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“浮冰”上的家园

2020-09-03 02:22:25 知识就是力量 2020年9期

许健生 李丽

软流层运动是地震的

罪魁祸首

目前,人类还不能准确地预测地震。

地球结构示意图

这要从地球结构说起。地球科学家们经过多年的观测和研究发现:地球的结构类似于鸡蛋,从外到里大致由三个圈层构成,最外层是地壳,类似于鸡蛋的蛋壳,厚度为30~40千米,由各种各样的岩石组成;中间层是地幔,类似于鸡蛋的蛋清,平均厚度约2900千米,地幔中有一层缓慢流动的物质,称之为“软流层”,软流层的厚度约350~500千米;最里层是地核,类似于鸡蛋的蛋黄,平均厚度约3400千米。

地球科学家们认为,由于软流层中的各部分物质的物理、化学性质不同,导致软流层中的物质始终处在运动状态,由此带来了地壳运动并使地震较为集中地分布在某些地震构造带上。

全球板块构造图

众所周知,地壳和地幔上部的一部分虽被称作“岩石圈”,但它并不是“石板一块”的完整岩石圈层,而是由不同尺度的板块和断层构成的离散体系;同样,板块内部也不是完整的“石板一块”,它又由许多大小不同的地块和断层构成。断层泥(各地块之间的夹层)由黏土和岩石碎砾组成,相互之间的黏结力很小,它们是千百万年以来地壳运动的结果。显然,一块大尺度的地块是由若干小尺度的地块构成的。这些互相粘结不紧密的地块漂浮在地幔的软流层上,就像初春时节冰河解冻之后,漂浮在水面上的浮冰一样,在水流的带动下随波逐流。同样,漂浮在地幔软流层上的板块和地块也在随着地幔软流层的流动而发生运动。因此,目前地球科学家普遍认为地幔软流层运动是地震发生的主要驱动力源。

一直运动的地块

近代地震观测和研究发现,板块的边缘和地块间的断层面上是大地震最容易发生的地方,地球上绝大多数地震都发生在这里。是不是所有板块和地块的运动都会引发大地震呢?似乎并非如此。因为板块和地块运动是每时、每地都发生着的普遍现象,而大地震却是在某些地方,数十年甚至几百年才发生一次的小概率事件。

中国大陆地块和运动速度矢量图

以中国为例,中国大陆各地块在地幔软流层运动的带动下以每年3~10毫米的速度运动,这说明我们脚下的地块、我们的家园、我们的“不动产”——房子就像冰河上的浮冰一样一直在运动,只不過因“动静”太小,如果不用专门的观测仪器就无法感知它在运动。在这个运动过程中,如果各地块间运动速度一致、方向一致,有秩序地运动,各地块间的断层面上受力均衡,各地块间就会“相安无事”,不会发生地震。就像跑在高速公路上的汽车,只要各车遵守交通规则,保持同样的速度,同样的方向,各行其道,就能相安无事,不会撞车和追尾。

这种运动被称为无震滑动。如此说来,各地块如果都遵守“交通规则”,作这种无震滑动不就平安无事,不发生地震了吗?而实际情况又不完全如此。由于各地块的大小、形状和厚度各不相同,地幔软流层运动对它们的作用力不同,各地块运动时所受到的阻力不同,运动的方向也不同。不同地块会发生平动、转动和静止不动等步调不一致、不遵守“交通规则”、无秩序的运动,进而造成各地块之间的推挤和阻挡。就像冰河中的浮冰一样,会出现互相挤压、碰撞,甚至发生一块浮冰下插到另一块浮冰下,互相别撬的情况。各地块之间的这种推挤、阻挡和别撬均可造成某处作用力集中和积累,若某处作用力集中和积累到足够大,大到能克服阻挡,使地块发生错动,大到能使地块岩石层的薄弱处发生破裂,就会引发地震。

因此,要想对地震进行预测,就必须要回答在哪个地块,哪个断层上作用力正在集中和积累能量等一系列问题。然而,遗憾的是,当前地球科学无论是对地震孕育过程的认识,还是对孕育过程中物理和化学等变化的直接或间接观测都远远达不到清楚和确切的程度,还有待我们的努力。

地震的预测还任重道远