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水的运移：从深海到火山
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资料来源：ScienceDaily (Dec. 20, 2010)
编译：马志飞
当大洋板块俯冲进入大陆板块之下时，它携带了大量的水进去。这些水在板块边缘的火山活动中起到关键作用。德国Kiel的Collaborative Research Centre (SFB) 574的一个研究小组第一次追踪到了海底以下120千米的水的运移。这对于我们了解环太平洋火山带频繁的火山活动具有重要意义。
很显然，水火难容，但是水与火之间却有着密切的联系。科学家们已经知道：许多火山喷发需要大量的水。在上地幔，水的存在降低了岩石的熔点，因此，岩石就能很快融化并以岩浆的形式运移到地表。在大洋板块和大陆板块的碰撞地带，大量的水也一并进入到地球内部。
这个区域，我们称之为俯冲带，能够在拉丁美洲和南美洲的西海岸被发现。通过板块碰撞过程中产生的大量裂缝，水就源源不断地渗透到地球深部，其中一部分进入到地幔中。在那里，高温、高压的条件又将水挤压回到地表。在从地球深部返回的途中，水就促进了岩浆的形成。因此，在大陆边缘所有的俯冲带都具有火山频繁爆发的典型特点。
“目前，我们知道被携带进入到地幔中的水量是巨大的，而后它又以火山喷发的形式被释放。然而，水进入到地幔并返回到地表的确切路径还没有反映出来，” 从事该项研究的地球物理学家Tamara Worzewski表示。这项研究的合作者包括来自德国基尔克里斯汀－阿尔布雷希大学莱布尼茨海洋科学研究所的Marion Jegen博士、 Heidrun Kopp教授、柏林自由大学的Heinrich Brasse博士和哥斯达黎加的Waldo Taylor博士。
该研究成果发表在近期的《自然 地球科学》（Nature Geoscience）杂志上。在研究中，他们采用了大地电磁法，利用特殊的仪器通过地表测量到的地面电导率的分布从而得到地球电磁场的变化。“在陆地上，这种方法已经成功地使用了很长一段时间，但是在海底，它的应用才刚刚开始。不过，深海探测确实困难得多，” Jegen博士解释说。Jegen博士还在德国SFB 574领导着一个大地电磁方面研究的工作组，并还创建了大地电磁在海洋中的应用方法。
2007年和2008年，科学家们在哥斯达黎加海岸附近的俯冲带上布设了一系列的探测仪器。测量范围从海岸带以外200公里到内陆160公里。“这些仪器的陆上部分由柏林自由大学提供，在德国Kiel开发的新仪器现在也在海底使用当中，” Marion Jegen博士说。正是有了这些最新的数据，Tamara Worzewski和她的合作者才能够第一次看到俯冲带之间的水循环。
“我们认为，目前我们所发现的这种水循环在全球范围内的俯冲带广泛存在，” Worzewski说。不过，更纤细的过程需要更进一步的研究来证实。
阅读链接：
新西兰的俯冲带：动摇地球只需加水
ScienceDaily (Aug. 5, 2009)
编译/马志飞
新西兰是世界上最年轻的俯冲带之一，在那里，太平洋板块俯冲到澳洲板块之下。现在，犹他州大学的研究告诉了我们地下深处的水是如何促使俯冲带发展并为强烈地震的产生创造条件的。
“这项发表于8月6日的《自然》杂志上的研究扩展了我们对地震的起因的理解。”该报告的主要作者、在犹他大学能源和地球科学研究所的地球物理学家Phil Wannamaker说。
“我们现在还没有这种意识：在我们视线之外的液体就在我们脚下制造破坏，”他补充道。
搞清楚运动的构造板块是如何俯冲到另外一块板块之下并造成了地震，这是非常重要的。因为俯冲带和断层是世界上的主要运动过程，特别是在环太平洋火山带，”Phil Wannamaker先生说。
新西兰包括两个主要岛屿：北岛和人口稀少的南岛，即太平洋中澳大利亚的东南部，一直从东北向西南方向延伸。与其他环太平洋火山带的国家一样（包括北美洲西海岸），新西兰位于两个缓慢移动的构造板块的边界上，因此，这里有地震和火山活动。
这两个板块，约有100英里厚，包括地球的地壳和上地幔的一部分，地壳下方的岩石层。由于大洋中脊的火山爆发，产生了新的构造板块，不断增加的新岩石就像孪生传送带一样逐渐远离大洋中脊。在这些传送带的另一端，大洋板块与大陆板块碰撞，海底板块俯冲，或者说是以向下约45度角的方向潜入大陆板块之下，这一过程就会产生地震和火山活动。
新西兰的俯冲带-Hikurangi俯冲带-被认为是很年轻的。因为太平洋板块碰撞与澳洲板块在新西兰相撞的边界只有两亿年的历史。
该区域包括两种类型引发地震的运动。因为太平洋板块与澳洲板块在新西兰的碰撞是有一定角度的，而不是正面对撞。因此，太平洋板块不仅是向西北方向移动，并潜入到澳洲板块之下，同时它也在向澳洲板块西南方向下滑。
所以，碰撞的版块产生了地震的力量，就像其他地方的俯冲带一样，比如说美国。在太平洋西北部，这种斜向运动同样也有类似的“走滑”压力，造成了加州的圣安德烈亚斯断层。斜向压力产生了四条主要的走滑断层，沿着新西兰南岛从东北一直延伸至西南方向。在这里，过去的200年里曾发生过接近8级的大地震，这些地震都与这些断层有关。（2009年7月15日，新西兰南岛发生7.8级强烈地震，并引发海啸，据英国《每日电讯报》报道，地震使新西兰向澳大利亚靠近了约30厘米。15日的地震是新西兰78年来震级最高的一次。1931年2月2日，新西兰北岛东部城市内皮尔曾发生里氏7．8级地震，造成256人死亡和严重财产损失）。
俯冲带俯冲之前的古岩石和目前的环太平洋火山带的火山岩都伴随有水的释放。因此研究人员希望查明水在俯冲带发展中的作用
他们使用一种称为大地电磁测深的方法，这种方法类似于对病人进行CT扫描使用的X射线，也类似石油天然气勘探中的使用的地震波。大地电磁测深利用太阳和闪电产生的天然电磁波，这类波一部分穿透空气，进入地球，在岩石界面上散射，并返回到地表，在地表我们可以用专门的电仪器测量。由于电磁波在地球内部穿行的时候，它的速度快慢取决于岩石和其他物质对电流的传导能力。水的导电能力很强，所以能够用这种方法探测出来。
在2006年和2007年，Phil Wannamaker先生和他的同事在新西兰南岛北端125英里长的线上做了67个探测点。然后通过计算机可以将整条线的电磁场分布断面图展现出来。
图片显示在不同范围和不同深度存在有大量的水，而且反过来又表明：流体的作用使得地壳变形，并为地震的产生创造了条件。
在新西兰南岛东海岸的下面，太平洋板块开始潜入澳洲板块之下，大概在地下10英里处，水被释放出来。它来自海底沉积物的挤压，大部分的水向上上升到澳洲板块的地壳以上，进一步破坏岩石，扩大裂缝。这种断层破裂的网格状结构削弱了地壳的稳定性，促进新的走滑断层的形成。
再西边，水从水合岩（一种含有化学结合水的岩石）中释放出来，这种水合岩分布在正在俯冲的太平洋板块中。然后，水在地壳的软弱部分（就像太妃糖一样，距离地表约6到20英里）形成的裂缝中不断聚集。
这种液体促进了新西兰地下的太平洋板块的斜向运动，也就是向西南方向的运动，该运动产生了新西兰南岛的走滑断层。
“当然这些液体也可能会向上爆发冲到走滑带里，并引发大地震”， Wannamaker先生说，“在这些小型水库一样的聚集体周围已经发生了很多小的地震。”
在俯冲带的下方，水源的最大聚集处也就在新西兰岛的最西面的最深处。
由于温度和压力的作用，使得水合矿物里所含的水释放，形成一个巨大的水柱，在60英里或者更深的地方扩散。这种现象有时候也能在一个更老、更成熟的俯冲带里出现。好像是液体引发了大地震，20世纪初，新西兰的默奇森区发生的7级和更大的地震就像是这种情况。
这些区域的断层都是冲断层，也就意味着在地震发生时，冲断层一边的地面会上升，超过另外一边。岩石力学的规律表明，当很陡峭的时候，这种断层不会破裂，因为在夹角超过30度的时候，它就很难将一块地面推覆到另外一块之上，除非有水存在。然而，发生新西兰默奇森地区附近的大地震的断层倾角角度远超过了55度，”Wannamaker先生说。
这就说明了，是水促进了地震在这么陡峭的断层带上发生。在一些更老的俯冲带上（包括新西兰北岛的闭合带），水从很深的地下冲到上地幔的热点，降低岩石的熔融温度，并最终导致火山在地表形成。在新西兰南岛，含有大量水的俯冲带还没有冲入到上地幔里，还不足以引起火山的爆发，”Wannamaker先生说。
本文引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=247956
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