剑桥大学的一项新研究表明，地球表面深处的岩石晶体中的微观缺陷在大地震后地面如何缓慢移动和重置方面起着决定性的作用。

由这些缺陷产生的应力——小到足以破坏晶体的原子构建块——可以改变地壳下热岩石的移动方式，进而将应力转移回地球表面，开始下一次地震的倒计时。

这项发表在《自然通讯》上的新研究首次详细绘制了晶体缺陷和周围的力场。剑桥大学地球科学系的主要作者大卫沃利斯博士说：“它们太小了，我们只能用最新的显微镜技术观察它们，但很明显，它们可以显着影响岩石移动的深度。 ，甚至控制下一次地震发生的时间和地点。”

通过了解这些晶体缺陷如何影响地球上地幔中的岩石，科学家们可以更好地解释地震后地面运动的测量结果，这些测量结果提供了关于压力在哪里积聚以及未来可能发生地震的重要信息。

当地壳的碎片突然沿着断层线相互滑过时，就会发生地震，释放储存的能量，通过地球传播并引起地球震动。这种运动通常是对地壳中构造力积聚的反应，导致地壳弯曲并最终以地震的形式破裂。

他们的工作表明，地震后地球表面的沉降方式以及在重复事件发生之前储存压力的方式，最终可以追溯到深部岩石晶体中的微小缺陷。

“如果你能了解这些深层岩石的流动速度有多快，以及在断层带不同区域之间传递应力需要多长时间，那么我们可能能够更好地预测下一次地震将在何时何地发生，”沃利斯说。

该团队将橄榄石晶体——上地幔最常见的成分——置于一系列压力和温度下，以复制地球表面以下 100 公里的条件，那里的岩石非常热(大约 1250 摄氏度)，它们像糖浆一样移动.

沃利斯将他们的实验比作铁匠使用热金属——在最高温度下，他们的样品发出白热的光芒，而且柔韧。

他们使用高分辨率电子显微镜观察扭曲的晶体结构，称为电子背散射衍射，这是 Wallis 在地质材料方面的先驱。

他们的结果揭示了上地幔中的热岩石如何神秘地从地震后立即像糖浆一样流动，随着时间的推移变得又厚又迟钝。

这种厚度或粘度的变化将应力传递回上方地壳中寒冷而脆性的岩石，并在那里积聚，直到下一次地震发生。

这种行为转变的原因仍然是一个悬而未决的问题，“一段时间以来，我们已经知道微尺度过程是控制地震的关键因素，但很难足够详细地观察这些微小的特征，”沃利斯说。“多亏了最先进的显微镜技术，我们已经能够研究热、深岩石的晶体框架，并追踪这些微小缺陷的真正重要性。”

沃利斯和合著者表明，随着时间的推移，晶体中的不规则性变得越来越复杂;由于它们相互竞争的力场而争夺空间——正是这个过程导致岩石变得更加粘稠。

到目前为止，人们一直认为这种粘度的增加是由于晶体相互之间相互推拉的竞争，而不是由晶体内部的微观缺陷及其应力场引起的。

该团队希望将他们的工作应用于改进地震危险地图，这些地图通常用于南加州等构造活跃地区，以估计下一次地震将发生的地点。当前的模型通常基于过去地震发生的地点，因此应力必须在何处积聚，只考虑了断层带上更直接的变化，而没有考虑流向深处的岩石的逐渐应力变化。地球。

与乌得勒支大学的同事合作，沃利斯还计划将他们的新实验室限制应用于 2004 年袭击尼西亚的危险地震和 2011 年地震后的地面运动模型——这两次地震都引发了海啸并导致数万人丧生的生命。