新研究表明：深层水如何引发地震和海啸

在发表在《自然》杂志上的一项新研究中，一个国际科学家团队提供了第一个确凿证据，将深水的水循环及其表达与岩浆生产力和地震活动直接联系起来。

循环穿过深层地球的水（H2O）和其他挥发物（例如CO2和硫磺）在我们星球的进化中（包括在大陆的形成，生命的开始，矿产资源的集中，以及火山和地震的分布。

俯冲带是构造板块汇聚的地方，一个板块在另一个板块的下方沉没，是整个循环中最重要的部分-大量的水进出，主要是通过火山喷发。但是，历史上人们对如何通过俯冲输送水（以及输送多少水）及其对自然危害和自然资源形成的影响知之甚少。

这项研究的主要作者，布里斯托大学地球科学学院名誉研究员F. George Cooper博士说：“随着板块从最初在大洋中脊形成的地方移动到俯冲带，海水通过裂缝，断层和与矿物的结合作用进入岩石。到达俯冲带时，下沉板加热并受到挤压，导致其部分或全部水逐渐释放。随着水的释放，它降低了周围岩石的熔点并产生了岩浆。该岩浆是漂浮的并且向上移动，最终导致上覆的火山弧喷发。由于熔体中所含的挥发物，这些喷发可能具有爆炸性。同一过程可能触发地震，并可能影响关键属性，例如地震的强度以及是否触发海啸。”

究竟在哪里释放挥发物以及如何释放挥发物以及它们如何改变基质岩石仍是一个亟待研究的领域。

羽毛笔，在斯塔蒂亚岛上。小安的列斯群岛的岛屿之一。

大多数研究都集中在太平洋火环上的俯冲作用。但是，这项研究的重点是大西洋板块，更具体地说，是位于加勒比海东部边缘的小安的列斯群岛的火山弧。

“这是目前仅由慢速扩散形成俯冲板的两个区域之一。我们期望它比快速扩散的太平洋板块更普遍和更不均匀地被水合，并且水释放的表达更加明显。”伦敦帝国理工学院的Saskia Goes教授说。

小安的列斯群岛的挥发性循环（VoiLA）项目汇集了一支庞大的多学科研究团队，其中包括达勒姆大学，伦敦帝国理工学院，伦敦南安普顿大学，布里斯托大学，利物浦大学，卡尔斯鲁厄理工学院的地球物理学家，地球化学家和地球动力学家。利兹大学，自然历史博物馆，巴黎地球物理研究所和西印度大学。

库珀博士说：“我们在RRS詹姆斯·库克（RRS James Cook）上进行了两次海洋科学航行，地震台站的临时部署（记录了岛下的地震，地质野外工作，岩石样品的化学和矿物分析以及数值模拟）中的数据收集，” Cooper博士说。

为了追踪俯冲带长度方向上水的影响，科学家研究了熔体包裹体（火山晶体内被困岩浆的微小口袋）的硼组成和同位素。硼指纹显示，下沉板中所含的富含水的矿物质蛇纹石是小安的列斯群岛中部地区水的主要供应者。

通过研究这些微米级的测量，可以更好地了解大规模的过程。迄今为止，我们综合的地球化学和地球物理数据提供了最清晰的指示，表明下沉板的结构和水量直接与弧的火山演变及其相关危害有关，达勒姆大学Colin Macpherson教授说。

“下降板的最湿部分是有大裂缝（或断裂带）的地方。通过对岛下断裂带俯冲历史的数值模型，我们发现与地下次小地震发生率最高和低剪切波速度（表示流体）的位置直接相关。”去。

富水裂缝带俯冲的历史也可以解释为什么弧的中心岛是最大的，以及为什么在地质历史上它们产生的岩浆最多。

“我们的研究提供了确凿的证据，这些证据直接将周期的进水和出水部分及其在岩浆生产力和地震活动方面的表达联系起来。这可能会鼓励在其他俯冲带进行研究，以便在俯冲板上找到这样的含水断层构造，以帮助了解火山和地震灾害的模式。”库珀博士说。

“在这项研究中，我们发现水的变化与小地震的分布有关，但是我们真的很想知道这种水的释放方式如何影响大地震和可能发生的海啸的可能性，并作为预警系统， ”科林·麦克弗森教授说。

参考：George F. Cooper，Colin G. Macpherson，Jon D.Blundy，Benjamin Maunder，Robert W. Allen，Saskia Goes，Jenny S Collier，Lidong Bie，Nicholas Harmon撰写的“可变的水输入控制了小安的列斯群岛火山弧的演化”，斯蒂芬·希克斯（Stephen P.Hicks），亚历山大·艾维森（Alexander A.Iveson），朱莉·普里图拉克（Julie Prytulak），安德烈亚斯·里特布鲁克（Andreas Rietbrock），凯瑟琳·Rychert，乔恩·戴维森（Jon P.Davidson）和VoiLA团队，2020年6月24日，自然.DOI：
10.1038 / s41586-020-2407-5