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压力之下不稳定的未来



作者:蒂姆·崔得戈尔德

长期以来,地质学家一直梦想能预测地震,澳大利亚的一支研究团队或许能让我们距离这个目标更进一步。

这一最新进展的关键在于更深入地了解形成南美洲安第斯山脉的巨大力量,以及对山脉形成过程中神秘时间差的潜在解释。

到目前为止,对于导致地球上层(即地壳)产生断层的构造板块内部运动,地质学家已经有了相当程度的了解。

安第斯山脉是在南美大陆下方移动的海洋板块(称作“纳斯卡板块”)的标准样本;这是一种肉眼无法察觉的“俯冲”运动,但它的强大力量造就了绵延7,000公里的山脉,其中段有一个不寻常的凸起,即玻利维亚山弧(山脉中一段明显的弯曲或变形)。

但是,如果板块构造真的那么容易了解,又如何解释纳斯卡板块的俯冲过程始于1.25亿年前,而安第斯山脉的形成历史却只有4,500万年?

“对于这段8,000万年的时间差,一直没有令人满意的解释。”蒙纳士大学地质学院的研究员法比奥·卡皮塔尼奥博士说。

“小的时间差——比如说1,000万年——还容易解释,但面对如此巨大的时间差,就必须换一种思考方式,这也是我们一直在做的的工作:用物理学而非地质学来寻找答案”。

凭借这种思考方式,卡皮塔尼奥博士提出了三维数值俯冲模型,用于解释在纳斯卡板块开始插入南美洲下方的海沟处,板块为何移动得如此缓慢。该模型利用海沟处随年龄而变化的板块厚度,计算出了山系的形态(山脉形状),结果与我们在南美洲看到的完全一致。

“我们用该模型预测构造板块的活动,再与安第斯山脉过去6,000万年的实际数据加以对比,二者完全吻合。”卡皮塔尼奥博士说。

这意味着研究者第一次可以利用了一个可靠的计算机模型,来预测山脉形成的力量,而这正是导致地震的主要原因。

卡皮塔尼奥博士正与罗马第三大学、加泰罗尼亚理工大学和加州大学圣迭戈分校的研究者合作,将该模型应用于其他构造板块俯冲区,首先是研究印度次大陆,以及它在世界最高峰喜马拉雅山的形成中扮演的角色。

“要说我们能预测某次地震的确切时间,那是吹牛,不过,放在动辄以数百万年计算的地质时间中来看,则我们可以预测地壳的哪些区域容易发生地震,以及可能发生地震的大概时间。”卡皮塔尼奥博士说。

“不过我们确实比以前更加了解推动构造板块的力量,这将有助于预测板块的漂移及后果——山脉形成、海洋开合和地震。”

卡皮塔尼奥博士及其合作者的研究成果以来信的方式发表在2011年12月的《自然》杂志上。

这篇文章像其他科学报告一样准确地说明了一个问题:推动纳斯卡板块俯冲的力量累积了数千万年,直至达到某个临界点,然后以一系列活动相对较快地释放出来,将安第斯山脉推高,形成了不完整的玻利维亚山弧——证明该模型的可靠性。

事实上,卡皮塔尼奥博士的研究团队应用了物理定律来设计安第斯山脉的形成模型,并加入了推动山脉耸起的力量之间的时间差。之后研究者证明,该模型与地质状况相吻合。

卡皮塔尼奥博士说,虽然他是研究地理的,但在设计这个三维模型时,他抛开了地理学。

“这个模型完全独立于实际地质状况,结果二者却能吻合。这是一种方法上的创新。具体来说,这种物理学方法就是先让力量达到平衡,然后观察模型如何演变。”

在实际应用方面,卡皮塔尼奥博士称这个模型将人们对重大地球运动的理解提升到了新的高度。“传统方法只是描述发生过什么事......有过多少次地震、释放的是什么力量、板块移动了多少等。但我们不知道它会移向何方。”

“现在有了这个模型,我们已经证明一切吻合,因为我们了解到的变形情况与模型吻合。我们无法测量这些力量,但我们可以测量运动和变形,因此,我们可以推测这些力量的动态。”

正因为如此,我们距离预测地震的目标又近了一步。

蒙纳士社交媒体

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