北极灾害频发的深层次原因：北极磁场正在向俄罗斯飞奔

                       杨学祥，杨冬红（吉林大学）

    关键提示：近年来全球强震频发，发生这一系列灾难的根本原因是由于地磁引起的。二千年以来全球磁场持续减弱，而最近150多年地磁强度下降了10%-15％。南大西洋出现地磁异常区，其磁场减弱达35％，地球磁极弱化，处于“磁极翻转”的雏形阶段，这可能是地球发生许多灾变和异常现象的深层次原因。

       从过去一百年的地质数据上看来，磁北极移动速度一直处于每年5～10公里的正常范围。可是到了上个世纪末，磁场北极突然加速移动，并以每年60公里的速度向西飞奔。这是近期北极异常灾害频发的深层次原因。

       地磁变化的深层次原因是核幔差异旋转造成的地球自转动能与热能交换导致热幔柱发生和喷发，地磁变化是超级火山喷发的前兆。

相关报道

北极磁场正在以每年60公里的速度向俄罗斯飞奔，磁地图应加快更新

原创小艾科技说昨天

如果要问，地球为什么存在生命，其中最主要的一个原因就是来自地球磁场的保护。金星虽然有着浓厚的大气层，但是自转极慢，导致其并未产生强有力的磁场对抗太阳风。太阳的高能辐射分解了金星上的水，导致金星极其枯燥，所以金星绝不会产生生命。

如果地球没有磁场，那么地球上的海洋也会被太阳风分解，导致溢散到外太空。

地球的磁场来自地球的自转，大气层中的自由电子随着地球自转会形成显著的磁场，这个道理类似于高中学到的右手螺旋定则。

科学发现磁场北极异常移动

在加拿大的高纬度地区，科学家们发现了地球内部存在巨大的液态金属层，该金属层的流动会产生磁场，导致地球大气层磁场受之牵连移动。

从过去一百年的地质数据上看来，磁北极移动速度一直处于每年5～10公里的正常范围。

可是到了上个世纪末，磁场北极突然加速移动，并以每年60公里的速度向西飞奔。

磁北极的移动速度已经远远超出科学家的预期。

这导致地球的卫星通信，车载导航不得不加快迭代更新的速度。否则导航用到去年的老地图会造成较大的误差。

磁北极的快速移动会飞机和轮船导航造成严重影响

普通人或许很难感受到磁场移动带来的变化，可是航班的导航一直以磁场坐标为依据。如果磁场坐标不加快更新速度，那么在高纬度飞行的飞机可能就会被误导，造成与正常航线几十公里的偏离。

我们知道中国古代最早发明了指南针，用于航船捕捞作业。而如今磁北极朝向西方的西伯利亚地区移动。那么对磁场地图的绘制速度就远远落后于磁场移动速度。一般绘制磁场地图需要两到三年时间。而飞奔的磁场会导致新绘制的地图在5到10年内过时。

所以，科学家建议用新的技术加速磁地图的更新换代，最好做到一周一次更新的频率。

http://www.yidianzixun.com/article/0LUncM1X

北极“发高烧”！俄罗斯变暖速度比全球变暖快4倍，危机一触即发

原创中国气象爱好者2天前

据外媒报道称，新的全球变暖研究显示，俄罗斯北极地区2018年的年平均温度高出正常温度2.48摄氏度（简称度，下同），这一地区正在经历严重的变暖，更令人惊讶的是，从统计数据看，自1976年以来的这40年间，俄罗斯北极地区变暖的速度比全球变暖的速度快了4倍！

很显然，人为引起的气候变化正在改变北极圈内的形态和生物环境。事实上2018年除了俄罗斯北极地区经历了严重的变暖外，在2018年北极的年平均气温是有记录以来的第二高，仅次于2015-2016年同期，而自2014年以来的所有五年都比以前的任何记录都暖。

从整体来看，北极现在变暖的速度是全球平均温度增速的两倍多，而俄罗斯北极地区的变暖速度是全球变暖速度的4倍，在北极地区这种变暖增强的特性被称为北极放大效应，它是由多个反馈回路引起的——包括较少的雪和冰来反射入射的阳光，较温暖的海洋将热量释放到大气中，并增加冬季天空的云，从而使地面变得更暖条件。

在俄罗斯北极地区，天气的变暖带来了一个严重的问题——那里原本被冻结的土壤正在因为温暖的天气而升温，人们依靠永久冻土作为房屋，道路，管道和机场的稳定基础。然而，在全球变暖之后，这些结构的完整性日益受到损害，造成巨大的成本。此外，永久冻土包含大量保存的植物和动物物质。如果这种有机物质与永久冻土层一起融化，微生物将开始分解 - 这一过程可以产生足够的二氧化碳和甲烷排放，到2100年可能使全球平均温度再上升0.13至0.27度。

研究人员已经观察到俄罗斯北极地区的冻土出现了整个北极圈内最严重的变暖：在西伯利亚东北部和西北部，调查的结果显示那里的冻土层温度升高了0.90度甚至更高。

所有这些数据告诉我们，北极气候变暖与冻土变暖速度正在同步进行，这将给北极地区带来严重的影响。而俄罗斯科学院西伯利亚分院地球冰冻圈研究所的工作人员表示，由于全球变暖，俄罗斯的南部地区也将变得更加干旱。

http://www.yidianzixun.com/article/0LTULuu6

全球变暖正在北极咆哮？白令海今冬异常消融，北极圈正面临大危机

原创中国气象爱好者4小时前

2018年4月29日，来自美国宇航局（NASA）的科学家们注意到北太平洋与北冰洋交界地区的白令海的怪异情况——仅仅是4月末，这里的冰就已经消失得无影无踪，无冰区甚至向北蔓延到阿拉斯加北岸。

2019年的白令海地区似乎延续了2018年的情况——来自美国国家冰雪数据中心的监测数据显示，2月底白令海地区的冰雪范围非常低，因为整个月都有异常的冰损失。这是白令海峡连续第二年大规模损失冰层，位于该地区的冰层正在以前所未有的速度从人类的视线中退去。

尽管1月-3月是北极的“冰冻期”，在这个时期北极的海冰应该都在增长，但令科学家困惑的是，二月份白令海的海冰范围大幅度退缩，并持续走到低点。

平均而言，白令海冰的增加应该持续到3月底或4月初。该地区的冰块是不稳定的，可以应对风和海浪。然而今年是非常极端的——从1月27日到3月3日，白令海的海冰范围从566000平方公里减少到193000平方公里，减少幅度高达66%，缩减的面积大致已经和日本的国土面积相当。和2018年白令海的海冰锐减相比，2019年的情况似乎更加极端了，截至3月初，2019年白令海冰面积是该年度这一时期卫星记录中最低的。

美国冰雪数据中心分析指出，冰损失的一个主要原因是白令海的强大低压和加拿大西北部的高压。这些压力中心之间的强风将来自南方的暖空气吸入该区域，抑制了白令海的冰生长，同时也将冰推向北方。风暴还破坏了冰缘附近的大面积冰层并减少了海冰的范围。

当然，该地区也观察到比平均温度更高的温度，异常偏暖的温度也是导致白令海地区海冰锐减的重要原因。

除了白令海地区的异常外，2019年2月的北极海冰面积平均为1440万平方公里，这比1981年至2010年的长期平均范围低了900000平方公里，对于整个北极，2019年2月与1979年并列为1979年至2019年卫星记录中第二低的2月份海冰面积，科学家们认为，在这个寒冷的北极海冰原本应该增长的月份里，异常的天气事件正给北极海冰总面积带来影响。

尽管导致白令海海冰异常的原因已经确认是异常天气，但导致这种异常天气的源头可能正是多年来人们一直热议和密切关注的事情：气候变暖。异常的变暖正使得北半球尤其是北半球高纬度地区的天气形势越来越异常，导致一些地区出现异常的持续温暖天气和强风，这可能就是白令海最近遭遇海冰锐减的重要原因。

白令海峡是连接太平洋和北冰洋的唯一海上通道，白令海的海冰对于太平洋和北冰洋来说都具有重要意义——对于当地的渔民，冰层急速消融使得其捕猎活动受到影响，同时冰层的消融还在影响北冰洋地区动物们的摄食习性，生态正发生着一系列变化。当然，它也可能有一些好处——比如北极地区正成为全新的全球贸易航线，而白令海峡降成为北极航道的重要出入口，白令海的冰融有利于航道的持续运行。

http://www.yidianzixun.com/article/0LUYB7gD

近日，美国和加拿大部分地区因“极地涡旋/北极寒流（Polar Votex）”席卷而遭遇极寒天气，中西部地区气温甚至跌破零下50华氏度（约-45.6℃）。你无需亲临美国中西部，就可通过美国航天航空局NASA发布的许多视觉化卫星影像了解这股急冻寒流的威力。

继“极地涡旋”相关的Terra卫星云图和GEOS-5模型卫星影像后，NASA又发布了基于Aqua水文气象卫星的大气红外探测仪（AIRS）的热成像卫星图。NASA用大气红外探测仪（AIRS）监控全球在极地涡旋影响下的气象模式、整体气候和实时气温变化。

NASA解释基于AIRS数据的红外热成像图中，最低气温显示为紫色至蓝色，对应-40℃至-23℃。随着1月20-29日期间的数据变化，你可以看到最冷的紫色区块冷空气团如何南下进入美国部分地区。

受极地涡旋的影响，造成了美国中西部区域严重的问题，不过好在该情况或即将结束，美中西预计将在近日逐渐回暖，回归一二月正常的冬季气温。

https://www.cnbeta.com/articles/science/814777.htm

全球变暖导致地磁减弱：地球磁场百年内方向逆转？

已有 2293 次阅读 2017-2-7 13:54 

全球变暖导致地磁减弱：地球磁场百年内方向逆转？

                                杨学祥，杨冬红

未来百年之内将出现地球磁场反转

凤凰科技讯北京时间2014年6月24日消息，科学日报报道，欧洲空间局(ESA)的三颗SWARM卫星产生的第一批高分辨率结果揭示了地球磁场的近期变化。过去6个月进行的测量证实了地球磁场正在逐渐减弱的趋势，且西半球的减弱程度最为剧烈。而其它地区，例如南印度洋，磁场自1月起有所增强。最新的测量也证实了磁场朝北西伯利亚地区的移动。

图1 地球磁场正在逐渐减弱（红色阴影部分代表磁场增强地区，蓝色则显示了在过去6个月磁场减弱的地区）。

http://tech.ifeng.com/discovery/geography/detail_2014_06/24/36982839_0.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-836910.html

 科学家最新研究表明，未来百年之内将出现地球磁场反转，而之前预测这一变化将在未来几千年才会发生，一旦磁场反转，将造成地面输电网络瘫痪，潜在增大人类癌症发病率。

    如果不稳定磁场现象导致磁场反转，将对地球生命构成严重威胁，科学家将更多地考虑到磁场反转造成的生物效应。

http://www.cnwnews.com/html/tech/cn_zxkj/20141024/660962.html

http://www.cnwnews.com/html/tech/cn_zxkj/20141024/660962_2.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-838450.html

第四纪冰期的5个亚冰期与地磁反向的对应关系

近年来全球强震频发，发生这一系列灾难的根本原因是由于地磁引起的。二千年以来全球磁场持续减弱，而最近150多年地磁强度下降了10%-15％。南大西洋出现地磁异常区，其磁场减弱达35％，地球磁极弱化，处于“磁极翻转”的雏形阶段，这可能是地球发生许多灾变和异常现象的深层原因。

表1冰期和地磁反向时间对比

地球的主磁场会周期性地逆转方向。这种极性颠倒在地球的历史上间隔不规律地发生过几百次，最近一次大约在78万年前。美国科学家通过研究古代火山岩发现，浅核磁场（shallow core field）可能影响主磁场是否发生逆转及其方式。当主磁场削弱时，它就变得极为重要。证据表明，现在正在接近这样的一个过渡状态，因为地球主磁场处于相对较弱，且正在快速减弱的阶段。

第四纪冰期的5个亚冰期与地磁反向期有很好的对应关系。伏尔姆亚冰期（2-12万年）中的两次峰值与布容正向期中的Lashamp（2万年前后）和Xzone（10.8-11.4万年内）两次反向事件相对应。里士亚冰期（25-38万年）与Vzone反向事件（33-35万年）相对应。滚兹-明德尔间冰期（80-93万年）与松山反向期的Jaramillo正向事件（87-93万年）对应。亚冰期与地磁反向事件或地磁反向一一对应（见表1）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-838450.html

结论

综上所述，近百年来的全球变暖是地磁减弱的主要原因，伴随全球气候进入温暖期，地球磁场的极性反转不可避免，类似中生代的全球气候温暖期和地磁正相期正在缓慢而有序地到来，期间将有目前地磁反向时期中频繁发生的地磁正相事件：反向事件发生意味着气候变冷，正相事件发生意味着气候变暖。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1032129.html

2011年，我们发表的科研论文指出，地磁减弱的原因在于两极冰盖融化导致地壳和地幔转动惯量增加自转变慢，由此引发核幔差异旋转在数值和方向上的改变。在磁场减弱和磁极反向过程中，太阳辐射的增强和核幔热能的释放与灾害有一一对应关系。

地球历史表明，强地磁场对应地球的寒冷气候，如第四纪冰期；弱地磁场对应高温气候，如中生代的温暖期。地磁场减弱也是全球变暖的原因之一：地磁场减弱导致更多太阳能量进入地球。

2013年，来自日本的一项研究也印证了这个观点。日本海洋研究开发机构的研究小组发现，冰盖大小出现变化后，地球自转速度就会受到影响。为了调查地球自转速度变化与地球磁场变化的关系，研究小组利用计算机模型推算发现，地球磁场强度会随地球自转速度的变化而变化。即使自转速度只有2%的变化，磁场强度的变化会达到20%至30%。

这一研究成果显示，地球磁场会受到气候变化的长期影响。研究人员认为，由于全球气候在变暖，冰盖正在不断减少，虽然规模还相当小，但是地球的自转速度和磁场强度有可能相应出现变化。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-811973.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1112334.html

参考文献

杨学祥, 陈殿友,寇艳春. 地应力地磁场与地震[J]. 东北地震研究, 1995, 11 (2): 23-30.        

YANGXue-xiang, CHEN Dian-you, KOU Yan-chun. Geostress and geomagnetic field andearthquake [J]. Seismological Research of Northeast China,1995, 11 (2): 23-30.

杨学祥, 陈殿友.火山活动与天文周期[J]. 地质论评, 1999, 45（增刊）:33-42.              

YANGXue-xiang, CHEN Dian-you. The Volcanoes and the Astronomical Cycles [J]. GeologicalReview, 1999, 45(supper): 33-42.

杨冬红, 杨德彬,杨学祥. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报, 2011, 54 (4): 926-934.

YANG Dong-hong, YANG De-bin, YANG Xue-xiang. The influence of tides and earthquakes inglobal climate changes [J]. Chinese J.Geophys, 2011, 54 (4): 926-934.

李四光. 天文、地质、古生物资料摘要[M]. 北京:科学出版社, 1972. 61.                    

LISi-guang. Abstract of datum in astronomical, geological and primitive organism [M].Beijing:Science Press, 1972. 61.

杨冬红, 杨学祥.2011. 灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质,30(3): 474~480.

Yang D H,Yang X X. 2011. Relationship of frequent disasters with geomagnetic weakening(in Chinese). Global Geology, 30(3):474~480

杨冬红, 杨学祥.2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 28（1）：58-70。

Yang D H, Yang X X. 2013a.Study and model onvariation of Earth’s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.

地球内部长出了两个巨大的“肿瘤”：核幔差异旋转的产物

已有 845 次阅读 2019-3-12 16:17  

科学家发现地球内部长出了两个巨大的“肿瘤”，不知是何物

原创小艾科技说昨天

地球内部有两个巨大的“肿瘤”，它们大如一个洲，高度相当于珠峰的百倍。上世纪70年代，科学家通过地震波探测，发现了它们的存在。但时至今日，仍然无人知晓它们究竟是什么。

这两个“肿瘤”位于地表和地心间距离的一半处。用专业术语来讲，它们叫“大型低速切变区”（Large low-shear-velocity provinces），因为当地震波穿越这些区域的时候，传播速度总是会下降。

马里兰大学的地质学家Ved Lekic表示，它们是地球内部最大的结构存在，但至今人们都不知道它们是什么，从何而来，存在了多久，以及会对地球产生什么影响。

这两个“肿瘤”的基部位于下地幔和外地核的交界处。下地幔基本上由可塑性物质组成，而外地核是液态的。一个“肿瘤”位于太平洋下方，另一个位于非洲和大西洋下方。每一个“肿瘤”的顶部都位于地幔厚度的一半处。

通过3D模型，我们可以更好地认识这两个“肿瘤”的形态和规模。据信，它们中的部分结构，可能是沙砾的混合物。但科学家仍然不清楚它们的密度，是高于周围地幔物质，还是更低。

科学家同时也不清楚这两个“肿瘤”对板块和火山活动有什么影响。虽然最新的研究结果表明，这两个“肿瘤”的顶部会向上伸出许多树枝状的结构，与地表的火山相连。但这究竟意味着什么？无人知晓。

广阔的宇宙空间有无穷的奥秘。而我们脚下的地球内部，也依然存在着许多未解之谜。

http://www.yidianzixun.com/article/0LTE0xyX

比珠穆朗玛峰高100倍：核幔差异旋转和核幔边界热幔柱喷发

已有 366 次阅读 2019-3-11 10:48 

比珠穆朗玛峰高100倍：核幔差异旋转和核幔边界热幔柱喷发

                  杨学祥，杨冬红（吉林大学）

       关键提示：

近期科学探测发现，在地幔底部附近两个大陆大小的热压岩石团。它们被科学家称为巨大低剪切波速度区(Large low-shear-velocity provinces，LLSVPs)，因为地震波经过这些区域时会减慢速度，但地质学家通常只称它们为“小块或者斑点”。这两个斑点开始于地球表面数千英里以下，在那里，地球的岩石下地幔与熔融的外核相接。一个斑点潜伏在太平洋深处，另一个在非洲和大西洋部分地区的下面（与图3的巨大火成区有很好的对应关系）。

LLSVPs是地球最下层地幔(地球外核周围区域)部分的特征结构。这些省区以慢横波速度为特征，是由深部地震层析发现的。它们从地核-地幔边界向两侧延伸数千公里，垂直方向可能高达1000公里。这些区域约占地幔体积的8%(地球的6%)。llsvp的其他名称包括超井、热化学桩或隐蔽储层，科学家还在其下面发现了多个地幔柱。

通过资料分析和模型计算，1996年我们得到地球自转速率长期减慢趋势和周期波动规律的形成原因。潮汐摩擦是地球自转减慢的主要因素，重力分异和圈层角动量交换是地球自转周期变化的主要因素，重力分异造成的地球各圈层差异旋转是地壳自转变化先慢后快的特殊因素。

重力分异将一个均匀的自转地球变为分层的差异旋转地球，在重物质向地心集中和轻物质向地表浮起的同时，自转动能也向地核集中，使地壳和地幔自转变慢，使地核自转变快。核幔角动量交换将地球自转动能变为热能，积累在核幔边界，使地壳和地幔自转变快，地核自转变慢。核幔边界积累的热能周期性使外核热膨胀，为地幔流动和火山活动提供了能源和动力，火山活动高峰对应地球自转加快是证据。

计算模型表明，地球自转速度变化的规律和历史记录证明重力分异和圈层差异旋转是地壳运动的主要动力，受地球自转速度变化的约束，地球体积不会有较大的胀缩，国内外测量结果证实了这一结论。

积累在核幔边界的低密度热幔柱，集中在地球赤道附近核幔边界（见下图），上升喷出地表后形成巨大火成区，导致全球变暖和大规模生物灭绝。

据Coffin和Eldholm（1993）海洋考察结果，巨大火成区所显示的大陆溢流玄武岩和大洋溢流玄武岩的喷发强度与全球高温和大气CO₂高浓度对应（见图1-2）。

图1  巨大火成区和全球变暖

Fig 1  Large igneous provinces and global warming

图2  巨大火成区的规模比例

Fig 2  The proportion of the large igneous provinces

120Ma前海底地幔柱喷发形成翁通爪哇海台，其释放的热量为6×10²⁶J，海洋的质量为1.45×10²⁴g，可使全球海水温度增高33℃，平均每万年海温升高0.1℃^[35]。有证据表明，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4℃以上^[37]。海底火山活动引发的海温增高和CO₂排放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO₂和异常高温一一对应的原因。

最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11℃，最高可以达到大约7℃。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度^[38]。15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO₂浓度增加的原因（见图1-2）。

在过去的20年中，研究人员搜集了有关古新世—始新世（5500万年前）最热现象（PETM）的数据。在PETM期间，地球的表面温度在1万年的时间里上升了9℃，而这一事件的起始温度要高于地球目前的气温。地球的温度在这一较高水平上一直持续了近10万年。在PETM期间，大气中的气体浓度上升了约700 ppm（百万分之一），即从1000 ppm升至1700 ppm——这比现今的385 ppm高出了4倍之多。据估计，温室气体的大量灌入形成了这一气温峰值。然而一项新的分析结果似乎并不能完全支持这一假设。研究人员模拟了在PETM期间，大气的灵敏度增加到翻一番的二氧化碳水平——2000 ppm，地球温度会发生何种变化。最终的结果显示，这些二氧化碳最高可以使温度升高3.5℃。这就意味着还有一些其他的因素使地球的温度升高了5.5℃。这一无法解释的变暖现象使人们对究竟是什么导致了重大且快速的气候变化的认知存在着一个缺口：二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因^[39]。

事实上，5500万年前的温度峰值与北大西洋边缘的巨大火成区同时出现，后者喷出的熔岩为哥伦比亚溢流玄武岩体积的3倍多。1000km³熔岩要释放1.6×10¹³ kg的CO₂，3×10¹²kg的硫和3×10¹⁰kg的卤素。一个巨大火成区的累积过程要发生上千次这样的喷发，它使现代人类造成的污染物产生的影响相形见绌^[35]。120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×10⁶km³，15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩体积为1.3×10⁶km³，释放的CO₂分别为5.8×10¹⁷ kg和2.1×10¹⁶ kg。图3中可以看到，巨大火成区大部分处于海洋及其边缘，喷发物被海水过滤，减少火山灰降温作用，增强温室气体增温作用。海洋被加热，释放大量温室气体，两种因素都导致气温升高。

图3 全球巨大火成区

Fig 3 Global large igneous provinces

在地球46亿年的岁月里、一共经历了五次生物大灭绝事件，五次生物大灭绝都是由地球本身的巨变而引起的。超级火山喷发的巨大威力，人类是无法达到的，也是无法阻止的。15百万年哥伦比亚河溢流玄武岩喷发导致南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约1640万~1570万年。65百万年德干暗色岩喷发导致恐龙灭绝和全球变暖；发生在2.5亿年前的这场最大规模的灭绝事件是西伯利亚暗色岩的杰作。这三次生物灭绝都源自超级火山喷发（见表1）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1166759.html

表1  火山喷发与生物灭绝

 表2  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转

Table 2  Earth’s rotation periods, geological cycles and geomagnetic polarity reverse 

表2  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转[1, 2, 16, 21]

Table 2  Earth’s rotation periods, geological cycles and geomagnetic polarity reverse ^{[1, 2, 16, 21]}

http://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1164643.html?mobile=1 

地球内核变速旋转：起源于重力分异和角动量交换

已有 2395 次阅读 2013-5-14 05:51    

地球内核变速旋转：起源于重力分异和角动量交换

                                                    杨学祥

澳大利亚的一项新研究发现，地球内核自转的速度很有意思，它与地幔、地壳等其他部分的自转速度是不一样的，而且内核自转的速度本身也有快有慢。地球由内而外依次是地核、地幔和地壳。其中地核又分内核和外核，内核是个如同月球般大小的固体铁球，外面被液态铁镍合金等元素组成的外核包围。澳大利亚国立大学13日发布的新闻公报介绍说，该校研究人员的最新研究成果发现，总体而言地球内核的自转速度比地幔要快，平均每年快0.25至0.48度。此外，内核转速还表现出一种“十年波动”。例如，在上世纪70年代和90年代，出现明显的加速期，转速高于其平均值，但在中间的80年代时，会转得慢一些。研究人员还说，地球内核自转很可能在过去几年出现了明显的加速，但这一点还需进一步观察研究才能确认。

通过资料分析和模型计算，我们得到地球自转速率长期减慢趋势和周期波动规律的形成原因。潮汐摩擦是地球自转减慢的主要因素，重力分异和圈层角动量交换是地球自转周期变化的主要因素，重力分异造成的地球各圈层差异旋转是地壳自转变化先慢后快的特殊因素。

重力分异将一个均匀的自转地球变为分层的差异旋转地球，在重物质向地心集中和轻物质向地表浮起的同时，自转动能也向地核集中，使地壳和地幔自转变慢，使地核自转变快。核幔角动量交换将地球自转动能变为热能，积累在核幔边界，使地壳和地幔自转变快，地核自转变慢。核幔边界积累的热能周期性使外核热膨胀，为地幔流动和火山活动提供了能源和动力，火山活动高峰对应地球自转加快是证据。

计算模型表明，地球自转速度变化的规律和历史记录证明重力分异和圈层差异旋转是地壳运动的主要动力，受地球自转速度变化的约束，地球体积不会有较大的胀缩，国内外测量结果证实了这一结论。

同济大学海洋与地球科学学院周怀阳教授作为第一作者，与美国伍兹霍尔海洋研究所迪克教授，近日在《自然》杂志上联合发表了题为《支撑马里安隆起亏损地幔的薄洋壳证据》的论文，对沿用40多年的“地幔羽”假说提出挑战。这是地质学领域研究的一个重要突破。

“地幔羽”假说认为，地幔内部温度的局部异常导致大规模岩浆涌出地表，形成隆起或海山，隆起或海山代表了较厚的地壳或洋壳。而周怀阳团队通过地质取样发现，在西南印度洋洋中脊上，有一块绵延3100公里长、大小与冰岛隆起大致相当的马里安隆起地表，那里广泛分布有通常被认为代表地幔的橄榄岩。在马里安隆起东段的53°E洋脊段上，有约3200平方公里的区域几乎完全缺失洋壳，地幔如同一只剥了壳的鸡蛋，直接出露于地表。他们经过细致甄别和论证后认为，马里安隆起的洋壳很薄，十分不均匀；造成马里安隆起的主要原因是地幔的成分异常，而不是地幔内局部的温度异常。周怀阳指出，部分地幔因为缺少了一些金属物质而变得较轻，被称为“亏损地幔”，亏损地幔在均衡作用下产生了隆起；而地幔的亏损原因则可追溯到1.8亿年前南极板块和非洲板块分离时发生的大规模火山作用或甚至更早的地质历史事件。

我们的计算模型表明，重力分异造成的地球物质的成分差异和核幔角动量交换导致的地球物质的温度差异，是地幔流动的两大动力，具有同等重要的作用。

部分地幔因为缺少了一些金属物质而变得较轻，被称为“亏损地幔”，亏损地幔在均衡作用下产生了隆起，这是重力分异作用的重要证据。

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图4 海底藏冷效应和海洋锅炉效应

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