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通过断层温度追踪古代地震

导读 了解古代地震有助于研究人员估计现代地震带来的危害。一项新研究报告称,地质学家提出了一种估计这些旧事件强度的新方法:测量它们的温度。

了解古代地震有助于研究人员估计现代地震带来的危害。一项新研究报告称,地质学家提出了一种估计这些旧事件强度的新方法:测量它们的温度。

在地震期间,断层内的温度随着两侧滑过另一侧而升高。为了近距离观察地震温度,新的地球化学、地球物理学、地球系统研究重新利用了构造学的主干方法:基于锆石的热计时法,其中从矿物颗粒中损失的氦量与其温度有关。

该方法通常用于限制在数公里和数百万年尺度上运行的地球过程,因为山脉的建造和破坏,但研究人员在比以往任何时候都更小的尺度上应用它来检测地震温度。

“我们正在将这项技术推向极限,”该研究的主要作者、犹他州立大学的热年代学家 Emma Armstrong 说。“关于短期、高强度事件或在这些小空间和时间尺度上进行的研究并不多。我们在这里谈论的是几秒钟的温度升高,”她说。

断层中受损物质的薄带内的锆石和其他矿物可以记录地震期间岩石达到的短暂、极热的温度。保存在那里的有机分子也是如此。科学家们可以比较锆石和有机分子的记录,以查明过去的地震,并了解在这些破裂期间断层内部的温度,告诉他们释放了多少能量。

研究人员在 Punchbowl 断层测试了他们的技术,这是一个主要的非活动断层,与洛杉矶地区活跃的圣安地列斯断层平行。正如研究合著者、犹他州立大学热年代学家和地震地质学家亚历克西斯奥尔特所描述的那样,几百万年前活跃的“古圣安地列斯断层”。此前,加州大学圣克鲁斯分校的地震地质学家 Heather Savage 和地球化学家 Pratigya Polissar 的合著者在同一块岩石上使用了有机分子技术。

在这项新研究中,研究人员旨在了解这两种技术在断层上的一致性,测试地震期间断层温度的变化范围。

研究人员在断层变形中心的 2 到 10 厘米范围内以及周围 10 厘米范围内使用了被称为断层泥的受损断层岩石的微小样本。为了估计断层最后一次破裂期间的地震温度,该团队分析了锆石,这是一种能够承受强烈地震条件的弹性矿物。通过测量断层的锆石晶体中剩余的氦含量,他们估计断层过去的温度达到了 700 摄氏度左右,这可能表明发生了大地震。

基于锆石的温度范围与先前基于有机材料的估计重叠,大约为 450 至 1050 摄氏度,但也改进了先前对地震温度的估计。这表明,如果一种方法无法用于测量地震的温度,科学家们可以应用另一种方法。研究人员还发现,温度沿断层变化,与那条剧烈变形岩石的窄带的宽度有关。

“我们从理论上预测了这一点,但在实际数据集中并不常见,”奥尔特说。“所以展示这一点并支持之前的工作是令人兴奋的。”

Armstrong 和 Ault 渴望在其他重要断层上尝试这种新的地震温度计方法,并旨在结合其他数据来进一步估计古代地震的温度和震级。

“锆石热计时法是一种经典工具,我们可以以新的方式使用它来识别过去地质上可能发生的灾难性事件,而今天这些事件在今天是神秘的,”阿姆斯特朗说。

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