地震新知(3)
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地震形成金属矿？
地震虽然给人们的生命和财产造成了巨大损失，但也有好的一方面，那就是大地震往往也是地下金属矿的成矿过程。
针对地震与成矿之间的关系，科学家做了大量研究，也取得了不少进展。澳大利亚科学家近期的研究表明，地震中地下流体的瞬间蒸发，可使金矿发生沉淀。事实上，地震和火山爆发所造成的地壳浅表温度、压力和pH值等参数的临界转换是很多热液矿床形成的基本因素。
在地震过程中，含矿热水在大地构造运动的驱动下沿断裂带迁移上升，由相对封闭体系进入到半开放-开放体系，特别是伴随有热水隐爆作用发生时，伴随含矿热水的多种理化条件或参数的改变，热水体系快速远离平衡态，使热水组分的浓度增大，矿物沉淀形成。
在大型斑岩铜矿和金矿的勘探开采过程中，人们都发现了大量隐爆角砾岩。这也从另一个方面说明，斑岩铜矿和金矿的成矿过程往往伴随着地震的发生。
2011年2月22日，位于汶川地震断裂带的平武县南坝镇文家坝村山体发生冒烟现象。平武县位于北川和青川之间。经过专家现场勘查及权威机构的监测数据资料报告，此处山体含有大量磷、硫、铁、锰等矿物质。地震后，山体垮塌，原先深埋地下的矿物质裸露，造成自燃。进一步的钻井岩芯化学分析表明，汶川地震主破裂带富集了磷、硫、铁、锰等元素。这说明，地震是一种由断裂运动激发引起的地下隐爆和成矿过程。这次地震只是漫长的地质活动过程的一个瞬间，也是成矿过程的一个阶段。一个成矿过程往往延续百万年。在百万年内，沿一个地震断裂带会发生无数次地震，每一次地震都是对成矿的一次贡献。
前人的研究成果表明，在数百万年的地质历史内，龙门山断裂带发生过多次地震。沿着汶川地震带分布的一系列大大小小的铁矿、磷矿等，就是不同时期的地震所形成的。
地震与地下放电
地光，也叫地震光，是强地震前后常见的一种自然现象，在国内外文献中均有不少记载。唐山大地震由于发生在夜间，震区多人看到了耀眼的地光。5·12汶川地震发生在白天，地光在震区并不明显;但在400千米外的天水，还是有人拍摄到了这种与地光相关的地震云(图4)。
地光实质上是放电现象，是一种负电荷和正电荷碰撞形成的电子湮灭发光。早在16世纪，人类就已经发现，静电在放电过程中会发光，尤以摩擦放电最为典型，当电荷密度达到每平方米0.1微库仑时，就能看到发光现象。
美国科学家发现，当地震迫近时，地下活动会发生“奇怪变化”，产生强电流。“这种电流很强。里氏6.0级地震产生的电流高达10万安培，里氏7.0级地震产生的电流高达100万安培”。常见的家用电表的最大电流一般不超过60安培。
如此强大的电流是怎样产生的？地球真的带电吗？
现代科学研究表明，地球是一个巨大的带电球体，不同的圈层具有不同的带电特征。地球大气层总体带正电，地球大地表层总体带负电。全球大地带有5.6×105库仑的负电荷，整层大气电位差为3×105伏特，地面电场平均强度130伏特/米。大气层中既存在正离子，也存在负离子，但正离子平均比负离子多12.5%左右。因此，地球大气总体表现为带正电荷。
既然地球浅表层总体表现为富集负电荷，那么富集的负电荷是从哪里来的呢？
研究显示，地球深部高温、高压下的元素转换发生的电(核)化学转换产生了负电荷。这些负电荷会随着流体向上运移，逐渐聚集在地球浅部的圈闭(一种能阻止电荷继续运移并能在其中聚集的场所)中。一旦构造断裂运动使得地球表层破开一个口子，就会发生电荷的突然泄露爆炸，并产生地震。
通过前文的介绍，我们知道，地下深处是一种高温、高压环境，物质处于一种超临界状态。部分元素的原子核也并不稳定，不断有放射性现象发生。所谓放射性，是指元素从不稳定的原子核自发放出α射线、β射线、γ射线等的现象。
从构造动力学可能更容易理解这种物质变异过程。在地球的浅层——主要是地壳，物质处于“形变区”，构造运动和压实作用就是分子团间的形变。比如，压实作用就是分子团间的孔隙压缩。
随着深度的增加，主要在软流圈部分的压力和温度逐渐增大，物质孔隙已经被压缩到极限，孔隙度近于零。物质处于“相变区”，这是一种分子内原子间的重新排列和变位压缩，比如煤炭、石墨、金刚石都是致密的单质碳元素，但煤炭的密度小于石墨和金刚石。这说明，石墨和金刚石原子受到了不同程度的压缩，密度逐渐增大。
随着深度的进一步增加，主要在地幔和外核区，进入“电子云变区”，原子间已无法再被压缩，压缩进而到达原子内的电子层范围，也就是部分物质的原子内外侧的不稳定电子可能会被挤出，使得β射线衰变释放出电子，这些电子会随着地下深处的流体向上运移并富集。
研究表明，这些来自地球深部的负电荷主要富集在断裂破碎蚀变带内。这些蚀变矿物往往是含水黏土矿物，多呈片状结构，如高岭石族、伊利石族、蒙脱石、云母族。显微镜下，它们似一摞扑克牌。平坦一侧带负电，边缘一侧带正电，总体上带负电。就好比断裂破碎带内有无数个电容器。黏土颗粒具有很大的比表面积，1克黏土的比表面积可以达到800平方米。
地下深处的累积负电荷在火山喷发时会随着地球深处的岩浆向外喷射，与大气中的正电荷作用，形成闪电。过去，人们把这种随火山岩浆喷发出现的闪电现象解释为“高温使空气电离”，但这种认识是错误的，如果这种高温能使空气电离，那么钢铁厂的高温熔融的铁浆也应该会发生闪电，事实上并没有。这说明，累积在地下深处的电荷突然受构造运动激发而发生地下放电爆炸给地震贡献了另外一种能量。因此，地震也是一个地下雷暴过程。
其实，在20世纪70年代，就有苏联学者提出了地震成因的电击穿说。作为地震时地内存在强电场的直接观测证据，苏联地震学家曾在1966年塔什干地震余震活动期间，看到置于500米深井下的无电流电缆头上产生了放电现象，并使得电缆头熔化。1972～1974年，乌兹别克科学院的地震研究人员在恰尔瓦克水平坑道中偶尔进行了地球脉冲电磁场变化观测，证明地壳发射电磁脉冲，而且在地震前几十个小时或几天前，电磁脉冲强度异常变大。 (梁光河)