惊叹！地震竟已可精确预测，用的竟是扫描电镜？

地幔岩石中的晶体缺陷对地震活动至关重要，电子背散射衍射图可提供了下一次地震何时何地发生的线索。

英国和美国的研究人员已经表明，来自地球表面深处的岩石晶体中的微观缺陷在大地震后地面如何缓慢移动和重置方面起着决定性的作用。

来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的 Ricardo Lebensohn 及其同事使用电子背散射衍射 (EBSD) 绘制了受到极端类似地幔的压力和温度的岩石晶体中的缺陷和周围应力的图谱。

结果表明，地球表面在地震后沉降以及在重复事件之前储存应力的方式最终可以追溯到这些晶体缺陷。

“晶体缺陷和应力非常小，我们只能用最新的显微镜技术观察它们，”Lebensohn 的同事，来自剑桥大学地球科学的 David Wallis 博士说。“但很明显，它们可以显著影响岩石移动的深度，甚至决定下一次地震发生的时间和地点。”

通过了解这些晶体缺陷如何影响地球上地幔中的岩石，研究人员可以更好地解释地震后地面运动的测量结果，这些测量结果提供了压力在哪里积聚的信息，以及未来可能发生地震的位置。 

缺陷和地震

为了研究岩石晶体应力，Lebensohn 及其同事将橄榄石晶体（上地幔最常见的成分）置于一系列压力和温度下，以复制地球表面以下100公里的条件。

研究人员使用配备牛津仪器 AZtec 采集软件和 NordlysNano 探测器的两台场发射扫描电镜对岩石晶体进行了研究，并使用高角分辨率 ESD 绘制了位错缺陷和晶内应力图。

根据研究人员的说法，这些结果揭示了上地幔中的热岩石如何神秘地从地震后几乎像糖浆一样流动，随着时间的推移变得又厚又迟钝。

粘度的这种变化将应力传递回上方地壳中寒冷而脆性的岩石——这种应力会累积到下一次地震。

几何必要位错的密度和应力异质性 

a 根据 HR-EBSD 测量的晶格旋转估计的几何必要位错密度

b 通过减去每个晶粒内的平均值而归一化的 σ12 

样品 MN1 和 San382t 是单晶，而所有其他样品都是聚集体

“我们早就知道微尺度过程是控制地震的关键因素，但很难足够详细地观察这些微小的特征，”沃利斯说。 “多亏了最先进的显微镜，我们已经能够观察到炽热深岩的晶体框架，并追踪这些微小缺陷的真正重要性。”

结果还表明，位错会产生应力，随着时间的推移，这些应力会在位错中累积，导致岩石变得更加粘稠。

直到现在，人们一直认为这种粘度的增加是由于晶体相互竞争的推拉，而不是由晶体内的微观缺陷和相关的应力场引起的。

研究人员希望将他们的工作应用于改进地震危险地图，这些地图通常用于南加州等构造活跃地区，以估计下一次地震发生的地点。

目前的模型只考虑了断层带上更直接的变化，没有考虑在地球深处流动的岩石中的逐渐应力变化。

Wallis 还计划与乌得勒支大学的同事合作，将他们新的实验室限制应用于 2004 年印度尼西亚发生危险地震和 2011 年日本地震后的地面运动模型。每一次都引发了海啸并导致数万人丧生。

“如果你能了解这些深层岩石的流动速度有多快，以及在断层带不同区域之间传递应力需要多长时间，那么我们可能能够更好地预测下一次地震将在何时何地发生，”沃利斯说。

文章源自 Nature Communications.

（编译：符斌 北京中实国金国际实验室能力验证研究中心研究员）