地震學科普之窗（三）
——火山前沿與地震消減帶＊

2011-03-20 10:52:50大木圣子

地震科學進展 2011年10期

大木圣子

（東京大學地震研究所）

大木圣子

（東京大學地震研究所）

吸引大地君的地球科學的魅力之一就是來到野外工作。在活火山前，可以真實地感受到實際知識與課本所學的東西差距之大。地震之國日本也是火山之國，地震與火山有什么關(guān)系嗎？謎底就在地球內(nèi)部。

1 第一次野外考察

萊助教不想到野外看看嗎？我們?nèi)ビ^測火山吧。

大地君好啊，一定去。

這是大地君第一次野外考查。前輩們都說：“地球科學的樂趣在于整個地球就是一個實驗室?！比R先生總是充滿活力，研究室的前輩們也坐不住了，我也加入其中，一同前往火山。

萊助教觀測可是有點艱苦，你行嗎？我覺得你話不多呀。

大地君半山腰的綠色真好看，但越靠近火山口綠色就越來越少了。再往前只有碎石塊了。

萊助教如果算上小規(guī)模的噴發(fā)，這座山可以說一直在不斷噴發(fā)?；鹕絿姲l(fā)的時候，排出高濃度的火山氣體，植物無法生長。火山的規(guī)模是不是令你很吃驚？最近幾周一直在拼命學習吧？

大地君是的。這景致很壯觀。教科書上畫的火山斷面圖是哪個部分？說實話，我有點不知所措了。我們?nèi)祟愄煨×恕?/p>

萊助教能有這種感覺，這次就沒白來。什么時候再去三宅島看看吧。2000年的火山噴發(fā)到今年正好是10年。有些植物在高濃度的氣體下枯死，未能返島的災民愿意回來嗎？我想你學習的災害社會學在這方面可以發(fā)揮重要作用。

大地君是的，盡管如此，我還是不想呆在地震研究室觀測火山。

萊助教關(guān)于地震與火山的關(guān)系，回去再研究吧。

2 火山與地震的分布

大地君把今天觀測過的火山在日本地圖上做了記號。山那么大，但在地圖上只是一個小點。他還想把國內(nèi)全部活火山都作上記號。日本的活火山太多了（圖1）。

大地君活火山這樣有規(guī)律地排列著，這不能說是偶然現(xiàn)象。

萊助教日本的確是個火山之國，但并不是哪里都有。從千島群島開始，橫跨北海道，再穿過東北的中部，一直到關(guān)東西端，火山連接了伊豆半島、伊豆諸島、小笠原諸島。這個形狀是不是在哪里見過？

圖1 活火山（▲）的分布。活火山與海溝平行。點為震源，顏色表示震源深度

大地君對，是海溝。與千島海溝、日本海溝、伊豆－小笠原海溝的連接線平行。也許……。

再看看地震分布，二者非常一致（圖1）。按深度、顏色區(qū)分的震源分布與火山連接線平行。地震的分布與活火山的分布一定有某些關(guān)系。

萊助教我們把連接活火山的線稱為“火山前沿”。在日本，靠近火山前沿東側(cè)（太平洋一側(cè)）幾乎沒有活火山。此外，在火山前沿，火山的數(shù)量和噴發(fā)物的量最多，相反，從火山前沿向西越遠越少。

大地君哦，是那樣？

萊助教通過觀測看到的很多噴發(fā)物是由形成火山的主要成分巖漿構(gòu)成。讓我們來研究一下巖漿在日本的地下深處是怎樣形成的吧。

我第一次看到世界震源分布時也是這樣好奇?？纯吹厍虻臋M切面，我們就會明白地震為什么只在固定的地方發(fā)生。通過研究地球內(nèi)部發(fā)生的現(xiàn)象就一定會搞清地表發(fā)生的各種現(xiàn)象。

向日本下方俯沖的太平洋板塊在海底移動了1億年以上。板塊上面與海水反應，形成了很多含水的礦物。另一方面，隨著海洋板塊向日本列島下俯沖，形成高溫、高壓，由此，板塊中包含的水漸漸滲出，水的存在降低了使巖石融化的溫度，這就形成了巖漿的基礎(chǔ)。一旦形成的巖漿比周圍的巖石輕，它就會慢慢向上移動，最終在地表形成火山。由于這一系列的活動過程，在擠壓出水的深處正上方分布著的就是火山前沿（圖2）。

圖2 海洋板塊滲出的水形成巖漿的基礎(chǔ)，最終形成日本列島的火山

3 大地君的學習筆記

板塊俯沖帶的巖漿及火山形成過程。① 海洋板塊中有很多含水礦物。② 與海洋板塊一起俯沖的含水礦物中的水分在某一深度會被擠壓出來。③ 在水分增加的部分，巖石會在比通常還低的溫度開始融化。④融化的巖石形成巖漿上升，到達地表，形成火山。

4 新堂教授的簡單提問

新堂教授第一次觀測感覺怎么樣？

大地君來到野外感覺真爽。看到大火山，了解了它的形成，看了構(gòu)成巖漿的礦物的顯微照片。地球科學是一門宏觀微觀都研究的學問。

新堂教授是呀，宏觀、微觀世界都能自由翱翔。那么你能告訴我地震和火山的另一個關(guān)系嗎？請看這幅圖（圖3）。這是10年前三宅島噴發(fā)時的震源分布。你認為它表明當時地震和火山有怎樣的關(guān)系？

大地君是不是巖漿向前移動時，地殼破裂，發(fā)生了地震？

新堂教授正確。在這幅圖中，每過一天，震源都會向西北移動，而一周后，山頂發(fā)生大沉陷，形成破火山口。請問這該如何解釋呢？

圖3 伴隨2000年三宅島火山噴發(fā)的地震活動。點表示震源位置，顏色表示地震活動的時間。可見震源從三宅島向西北移動

大地君我覺得震源位置的移動表明巖漿的運動。巖漿向西北移動的話，火山口下方不就變空了嗎？

新堂教授嗯，很好。正確的答案是巖漿向火山口供給不足。三宅島地下15km深處存在著大量巖漿。從這里供給火山口的巖漿為什么會向西北方向移動呢？這種情況可以用震源分布的時間推移來說明（圖3）。由于火山口巖漿缺失，壓力就下降，最終像被塞子堵住了的山頂物質(zhì)發(fā)生沉陷，形成破火山口。這個謎解開了。當時，研究所各專業(yè)的同仁都給出了自己的觀測結(jié)果，奉獻了智慧。

大地君先生也去觀測了嗎？

新堂教授沒有，我沒去。我是在發(fā)生塌陷的兩天前在那里進行觀測的，如果塌陷再提前幾天的話，那就不可想象了，太險了，太險了。

我越來越感到，無論是地震還是火山，人類都還無法戰(zhàn)勝它。最初想解決這些問題的想法是不對的。生活在地震之國、火山之國的我們只能與它們共存。