科學(xué)家：南極地下發(fā)現(xiàn)數(shù)百個隱蔽地震，它們發(fā)生在非常奇特的地方

在大多數(shù)人的印象里，南極洲是一片地質(zhì)上極其安靜的大陸：數(shù)千米厚的冰蓋覆蓋大地，既遠(yuǎn)離環(huán)太平洋的火山地震帶，也沒有活躍的板塊碰撞，似乎連地殼的震動都與這里無緣。

但發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)最新研究，徹底打破了這個認(rèn)知：科研團(tuán)隊(duì)在東南極戴維冰川的下方，發(fā)現(xiàn)了數(shù)百次發(fā)生在上地幔內(nèi)部的中深源地震。

這些發(fā)生在板塊內(nèi)部的深部震動，不僅刷新了我們對南極地質(zhì)的認(rèn)知，也為解釋全球范圍內(nèi)的異常地震提供了全新的思路。

按照經(jīng)典的板塊構(gòu)造理論，地震幾乎都發(fā)生在板塊交界地帶：板塊相互碰撞、俯沖或者錯動，巖石受力破裂，就會引發(fā)震動。

而板塊內(nèi)部的地殼應(yīng)該相對穩(wěn)定，很少發(fā)生變形。

更難解釋的是深度超過70公里的中深源地震——在地下幾十上百公里的深度，溫度和壓力都顯著升高，通常認(rèn)為巖石會變得柔軟、容易發(fā)生塑性變形，本該像橡皮泥一樣緩慢形變，而不是像玻璃一樣脆斷引發(fā)地震。

此前全球僅在阿富汗興都庫什、摩洛哥阿特拉斯山脈、羅馬尼亞弗朗恰等少數(shù)區(qū)域發(fā)現(xiàn)過這類板內(nèi)中深源地震，學(xué)界通常用古俯沖殘留板片、大陸巖石圈拆沉、地幔滴狀下沉等機(jī)制解釋。

但南極顯然不符合這些條件：這里沒有現(xiàn)代俯沖帶活動的痕跡，地下層析成像也沒有發(fā)現(xiàn)下沉的殘留巖石圈。

想要弄清這些地震的成因，首先得先準(zhǔn)確鎖定它們的位置。

研究團(tuán)隊(duì)整理了東南極維多利亞地區(qū)49個地震臺站、跨度十余年的觀測數(shù)據(jù)，用經(jīng)過遷移學(xué)習(xí)優(yōu)化的深度學(xué)習(xí)算法篩選信號。

過去受限于技術(shù)，很多震級小于3級的微弱地震會被冰蓋滑動、儀器噪聲等信號掩蓋，而AI模型能精準(zhǔn)識別地震波的縱波、橫波到時，從海量數(shù)據(jù)里識別出1068次地震事件，震級在1.6到3.5級之間。

經(jīng)過精準(zhǔn)重定位后，這些地震明顯分成了兩群：

一群是0到40公里深的淺源地震，和冰蓋底部滑動、冰川運(yùn)動等冰凍圈過程有關(guān)，和此前的認(rèn)知一致。

另一群足足有510次，屬于深度大于70公里的中深源地震，集中在100到150公里的深度范圍，全部聚集在戴維冰川下方的巖石圈-軟流圈邊界附近。

研究人員通過波速模型驗(yàn)證、概率密度定位等多重方法交叉核對，確認(rèn)這些地震的水平與垂直位置誤差均不超過20公里，這絕非誤判。

那為什么偏偏是戴維冰川下方出現(xiàn)了這么多深源地震？

謎底藏在地下的巖石圈結(jié)構(gòu)里。

東南極洲是有著數(shù)十億年歷史的古老克拉通，地下的巖石圈又厚又冷，堅(jiān)硬且強(qiáng)度極高；而西側(cè)的西南極裂谷系統(tǒng)巖石圈更薄、溫度更高，質(zhì)地更軟。

兩者在橫貫?zāi)蠘O山脈一線交匯，形成了一道陡峭的巖石圈強(qiáng)度梯度帶——就像一塊厚硬的鋼板旁邊挨著一塊薄軟的鐵皮，受力時最容易斷裂的地方，永遠(yuǎn)是兩者交界的邊緣。

但光有強(qiáng)度梯度還不夠。

地下更深處的軟流圈地幔在緩慢流動，會給上方的巖石圈施加垂直方向的力，造成地表的動態(tài)抬升。

在戴維冰川的南北兩側(cè)，皇家學(xué)會山脈和深凍山脈下方的熱地幔物質(zhì)延伸更靠內(nèi)陸，抬升作用更強(qiáng)；而戴維冰川所在的位置，熱低速地幔體位置更靠外，抬升幅度更小。

一高一低的差異，就讓堅(jiān)硬的東南極巖石圈邊緣像被兩端抬起的木板一樣，發(fā)生了向上凹的彎曲，在巖石圈內(nèi)部形成“淺部擠壓、深部拉張”的應(yīng)力分布。

100到150公里的深度恰好是個微妙的位置：該深度處東南極冷巖石圈的溫度約為690℃，還沒高到讓巖石完全失去脆性，依然能發(fā)生摩擦型破裂。

當(dāng)彎曲積累的應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度極限時，就會產(chǎn)生斷裂，引發(fā)地震。

研究團(tuán)隊(duì)解出了13次地震的震源機(jī)制，其中9次以擠壓為主，4次以拉張為主，整體與彎曲應(yīng)力的分布模式相吻合。

目前熱剪切失穩(wěn)等其他機(jī)制尚不能完全排除，但觀測結(jié)果更支持冷巖石圈內(nèi)的摩擦失穩(wěn)成因。

更有意思的是，地表的冰蓋也在這場深部地震里扮演了角色。

冰川的重量會給地殼施加額外載荷，冰川侵蝕引發(fā)的地殼均衡抬升、冰蓋消長帶來的冰均衡調(diào)整，都會疊加在巖石圈的彎曲應(yīng)力之上。

從百米厚的冰蓋到百公里深的地幔，冰凍圈、巖石圈、軟流圈三層聯(lián)動，共同促成了這些特殊的地震。

厚厚的冰蓋之下，南極大陸的地下遠(yuǎn)比我們想象的更活躍。

這些微弱的深部震動，既是地球內(nèi)部應(yīng)力的低語，也是解開板塊內(nèi)部構(gòu)造活動之謎的鑰匙。