在一臺巨型離心機的幫助下,最近蘇黎世聯邦理工大學的地球學家施密特做了一項實驗,以探明地質活動的新變化。在實驗中,他發現地球中熔岩向地表上升的速度比以前快了25倍。
新年的第一個月還沒有過完,地球學家(Geoscientists)已經明顯感覺到地質活動的活躍。
去年聖誕節前夜,菲律賓阿爾拜省黎加斯比市馬榮火山開始噴出岩漿,地質學家警告附近居民遠離火山區,並認為這座菲律賓境內最活躍的火山,隨時可能出現大規模爆發。
本月初,非洲剛果(金)東部北基伍省的尼亞穆拉吉拉火山於1日夜間開始爆發;2日晚,位於哥倫比亞東南部的加萊拉斯火山爆發;在同一天,印度洋法屬留尼旺島上的火山被發現噴湧出大量岩漿。
1月13日,一場裡氏7.3級的地震在海地爆發,在海地首都太子港蔓延了近16公里,幾乎摧毀了整個城市。雖然海地處於北美板塊和加勒比板塊的交界處,是地震的易發地帶,但在差不多200年的時間裏,海地所在的伊斯帕尼奧拉島(Hispaniolaisland)一直維持著表面的平靜,直到13日才突然爆發出來。
即使是那些一直牢牢盯緊海地地質結構變化的地球學家,也沒有預見到海地的地震會來得這麼突然。美國地質調查局的地質學家邁克爾·伯蘭彼得(MichaelBlanpied)在地震後接受《時代》採訪時說,很多地球學家花了幾十年的時間來研究海地,誰都知道這裡終究會發生一次大的地震,但要確定到何時爆發,誰也無法做出這樣的預報。"直到海地地震發生前,地球學家也沒有發現什麼異常的電磁訊號、水訊號,或是其他任何預示地震到來的訊號。"
所幸這場大地震沒有引發海嘯。海洋板塊上發生的地震往往會引起海底火山爆發或地震,這些海底地質活動因為會掀起巨浪,往往更具有毀滅性的力量。但是不容掉以輕心的是,"海地仍有可能再發生一次差不多級數的地震。"
英國地震專家威廉姆·馬侃(WilliamMcCann)說。根據他的研究,海地所在的兩大板塊之下,仍蘊藏著巨大的力量。"海地人應該多做些準備,至少要比現在準備得更多些。"馬侃警告說。
大多數地質學家都對地球板塊的大致運動瞭然於胸,但是究竟是什麼樣的力量,最終導致板塊斷裂或熔岩湧出,沒有多少人能在地質運動發生前預見端倪。而且,最近地球學家對這些地震和火山頻發的研究,可能還會出現新的問題。根據蘇黎世聯邦理工大學的一項最新研究顯示,現在地球地質運動的模型,可能已經和地質學家當初建立的那個完全不一樣了。"熔岩正在以比預期快25倍的速度湧向地表。"麥克斯·施密特(MaxSchmidt)說。在他領導的一項實驗裡,他和他的同事發現,現在的地質運動,要遠比過去劇烈許多。
離心機實驗
要模擬地幔以下的地質運動,施密特動用了一臺巨大的離心機。這臺離心機直徑2米,被安放在蘇黎世聯邦理工大學地質系的地下室裡。
2001年,施密特來到蘇黎世聯邦理工大學。這是一所諾貝爾獎產出最多的理工學校,從這所學校走出來的科學家,其中就有愛因斯坦。這所學校能給研究者提供最專業的研究環境,而對於地球學家施密特來說,這意味著他可以有一臺世界上最獨一無二的大型離心機。除了能持續加速,這臺離心機還可以在一定壓力和溫度環境下工作,這些壓力和溫度參數構成一個很近似於地球內部的環境。在這種環境下,離心機的運轉可以影響那些岩石樣本,施密特也就可以從中看出樣本的分化和熔融。這就和地震或火山爆發時,地表之下的岩流層所表現出來的狀況相似。
在實驗中,這臺離心機達到每分鐘2800次的轉速,這種速度所形成的力是地球重力加速度的3000倍。當它開始全速運轉時,能產生120分貝的聲響。"這就好像站在快要起飛的飛機下工作。"施密特說。據他介紹,這臺離心機的外圈速度可以達到850千米/時,如果在機器運作時按下關機鍵,最少要等1個小時,機器才能慢慢停止運轉。在通常的實驗裡,當離心機高速運轉所產生的力量達到地球重力加速度的400-700倍時,岩石樣本就開始逐漸顯示出熔化和運動的趨勢。
現在火山噴發的岩漿來自法老時代一開始,施密特的實驗也沿用著從前的地質運動力學和熱力學模型。所謂的模型就是一種觀察和計算的方法,地球學家必須首先默認一些要素之間的相互關係,接下來才能開始驗證他們"演算"出來的結果。
施密特和他的研究團隊首先準備了一些岩石的樣本。地球內部的熔岩,通常是一些半熔化的玄武岩;施密特從海洋中部山脊中獲得一些這樣的岩石,代表地質運動中的岩漿。橄欖石組成了2/3的地幔層,所以他用這種岩層充當"地面"。實驗開始時,除了要加速離心機,給玄武岩以運動的環境,還要將實驗的溫度加熱到1300攝氏度,並加以百萬帕斯卡的高壓。
在這種環境下,玄武岩逐漸熔化,慢慢地對覆蓋在它之上的橄欖石岩層施加壓力。施密特和他的研究團隊則負責記錄這一過程中各種數據的變化。他們在顯微鏡下觀察兩種岩石相互滲透和突破的關係,最後發現,一些原本被地球學家們公認的常數,現在已經發生了變化。
岩漿通常活動在地表以下120公里的地方。按照以往的估計,岩漿要突破地幔層,奔湧到地表上來,往往需要花費幾十萬年的時間。但是根據施密特的實驗,現在這一過程似乎只要經過幾千年就可以完成了。新採集的玄武岩顯示出岩漿向上的作用力已經加速,"以前我們認為,那些從火山中噴出的岩漿來自冰河紀,現在看來,這些岩漿僅僅來自法老時代。"
根據實驗的比例,施密特計算出,現在熔岩向地表奔湧的速度,比預期快了25倍。至於這種改變是否確實影響到地表板塊的活動,施密特認為現在給出結論還為時過早。不過在2009年年末大片《2012》中,毀滅地球的起因也正是熔岩的上湧。