所罗门群岛地震:太平洋为何不太平?

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今晨,太平洋岛国所罗门群岛东南端的圣克鲁斯群岛附近海域发生里氏8.0级强烈地震,并伴随有20多次余震,震级多在5.0级以上。这不是太平洋第一次“发威”,地震引发的印尼海啸和日本海啸依然历历在目,太平洋周边的一些国家,包括日本、智利、新西兰等,也都是著名的地震高发国家。此外,美国西海岸、印尼、新西兰等地还分布着大量的活火山。太平洋为什么这么不太平?

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截至今天13:00,圣克鲁斯群岛附近发生的地震情况。图片来源:usgs.org

太平洋具体指哪里?

与被海洋区隔开的大陆相比,大洋与大洋之间的边界并不那么清晰。通常我们所说的太平洋包括亚欧大陆、澳大利亚、南极洲和美洲所围限的海域。而国际航道测量组织(International Hydrographic Organization、IHO)的定义则更精确一些:太平洋以赤道为界,可分为北太平洋和南太平洋。北太平洋的边界从赤道顺时针依次为赤道-吕宋岛-菲律宾海东缘-日本- 鄂霍次克海的东南边缘-白令海和阿拉斯加湾南缘,然后大致沿着北美洲的西缘到赤道。而南太平洋的边界从赤道逆时针依次是赤道-新几内亚岛到东印度群岛-所罗门群岛至澳大利亚东部的珊瑚海,过新西兰的东部边缘然后大致经东经150°线到南极洲,沿南极洲的边缘经南极半岛至南美洲最南端,沿南美洲的西界至赤道。值得注意的是,IHO划定的边界并没有和大陆与大洋的自然边界重合,很大一部分是沿着板块边界的,尤其是在美洲西缘部分。

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较深蓝色部分海域太平洋是我们日常所说的太平洋范围,而黑色线条所圈定的范围则是国际航道测量组织所定义的太平洋范围。 图片来源:wiki commons

太平洋下的板块与板块活动

根据板块漂移学说,太平洋所涵盖的地区除了太平洋板块以外,还有菲律宾板块、印度板块的一部分、南极洲板块的一部分和纳兹卡板块、科科斯板块、胡安德富卡板块。由于板块的交界是地球上构造活动最活跃的地带,所以太平洋内部和边界非常的不稳定,地震和火山频发,各种地质灾害频繁。

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​地球上的十二大板块:1亚欧板块、2北美洲板块、3南美洲板块、4非洲板块、5太平洋板块、6南极洲板块、7澳洲板块、8阿拉伯板块、9印度板块、10菲律宾板块、11科科斯板块、12加勒比板块、13纳兹卡板块、14斯科舍板块、15胡安德富卡板块。注:←|→为分离板块边缘, →|←为聚合板块边缘,↑|↓为转型板块边缘。图片来源 wiki commons

板块的边界可分为分离板块边缘(divergent boundary)、聚合板块边缘(convergent boundary)以及转型板块边缘(transform boundary)三种。在分离板块边缘,岩浆从地球深处上升至地表,这里是板块生产的地方,如大洋中脊等;在聚合板块边缘,两块板块互相挤压,这里是板块消亡的地方;而在转型板块边缘,情况则比较特殊,在那里板块的运行方向与板块边界大致平行,相邻的板块之间只发生侧面的摩擦。

有了这些知识,再根据上面的插图,我们就不难发现:虽然大洋中脊(太平洋板块与纳兹卡板块、南极洲板块的交界处)的活动仍然在使太平洋板块不断地扩张,但是在该板块与其它各大板块相交的边缘大部分都是聚合型,这使得它不断被多方位蚕食。而与此类似的是,菲律宾板块也在不断地向亚欧板块俯冲,聚合的速率要大于新生的速率。这些因素共同导致了太平洋以每年1~2厘米的速度不断缩小。

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板块边界活动示意图。图片来源:w. w. norton & company

肆虐的地震与火山

巨大的板块俯冲运动绝不会“默默无闻”地进行。当板块俯冲的地方发生在海底,则往往会形成巨大的海沟——世界上最深的马里亚纳海沟就在太平洋和菲律宾板块交界的地方。此外,这种宏大的板块运动会引起一系列的地质变化,从而形成了多种地球上最宏大、最壮丽的景观。

首先是地震。如果在地幔环流的推动下,一块板块能够均匀地持续不断地向另外一个板块之下进行俯冲,其实并不会产生剧烈的地震。但是板块与板块之间的接触面往往都是十分不规则的,摩擦力和不规则平面间的锁固作用会阻止板块顺利下滑,此时两个板块就会发生轻微的弹性形变以积蓄力量,直到这个力量大于静摩擦力。接下来发生的就是地壳发生相对运动以释放之前积蓄的应力,产生或大或小的地震。

位于澳大利亚板块与太平洋板块之间的所罗门群岛无疑是地震热点之一。而同样位于这两块板块之间的新西兰,位于南美洲板块与纳兹卡板块之间的智利,以及位于亚欧板块、菲律宾板块、北美板块以及太平洋板块四大板块交界处的日本,也都是著名的地震高发国家。

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1990年至2000年地球上所有地震的震中分布,不难发现绝大部分地震热点都集中在板块边界。图片来源:transport-pf.or.jp​

火山则是板块运动带来的另一种地质奇观。这种地下的熔融岩浆喷出地球的固体表面的过程,有时十分剧烈,甚至能炸掉半个山峰,有时又会非常平静,岩浆上涌然后默默冷却形成玄武岩。

岩浆从何而来?与想象中的不同,他们其实是高温高压下固态岩石熔融后形成的效果。使固体熔融不外乎这几种方法:提高温度、降低压力和降低熔点——但是岩浆的形成往往用的不是第一种方法。在大洋中脊地区的熔融主要是通过降低压力,地球软流圈的物质上涌,所受的压力逐渐降低,最终发生熔融形成岩浆。而在俯冲带地区则是通最后一种方式:大洋板块中含有大量的水,而在高温岩石中加入少量的水则能能显著降低岩石的熔点,因而不改变温度和压力就能形成流动的岩浆。

火山不断喷发并积累,在陆地上形成了山,在海洋中则形成了岛。太平洋板块向菲律宾板块下俯冲,而菲律宾板块又向亚欧板块下面俯冲,从而形成了一系列呈链状分布的海岛——它们就是在政治军事领域里常提到的第一岛链和第二岛链。

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图中红色的点表示火山。大洋中白色的宽条带即为大洋中脊,地球上最大的海底火山带。图片来源:中国地质图书馆]

“消失”的太平洋板块去向何方?

从俯冲带一头扎下去,被压在大陆板块身下之后,故事还远没有结束。俯冲下去的大洋板块密度会比周围地幔的密度略大一些,因此在重力及其他因素的作用下,太平洋板块会慢慢地沉到地幔深部,直至地表以下2900千米深处的地核与地幔的交界处。

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俯冲带地区的地震波层析成像结果。蓝色箭头表示测量剖面的位置和方向。半扇形是层析成像结果,自上而下深度越来越大,最下的虚线表示核幔边界。扫描图上的色彩表示运动速度,蓝色部分运动速度更快,褐色部分运动速度更慢。]

和板块运动速度一样,板块在地幔中的俯冲速率也是非常小的,平均每年数毫米至数厘米不等。不过就这样慢慢的,太平洋就会被地球吞进肚子里去了。然而,地球也并非是吃人不吐骨头的恶魔,随着地幔的环流,昔日的太平洋板块还会有机会改头换面出现在人们的视野中。不过当今天的太平洋板块重新出现在地表的时候,亚欧大陆与美洲大陆等或将连为一体形成新的超大陆,太平洋已不复存在。

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