地幔中也能发生脆性破裂，板块俯冲带藏着啥秘密？

想象一下：在距离你脚下600多公里——相当于堆叠70多座珠穆朗玛峰那么深的地方——岩石竟然也会像瓷器一样发生破裂，引发地震！这听起来似乎有点魔幻？但在地幔中确实存在着“深源地震”！而解开这个地球深部地震谜题的关键，就藏在一张著名的全球“拼图”——板块构造图，以及一条名为“和达-贝尼奥夫带”的神秘倾斜带上！

图：地球分层与各圈层物理特征

#地球的拼图与一场关键“辩论”

熟悉地学的朋友们对全球板块分布图一定不陌生。1968年，法国科学家勒皮雄将地球坚硬的“外壳”（岩石圈）划分为六大块，并指出板块边界并非简单的大陆边缘，而是海岭、岛弧和巨大断裂带。这就是板块构造学说的开端。

但科学革命从来就不是一蹴而就的！板块学说能最终胜出（击败了如“地球膨胀说”等对手），一个决定性证据就是确认了“俯冲带”的存在。简单说，即地球表面积基本不变，而海底又在不断扩张，那老的海底去哪了？答案就是：它像巨大的传送带一样，俯冲钻进了相邻板块之下！而证明这种“俯冲”真实发生的“铁证”，正是我们今天的主角——和达-贝尼奥夫带，以及发生在其中的深源地震！

#颠覆认知的难题：地幔中也能地震？

早期的地震学家有个根深蒂固的观念：地震只发生在地表附近几公里深处，就像瓷器在压力下碎裂。再往深处，高温高压会使岩石变得像橡皮泥一样柔韧（塑性变形），只会缓慢流动，而不会突然破裂引发地震。

然而，从70年代开始，观测数据不断“打脸”：构造地震也能发生在深达650公里的地幔中！这简直不可思议——在那个深度，压力巨大，温度极高，岩石理应“软绵绵”才对，怎么可能像浅层岩石一样“脆生生”地断裂呢？这个矛盾，成了当时地震学界的重大悬案。

#年轻天才的突破：和达清夫的发现

当时，地震频发的日本建立了世界最先进的地震台网。1920年代，年仅25岁的日本气象厅雇员和达清夫，利用这些宝贵数据和新的地震深度测定方法，仔细分析地震波（尤其是P波和S波到达的时间差）和震动强度分布。

他敏锐地发现异常：有些地震，即使在震中正上方，P波和S波到达的时间间隔也很长；同时，它们的震动强度峰值不高，但震感影响范围却较大。这些特征都指向一种结论：这些地震的源头，不在浅处，而是深埋于地下数百公里！

1935年，和达清夫绘制了一幅里程碑式的图件：展示了日本附近地震位置及震源深度的分布。结果发现：震源并非杂乱无章，而是沿着一条倾斜的平面，从日本东海岸向西，深度稳定增加。他大胆推测：地壳中存在一个倾斜的“软弱面”，地震更容易沿着这个斜面发生。

#贝尼奥夫的接力：解密“俯冲赛道”

时间来到1940年代末及以后，美国地震学家雨果·贝尼奥夫接力研究这一现象。他进行了更广泛深入的分析，并给出了革命性的科学解释：

1. 深源地震带 = 俯冲带：这些倾斜分布的地震带，正是大洋板块俯冲到相邻大陆板块之下的铁证！

2. 全球性规律：深源地震几乎都出现在深水大洋的边缘，它们被限制在一条从地表一直倾斜延伸到600多公里深度的狭窄带内。

3. 命名：为纪念两位先驱，这条揭示板块俯冲轨迹的倾斜地震带，被命名为和达-贝尼奥夫带（简称贝尼奥夫带）。

#板块学说的“定海神针”

和达-贝尼奥夫带的存在，为板块构造学说提供了最直接、最关键的证据之一。

• 板块运动的拼图：板块学说描绘了这样一幅图景：板块从大洋中脊新生、扩张；在汇聚边界（通常是海沟），一个板块（通常是较重的海洋板块）俯冲插入另一个板块之下，向下潜入地幔。这就像是地球表面进行的一场规模宏大的“板块跳水比赛”。

图：软流层对流循环示意图

• 和达-贝尼奥夫带：俯冲板的“骨架”：俯冲下去的板块（称为俯冲板片）温度比周围地幔低很多，因此它更冷、更硬、更脆（就像一块冷却的钢片插入熔炉）。贝尼奥夫带清晰地勾勒出了这个俯冲冷板片的形状和位置。深源地震并非发生在“软绵绵”的正常地幔中，在俯冲过程中，板片内部相对低温且刚性更强，依然能积累应力并发生脆性破裂。

最令人惊叹的是，和达清夫和贝尼奥夫对这条带的发现和解释，比板块构造学说正式提出并确立超前了20多年！他们基于地震观测数据的大胆假设和深刻洞察，为后来理解地球动力学的革命性理论铺平了道路。

参考文献：

1. 地震浅说（作者：陈运泰）；

2. 普通地质学（作者：舒良树）；

3. 地震的分类（陈运泰等）；

4. 深源地震（Cliff Frohlich）；

5. 中国及其周邻地区中深源地震的活动特征分析（方炜等）；

6. 深源地震的余震序列及其破裂机制（A.Viens)

图件：来源于网络

撰文/编辑：熊丹

一审：盛馨逸

二审：简益波

终审：刘小龙