被含水孔隙包圍的顆粒組成。當岩石在巨大壓力下擠壓在一起時，顆粒在其邊界溶解到孔隙中的水中，形成壓力溶液。這使得岩石變形或改變形狀，從而影響構造板塊如何相互滑動。

「這就像當你去滑冰時——表面的刀片最終會融化冰，這讓你可以滑行，」通訊作者、賓州州立大學地球科學教授唐納德費雪說。“在岩石中，發生的情況是石英顆粒在受力接觸處溶解，溶解的材料移動到裂縫並在那裡沉澱。”

世界上最強烈的地震發生在俯衝帶，其中一個板塊滑向另一個板塊下方。當這些板塊黏在一起時，地殼中就會產生壓力——就像橡皮筋被拉伸一樣。當產生足夠的應力來克服將板塊固定在一起的摩擦力時（就像橡皮筋斷裂一樣），就會發生地震。

「我們已經證明，壓力溶解是俯衝帶震間期的基本過程，」費雪說。“這種壓力溶液的出現確實會影響震源區不同部分所累積的彈性應變的大小。”

最新研究表明，如圖所示的岩石露頭中的剪切（或由應變引起的斷裂）可能為俯衝帶大地震之間發生的構造提供新的線索。相機鏡頭顯示了岩石特徵的規模。圖片來源：唐納德費雪提供

費雪說，壓力溶液很難在實驗室中探索，因為它通常在數千到數百萬年的時間內非常緩慢地發生。在實驗室中加快這個過程需要更高的溫度，這會導致岩石發生其他變化，進而影響實驗。

科學家轉而研究曾經經歷過這些構造壓力、後來透過地質過程帶到地表的岩石。科學家表示，這些岩石顯示出微觀剪切力，即應變引起的斷裂，其中包含的紋理為壓力溶解提供了證據。

費雪說：「這項工作使我們能夠測試流動定律或模型，它描述了曾經位於板塊邊界並已被挖掘到地表的古代岩石中的壓力溶解速率。我們可以將其應用於今天正在變化的活躍利潤率。”

另一組科學家先前的研究將岩石所承受的壓力與應變率（或它們的變形程度）連結起來。在這項新工作中，費雪和他的同事、布朗大學教授格雷格·赫斯創建了一個更詳細的模型，該模型考慮了岩石的粒度和溶解度等因素，或者有多少岩石材料可以溶解到液體中。

「我們能夠以一種以前從未做過的實用方式將溶解度參數化為溫度和壓力的函數，」費雪說。“所以現在我們可以輸入數字——不同的晶粒尺寸、不同的溫度、不同的壓力，並從中得到應變率。”

這些結果可以幫助揭示在發震層（大多數地震發生的深度範圍）中發生應變的位置。

研究人員將他們的模型應用於卡斯卡迪亞俯衝帶，這是一條從加州北部一直延伸到加拿大的活斷層，途經俄勒岡州波特蘭、西雅圖和不列顛哥倫比亞省溫哥華等主要城市。

科學家表示，板塊邊界沿線的溫度和應變變量都得到了很好的研究，他們的模型結果與基於衛星觀測的地殼運動相符。

「卡斯卡迪亞大地震是一個很好的例子，因為它處於震間期的晚期——距離上次大地震已經過去了300 年，」費雪說。“我們一生中可能會經歷一次，這將是北美可以預見的最大的自然災害，因為有可能發生地震並引發海嘯。”

編譯自: ScitechDaily