<p>在夏威夷的火山深處，巖漿從一個巨大的扁平的、相互連接的房間中涌出，這似乎是過去七年里大島上感到的一群無法解釋的小地震的原因，尤其是自2018年k火山噴發(fā)和山頂坍塌以來。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些像烙餅一樣的巖漿室被稱為&ldquo;窗臺&rdquo;，向橫向和向上引導(dǎo)巖漿，為島上至少兩座活火山(莫納羅亞火山和k ā lauea火山)的巖漿室補充能量。加州理工學院的地球科學家使用機器學習算法，能夠使用從島上地震臺站收集的數(shù)據(jù)繪制出窗臺的結(jié)構(gòu)，以前所未有的精度繪制它們，并證明它們連接了火山。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/image001_oV7aIUL.max-500x500.gif" alt="Sills" width="500" height="281" />&nbsp;</p> <p>此外，研究人員能夠監(jiān)測巖漿從窗臺向上推的過程，并將其與Kīlauea的活動聯(lián)系起來。他們分析了2022年5月結(jié)束的一段時間，所以還不能說他們是否能發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致11月27日莫納羅亞火山噴發(fā)的巖漿流，但研究小組打算接下來研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在這項研究之前，我們對夏威夷地下深處的巖漿是如何儲存和運輸?shù)闹跎佟，F(xiàn)在，我們有了管道系統(tǒng)重要部分的高清地圖，&rdquo;加州理工學院研究生約翰&middot;d&middot;威爾丁(22屆碩士)說，他是一篇論文的共同主要作者，該論文描述了12月22日發(fā)表在《科學》雜志上的研究。這項研究代表著科學家們第一次能夠直接觀察到位于地下這么深的巖漿結(jié)構(gòu)。懷爾丁說:&ldquo;我們很清楚巖漿在15公里深以上的系統(tǒng)淺層的作用，但到目前為止，這以下的一切都只是推測的主題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>根據(jù)2018年至2022年中期3.5年期間發(fā)生的19.2萬多次小地震(小于3.0級)的數(shù)據(jù)，該團隊能夠繪制出十多個堆疊在一起的基座。最大的約6公里乘7公里。窗臺的厚度一般在300米左右，間隔約500米。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;火山地震的典型特征是震級小，在巖漿動蕩期間頻繁發(fā)生，&rdquo;地球物理學博士后研究員、《科學》雜志論文的聯(lián)合第一作者朱偉強說。&ldquo;我們對機器學習，特別是深度學習的最新進展感到興奮，這有助于準確檢測和定位由密集地震網(wǎng)絡(luò)記錄的這些小地震信號。機器學習可以成為地震學家分析大型存檔數(shù)據(jù)集、識別小地震模式、深入了解底層結(jié)構(gòu)和物理機制的有效工具。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Wilding和Zhu與William E. Leonhard礦物物理學教授Jennifer Jackson合作;地球物理學助理教授、威廉&middot;h&middot;赫特學者扎卡里&middot;羅斯;他們都是論文的資深作者。今年10月，羅斯被任命為2022年帕卡德科學與工程研究員之一，該獎學金將為這項研究提供資金支持。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究小組不需要放置任何硬件來進行研究;相反，他們依賴于美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)在島上的地震儀收集的數(shù)據(jù)。然而，羅斯實驗室開發(fā)的機器學習算法賦予了他們從噪聲中分離信號的前所未有的能力，也就是說，可以清楚地識別地震及其位置，從而創(chuàng)建一種3d&ldquo;點云&rdquo;來說明基巖。</p> <p>&nbsp;</p> <p>羅斯說:&ldquo;這類似于CT(計算機斷層掃描)掃描，醫(yī)生可以通過這種方式可視化病人的身體內(nèi)部。&rdquo;&ldquo;但我們沒有使用x射線的可控源，而是使用被動源，也就是地震。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團隊能夠記錄的地震數(shù)量是以前的10倍，他們能夠以不到一公里的誤差范圍精確定位地震位置;之前的位置是在幾公里的誤差范圍內(nèi)確定的。這項工作是使用一種深度學習算法完成的，該算法使用之前識別的數(shù)百萬次地震的訓練數(shù)據(jù)集來識別地震信號。即使是小地震，在地震記錄上可能不會引起人眼的注意，該算法也能找到將地震與背景噪聲區(qū)分開來的模式。羅斯此前曾利用這項技術(shù)揭示了地下流體的自然注入是如何導(dǎo)致加州卡韋拉附近持續(xù)了四年的地震群的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些窗臺的深度似乎在36-43公里左右。(作為參考，人類迄今為止鉆到地球最深的地方只有12公里多一點。)科學家們早就知道，在夏威夷地下約35公里處存在相位邊界;在這樣的相邊界上，具有相同化學成分的巖石從上面的一組礦物過渡到下面的另一組礦物。通過研究這些新數(shù)據(jù)，杰克遜認識到，在這塊巖石中發(fā)生的轉(zhuǎn)變與巖漿注入相結(jié)合，可能會發(fā)生化學反應(yīng)和過程，從而使巖石受力或變?nèi)?，這可能解釋了基巖的存在&mdash;&mdash;進而解釋了活躍的地震活動。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Jackson說:&ldquo;尖晶石向斜長石的轉(zhuǎn)變可能發(fā)生在夏威夷地下淺層巖石圈地幔內(nèi)的擴散遷移、夾閉和巖漿熔體的結(jié)晶過程中。&rdquo;&ldquo;這種組合可以表現(xiàn)出由耦合變形和化學反應(yīng)引起的瞬態(tài)削弱，這可能促進裂紋擴展或故障激活。反復(fù)的巖漿注入會不斷地調(diào)節(jié)基巖復(fù)合體中的晶粒尺寸，延長巖石地震變形的條件。這一過程可以利用強度的橫向變化來產(chǎn)生和維持我們觀察到的橫向致密發(fā)震特征。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員說，目前還不清楚大島下面的基巖是夏威夷獨有的，還是這種次火山結(jié)構(gòu)很常見。&ldquo;夏威夷是世界上監(jiān)測最好的島嶼，數(shù)十個地震臺站為我們提供了一扇了解地表下情況的窗口。我們想知道，還有多少其他地方也發(fā)生了這種情況?&rdquo;威爾丁說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>同樣不清楚的是，巖漿的運動是如何引發(fā)微小地震的。地震描繪出了這些結(jié)構(gòu)，但人們對地震的實際機制還不甚了解。研究人員說，這可能是因為大量的巖漿注入空間會產(chǎn)生很大的壓力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這篇論文的題目是《夏威夷地下的巖漿網(wǎng)》。這項研究由國家科學基金會和噴氣推進實驗室資助，加州理工學院為NASA管理。本研究的計算是在Resnick高性能計算中心進行的，該中心由加州理工學院的Resnick可持續(xù)發(fā)展研究所支持。</p> <p>&nbsp;</p> <p>圖片:莫納羅亞的東北裂谷帶裂縫3噴口和熔巖通道。美國地質(zhì)調(diào)查局圖片由L. Gallant提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>