地幔中也能發生脆性破裂，板塊俯沖帶藏著啥秘密？

想象一下：在距離你腳下600多公里——相當于堆疊70多座珠穆朗瑪峰那么深的地方——巖石竟然也會像瓷器一樣發生破裂，引發地震！這聽起來似乎有點魔幻？但在地幔中確實存在著“深源地震”！而解開這個地球深部地震謎題的關鍵，就藏在一張著名的全球“拼圖”——板塊構造圖，以及一條名為“和達-貝尼奧夫帶”的神秘傾斜帶上！

圖：地球分層與各圈層物理特征

#地球的拼圖與一場關鍵“辯論”

熟悉地學的朋友們對全球板塊分布圖一定不陌生。1968年，法國科學家勒皮雄將地球堅硬的“外殼”（巖石圈）劃分為六大塊，并指出板塊邊界并非簡單的大陸邊緣，而是海嶺、島弧和巨大斷裂帶。這就是板塊構造學說的開端。

但科學革命從來就不是一蹴而就的！板塊學說能最終勝出（擊敗了如“地球膨脹說”等對手），一個決定性證據就是確認了“俯沖帶”的存在。簡單說，即地球表面積基本不變，而海底又在不斷擴張，那老的海底去哪了？答案就是：它像巨大的傳送帶一樣，俯沖鉆進了相鄰板塊之下！而證明這種“俯沖”真實發生的“鐵證”，正是我們今天的主角——和達-貝尼奧夫帶，以及發生在其中的深源地震！

#顛覆認知的難題：地幔中也能地震？

早期的地震學家有個根深蒂固的觀念：地震只發生在地表附近幾公里深處，就像瓷器在壓力下碎裂。再往深處，高溫高壓會使巖石變得像橡皮泥一樣柔韌（塑性變形），只會緩慢流動，而不會突然破裂引發地震。

然而，從70年代開始，觀測數據不斷“打臉”：構造地震也能發生在深達650公里的地幔中！這簡直不可思議——在那個深度，壓力巨大，溫度極高，巖石理應“軟綿綿”才對，怎么可能像淺層巖石一樣“脆生生”地斷裂呢？這個矛盾，成了當時地震學界的重大懸案。

#年輕天才的突破：和達清夫的發現

當時，地震頻發的日本建立了世界最先進的地震臺網。1920年代，年僅25歲的日本氣象廳雇員和達清夫，利用這些寶貴數據和新的地震深度測定方法，仔細分析地震波（尤其是P波和S波到達的時間差）和震動強度分布。

他敏銳地發現異常：有些地震，即使在震中正上方，P波和S波到達的時間間隔也很長；同時，它們的震動強度峰值不高，但震感影響范圍卻較大。這些特征都指向一種結論：這些地震的源頭，不在淺處，而是深埋于地下數百公里！

1935年，和達清夫繪制了一幅里程碑式的圖件：展示了日本附近地震位置及震源深度的分布。結果發現：震源并非雜亂無章，而是沿著一條傾斜的平面，從日本東海岸向西，深度穩定增加。他大膽推測：地殼中存在一個傾斜的“軟弱面”，地震更容易沿著這個斜面發生。

#貝尼奧夫的接力：解密“俯沖賽道”

時間來到1940年代末及以后，美國地震學家雨果·貝尼奧夫接力研究這一現象。他進行了更廣泛深入的分析，并給出了革命性的科學解釋：

1. 深源地震帶 = 俯沖帶：這些傾斜分布的地震帶，正是大洋板塊俯沖到相鄰大陸板塊之下的鐵證！

2. 全球性規律：深源地震幾乎都出現在深水大洋的邊緣，它們被限制在一條從地表一直傾斜延伸到600多公里深度的狹窄帶內。

3. 命名：為紀念兩位先驅，這條揭示板塊俯沖軌跡的傾斜地震帶，被命名為和達-貝尼奧夫帶（簡稱貝尼奧夫帶）。

#板塊學說的“定海神針”

和達-貝尼奧夫帶的存在，為板塊構造學說提供了最直接、最關鍵的證據之一。

• 板塊運動的拼圖：板塊學說描繪了這樣一幅圖景：板塊從大洋中脊新生、擴張；在匯聚邊界（通常是海溝），一個板塊（通常是較重的海洋板塊）俯沖插入另一個板塊之下，向下潛入地幔。這就像是地球表面進行的一場規模宏大的“板塊跳水比賽”。

圖：軟流層對流循環示意圖

• 和達-貝尼奧夫帶：俯沖板的“骨架”：俯沖下去的板塊（稱為俯沖板片）溫度比周圍地幔低很多，因此它更冷、更硬、更脆（就像一塊冷卻的鋼片插入熔爐）。貝尼奧夫帶清晰地勾勒出了這個俯沖冷板片的形狀和位置。深源地震并非發生在“軟綿綿”的正常地幔中，在俯沖過程中，板片內部相對低溫且剛性更強，依然能積累應力并發生脆性破裂。

最令人驚嘆的是，和達清夫和貝尼奧夫對這條帶的發現和解釋，比板塊構造學說正式提出并確立超前了20多年！他們基于地震觀測數據的大膽假設和深刻洞察，為后來理解地球動力學的革命性理論鋪平了道路。

參考文獻：

1. 地震淺說（作者：陳運泰）；

2. 普通地質學（作者：舒良樹）；

3. 地震的分類（陳運泰等）；

4. 深源地震（Cliff Frohlich）；

5. 中國及其周鄰地區中深源地震的活動特征分析（方煒等）；

6. 深源地震的余震序列及其破裂機制（A.Viens)

圖件：來源于網絡

撰文/編輯：熊丹

一審：盛馨逸

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