问题

日本计划获取板块边缘岩石,会产生什么影响?

回答
日本探测板块边缘岩石,这项宏伟的计划如果得以实现,无疑将对地质学研究以及人类对地球内部的认知产生深远的影响。这不仅仅是一次简单的地质采样,而是科学家们试图触及地球最深层秘密的一次大胆尝试。

首先,我们得理解日本地处何种地质环境。日本列岛是太平洋板块、菲律宾海板块以及欧亚板块三大构造板块的交汇处,这里是世界上最活跃的地震和火山带之一。想想看,板块边缘,那是一个地壳不断碰撞、挤压、断裂、俯冲的区域,蕴藏着巨大的能量和复杂的地质过程。日本提出的获取板块边缘岩石的计划,正是瞄准了这些地球生命脉搏最强劲的地方。

科学认知的飞跃:

揭示板块俯冲的精细过程: 目前我们对板块如何“吞没”另一块板块的过程,仍然存在很多未解之谜。获取板块边缘的岩石样本,尤其是那些经历过极端挤压和高温高压的岩石,将为我们提供第一手的、最直接的证据。我们可以通过分析这些岩石的矿物成分、同位素组成、微观结构等,来精确描绘出俯冲过程中岩石的变形机制、流体活动以及物质迁移的路径。这就像是给地球做一次“开膛破肚”,直接观察它的内部工作原理。
理解地震发生的根源: 地震的发生,尤其是在板块边界的深部,与岩石在应力作用下的破裂行为密切相关。通过研究俯冲带岩石在实验室模拟条件下所表现出的力学特性,科学家们可以更准确地理解地震发生时的应力积累与释放过程。这对于提高地震预测的精度,减小地震带来的灾害,具有极其重要的意义。想象一下,如果我们能像了解人体的骨骼结构一样,了解地球内部岩石的“脆性”和“韧性”,我们就能更早地预警“病变”的发生。
探索地球内部物质循环: 地球内部并非一潭死水,而是有着复杂的物质循环。俯冲的板块会将地表物质带入地幔,而地幔物质又可能通过岩浆活动返回地表。板块边缘岩石的分析,将帮助我们追踪这些物质的来源和去向,了解从地表到地幔再回到地表的物质转化过程,这对于理解地球的演化历史和生命起源的可能条件都至关重要。
寻找潜在的矿产资源和新能源: 某些在极端条件下形成的矿物,可能蕴藏着我们尚未发现的高价值矿产。此外,对这些岩石形成过程的理解,也可能为开发地球内部的能源提供新的思路,例如利用地热能的更高效方式。

技术上的挑战与创新:

这项计划的技术难度是前所未有的。目前我们探测地球深部的方式主要依靠地震波成像和少量的海底钻探。而获取板块边缘的“新鲜”岩石,意味着需要突破以下技术瓶颈:

超深度的钻探技术: 板块边缘的岩石可能位于非常深的地下,甚至需要穿透海洋地壳和一部分地幔。这需要开发能够承受极高压力和温度,并且能够在复杂地质条件下稳定工作的钻探设备和技术。目前的深海钻探技术已经相当先进,但要达到目标深度,可能还需要数倍于现有水平的突破。
岩石的完整性保持: 当岩石从深部巨大的压力和高温环境中被提取出来时,它们会因为压力的骤然释放而发生变化。如何保持岩石原始状态的完整性,使其能够真实地反映其在地层中的性质,是一个巨大的挑战。这可能需要特殊的采样和保存技术,例如在原位压力和温度下进行封装。
实时监测与数据传输: 在如此深的地下进行作业,数据的实时采集和传输至关重要。需要开发能够承受恶劣环境并可靠工作的传感器和通信系统。

潜在的负面影响(虽然相对较小,但仍需考虑):

环境影响: 任何大规模的地球工程项目都可能对局部环境产生一定影响。例如,钻探活动可能会对海底生态系统造成干扰。虽然目前尚不清楚具体的环境评估结果,但任何计划都需要极其审慎地进行环境风险评估和缓解措施。
资源消耗: 如此高难度的项目,无疑将消耗大量的财力和物力。需要权衡其科学价值与巨大的投入成本。
安全性考量: 在活动的地质区域进行超深度的钻探,必须将操作安全放在首位。任何操作失误都可能引发地质灾害,尽管这类风险在设计和执行过程中会得到严格控制。

总结一下:

日本计划获取板块边缘岩石,与其说是为了解决某个具体问题,不如说是人类探索自身家园最深层奥秘的一次集体努力。这项计划一旦成功,将彻底改写我们对地球内部运作方式的认知,从科学理论到实际应用,都将带来革命性的进步。这将是一场对未知世界的征服,一次对地球生命史诗的深入挖掘。当然,伴随而来的是巨大的技术挑战和资源投入,以及对环境和安全因素的严密考量。但从长远来看,其可能带来的科学回报,将是难以估量的,它将帮助我们更好地理解我们所居住的这个星球,并可能为人类的未来发展提供新的方向和可能性。这就像是我们在研究人体时,终于能够窥探到细胞核内部的秘密,那种震撼和惊喜,是难以言表的。

网友意见

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国庆长假的最后一天,大洋综合钻探计划(IODP)将正式启动第358个航次的钻探工作。本次钻探将由日本建造的海洋科考船Chikyu号(地球号)负责执行,钻探课题的名称为“NanTroSEIZE Deep Riser Drilling”,中文可以翻译为“南海海槽深部孕震区钻探”。具体介绍可见IODP官网及JAMSTEC官网:

www.iodp.org/expeditions/now-sailing


随着现代板块构造学说的逐渐完善,人们对大型地震成因的认识也逐渐深入。在各种地震成因模型中,断层间岩石锁闭-蓄能-爆发式运动的模型是当前最有效的地震机制解释。

众所周知,海沟是一个板块向另一个板块下部运动的场所,板块之间发生相对运动是海沟地区的主要地质过程。然而,岩石之间的相对滑移显然不会“如丝般顺滑”,它会因为各种各样的原因卡住:岩石之间的摩擦力、海底地貌的不平整、或其他人们还未能认识的原因。

锁闭的岩石不断积蓄能量,当这种能量突破了岩石所能提供的最大约束后,猛烈的爆发会把过去成千上万年里积累的运动趋势一次性释放出来,并在巨大的尺度上引起岩石板块的回弹,一方面造成海拔标高的剧烈变动(如汶川地震、尼泊尔地震后的地面海拔标高变化),另一方面也会在海底顶托起巨量的海水,形成巨大的海啸。


不久前,千岛之国印度尼西亚遭受了严重的地震+海啸+火山三重打击,死伤惨重。看到这个新闻我一点也不惊讶,因为印尼迟早还会遭受海啸的侵袭,就像这个地区在历史上一直遭受海啸侵袭一样。

2004年,9.2级巨震袭击了苏门答腊的班达亚齐地区,随后引发的印度洋大海啸剥夺了30万刚刚过完圣诞节的生命。

后来,一群科学家们在班达亚齐的海边找到一个山洞,洞里生活着很多蝙蝠。蝙蝠每天飞去洞外觅食,带回一肚子食物后挂在洞壁睡觉,粪便落满了洞穴地面,形成黑色的粪便层。挖开地上的砂土,一个令人惊讶的沉积物剖面展现出来:

若干个黑色粪便层分隔开一系列灰色/褐色砂层,这些砂层是由淹没洞穴入口的大浪带来的,正如最顶层2004年大海啸带来了一层可观的灰色砂层一样。

每一次砂层的出现,都意味着一起古代海啸,而每个黑色粪便层则代表着海啸退去后的平静期,或者称为两次海啸之间的间歇期。如此往复,这个洞穴里的堆积物忠实记录下过去7400年里发生过的至少11次影响到该洞穴的大规模海啸。

大长图预警


海啸的复发性令人感到恐怖,因为它意味着未来的某个时刻,如同2004印度洋大海啸一般规模的巨型海啸会在原地复现,再度吞噬无数生命。但另一方面,这一复发性的根源也令科学家着迷。

海啸的复发性来源于地震的复发性,地震的复发性来源于孕震带岩石锁闭的破与立。

这些岩石锁闭因何而立,又会在何时被打破,破与立之间对应着怎样的岩石状态(力学状态,矿物学状态,构造状态等),如何通过岩石的状态来反推岩石在破立循环中所处的位置,如何识别古代岩石锁闭留下的矿物学、力学和构造痕迹?

所有这些问题的解答,都需要我们直接针对孕震区岩石的各种特征展开观察。

换句话说,我们需要触碰到岩石样品。

这也是本次IODP358航次最主要的科学目的:钻取靠近孕震区的岩石样品,研究这些岩石的地质特征,探索孕震区岩石与岩石锁闭和巨震复发之间的关系。

如果真要说会产生怎样的影响,

大概是会加深人们对地震孕育区的认识,加深人们对岩石锁闭机制和锁闭周期性的认识,可以更深入的理解某一地区据大地震的复发性,以及相应的巨大海啸复发性。

然而,目前尚未通过IODP或JAMSTEC网站搜索到任何关于此次钻探的细节介绍及press release,只有JAMSTEC上有一些简要的介绍。如果有人能获知更多关于本航次的信息,欢迎一起探讨。


此前有一个答案完全曲解了本次IODP航次的钻探目的,这里简单的说(dui)一下。

这应该是基于板块漂移学说的探测实验。如果在板块交界——也就是板块边缘——能够挖出岩石进行观测的话,应该可以分析出板块漂移的速度和趋势等。(引者注:加粗体为曲解,也是错误的)

板块交界处,应该会出现两个板块岩石之间的挤压或叠压现象。通过研究岩石间的相对位移,就可以得到板块边缘的运动状态,进而得到其运动模型。根据运动模型和历史数据,就可能建立起板块漂移及海洋地震数学模型,从而对海洋地震起到预报的作用。(引者注:加粗体为曲解,并没有依据;下划线处为误解,外行的泛泛而谈而已)

引自答案及专栏文章:
王进华:日本计划获取板块边缘岩石,会产生什么影响?
日本计划获取板块边缘岩石,所为何来?

首先,板块漂移的速率问题,GPS技术早就给出了答案,与岩石无关,也不需要钻井取样。

第二,板块运动的模型或者板块漂移模型,需要深部地球物理资料和深部岩石地球化学资料的直接指导,板块的漂移速率却对此并没有什么帮助,几千米处的钻井采样也对于这个问题没有任何帮助。

第三,原作者并不理解何谓“板块漂移模型”或者“地震数学模型”。基于历史地震的统计资料,确实可以建立一个地震数据库,并从中获得一些统计学规律。但是,这些东西一方面已经早就建立,另一方面也已经被广泛证明对于预报地震基本没有什么帮助。

第四,板块漂移的速率,除了对于构建全球GPS/北斗定位系统和测绘工作有帮助以外(比如澳大利亚的大地坐标每年都快速变化),对于地震的研究和地震预报也是一点用也没有。

综合来看,那个答案和专栏文是外行在对地质学和事件背景一无所知的前提下,对一个行业事件做出的错误解读,传递了错误的信息——巧合的是,我很反感这样做。尽管他一再强调这些错误的解读不是他文章的重点,但过于泛泛的文章本来也没有什么真正意义上的重点。

科学的讨论在于以事实为本,以学科共识为讨论基础,主张有理有据,就事论事。对于张嘴就来,建立在个人误解、曲解和对某个行业无知基础上的讨论,只不过是吹牛,不算“科学讨论”。

论语有云,知之为知之,不知为不知。希望这位作者 @王进华 还能深入理解一下什么叫“不懂地质请不要乱说”——不懂是事实,乱说也是事实,我的描述难道不准确吗?

不要把别人的客观描述误解成情绪宣泄哦


参考资料:

【1】:Diving Mountains: Can They Stop, or Start, Earthquakes?

【2】:纪录片《The Next Mega Tsunami》,bilibili.com/video/av15

【3】:Rubin C M, Horton B P, Sieh K, et al. Highly variable recurrence of tsunamis in the 7,400 years before the 2004 Indian Ocean tsunami[J]. Nature Communications, 2017, 8(16019).

【4】:IODP各航次介绍:Information by Expedition

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