想象一下:在距離你腳下600多公里——相當于堆疊70多座珠穆朗瑪峰那么深的地方——巖石竟然也會像瓷器一樣發生破裂,引發地震!這聽起來似乎有點魔幻?但在地幔中確實存在著“深源地震”!而解開這個地球深部地震謎題的關鍵,就藏在一張著名的全球“拼圖”——板塊構造圖,以及一條名為“和達-貝尼奧夫帶”的神秘傾斜帶上!
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圖:地球分層與各圈層物理特征
#地球的拼圖與一場關鍵“辯論”
熟悉地學的朋友們對全球板塊分布圖一定不陌生。1968年,法國科學家勒皮雄將地球堅硬的“外殼”(巖石圈)劃分為六大塊,并指出板塊邊界并非簡單的大陸邊緣,而是海嶺、島弧和巨大斷裂帶。這就是板塊構造學說的開端。
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但科學革命從來就不是一蹴而就的!板塊學說能最終勝出(擊敗了如“地球膨脹說”等對手),一個決定性證據就是確認了“俯沖帶”的存在。簡單說,即地球表面積基本不變,而海底又在不斷擴張,那老的海底去哪了?答案就是:它像巨大的傳送帶一樣,俯沖鉆進了相鄰板塊之下!而證明這種“俯沖”真實發生的“鐵證”,正是我們今天的主角——和達-貝尼奧夫帶,以及發生在其中的深源地震!
#顛覆認知的難題:地幔中也能地震?
早期的地震學家有個根深蒂固的觀念:地震只發生在地表附近幾公里深處,就像瓷器在壓力下碎裂。再往深處,高溫高壓會使巖石變得像橡皮泥一樣柔韌(塑性變形),只會緩慢流動,而不會突然破裂引發地震。
然而,從70年代開始,觀測數據不斷“打臉”:構造地震也能發生在深達650公里的地幔中!這簡直不可思議——在那個深度,壓力巨大,溫度極高,巖石理應“軟綿綿”才對,怎么可能像淺層巖石一樣“脆生生”地斷裂呢?這個矛盾,成了當時地震學界的重大懸案。
#年輕天才的突破:和達清夫的發現
當時,地震頻發的日本建立了世界最先進的地震臺網。1920年代,年僅25歲的日本氣象廳雇員和達清夫,利用這些寶貴數據和新的地震深度測定方法,仔細分析地震波(尤其是P波和S波到達的時間差)和震動強度分布。
他敏銳地發現異常:有些地震,即使在震中正上方,P波和S波到達的時間間隔也很長;同時,它們的震動強度峰值不高,但震感影響范圍卻較大。這些特征都指向一種結論:這些地震的源頭,不在淺處,而是深埋于地下數百公里!
1935年,和達清夫繪制了一幅里程碑式的圖件:展示了日本附近地震位置及震源深度的分布。結果發現:震源并非雜亂無章,而是沿著一條傾斜的平面,從日本東海岸向西,深度穩定增加。他大膽推測:地殼中存在一個傾斜的“軟弱面”,地震更容易沿著這個斜面發生。
#貝尼奧夫的接力:解密“俯沖賽道”
時間來到1940年代末及以后,美國地震學家雨果·貝尼奧夫接力研究這一現象。他進行了更廣泛深入的分析,并給出了革命性的科學解釋:
深源地震帶 = 俯沖帶:這些傾斜分布的地震帶,正是大洋板塊俯沖到相鄰大陸板塊之下的鐵證!
全球性規律:深源地震幾乎都出現在深水大洋的邊緣,它們被限制在一條從地表一直傾斜延伸到600多公里深度的狹窄帶內。
命名:為紀念兩位先驅,這條揭示板塊俯沖軌跡的傾斜地震帶,被命名為和達-貝尼奧夫帶(簡稱貝尼奧夫帶)。
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#板塊學說的“定海神針”
和達-貝尼奧夫帶的存在,為板塊構造學說提供了最直接、最關鍵的證據之一。
板塊運動的拼圖:板塊學說描繪了這樣一幅圖景:板塊從大洋中脊新生、擴張;在匯聚邊界(通常是海溝),一個板塊(通常是較重的海洋板塊)俯沖插入另一個板塊之下,向下潛入地幔。這就像是地球表面進行的一場規模宏大的“板塊跳水比賽”。
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圖:軟流層對流循環示意圖
和達-貝尼奧夫帶:俯沖板的“骨架”:俯沖下去的板塊(稱為俯沖板片)溫度比周圍地幔低很多,因此它更冷、更硬、更脆(就像一塊冷卻的鋼片插入熔爐)。貝尼奧夫帶清晰地勾勒出了這個俯沖冷板片的形狀和位置。深源地震并非發生在“軟綿綿”的正常地幔中,在俯沖過程中,板片內部相對低溫且剛性更強,依然能積累應力并發生脆性破裂。
最令人驚嘆的是,和達清夫和貝尼奧夫對這條帶的發現和解釋,比板塊構造學說正式提出并確立超前了20多年!他們基于地震觀測數據的大膽假設和深刻洞察,為后來理解地球動力學的革命性理論鋪平了道路。

參考文獻:
地震淺說(作者:陳運泰);
普通地質學(作者:舒良樹);
地震的分類(陳運泰等);
深源地震(Cliff Frohlich);
中國及其周鄰地區中深源地震的活動特征分析(方煒等);
深源地震的余震序列及其破裂機制(A.Viens)
圖件:來源于網絡


撰文/編輯:熊丹
一審:盛馨逸
二審:簡益波
終審:劉小龍
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