海平面上升威胁世界安全 地壳均衡重塑全球地表构造活动

                          杨学祥，杨冬红（吉林大学）

关键提示：近日据俄罗斯卫星通讯网援引《冰冻圈》杂志上发表的文章中称，阿尔卑斯山上90%的冰川会在21世纪末消失。由此导致的海平面上升和地壳均衡运动将威胁世界安全。事实上，欧亚地震带有阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉冰川，环太平洋地震带有落基山和安第斯山冰川，山地冰川融化将导致强烈的地壳均衡运动，包括强烈的地震火山活动。这是气候学家忽略的巨大危险。

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冰川地壳均衡

“雪球地球”假说认为，新元古代晚期聚集在赤道附近的罗迪尼亚超大陆的裂解使大陆边缘海面积迅速增加，边缘海生物初级产率和有机碳埋藏量也随之大大增加，造成大气中CO2含量迅速减少，进而驱动了失控的冰反射灾变，形成了“雪球地球”。当时的海洋都被冰冻，冰盖扩展到赤道，平均厚约1 km，全球温度骤降至大约-50°C。但是，海底火山释放出的CO₂积累在冰盖之下，随着CO₂不断的积累，最终冰盖破裂，CO₂进入大气，产生极端的“温室效应”，使冰川迅速消融、退却，全球温度急剧上升至大约50°C。

海底火山是如何形成的呢？我们的研究表明，它源于地球的冰川地壳均衡运动：在雪球地球或大冰期形成时期，大约100-200米厚的海水层变成两极地区1-2公里厚的冰盖，赤道海洋地壳由于卸载而上升33-66米（这相当于赤道圈海洋地壳张裂200-400米裂谷，导致剧烈的海底火山活动），两极地壳由于加载而下降330-700米。

赤道海洋地壳均衡张裂和海底火山喷发，不仅给出了雪球地球解冻的具体可靠途径，而且支持“软雪球”或“半溶雪球”理论。

在间冰期情况正好相反，根据地质学的地壳均衡理论（单位均衡面上的物质柱体质量相等），大陆冰盖融化，负载减少，大陆地壳要均衡上升；海平面上升，负载增大，海洋地壳要均衡下降。

斯堪的纳维亚半岛在1万年前有2000米厚的冰盖融化，已经均衡上升了500米，并将继续上升200米。同样，全球平均海平面上升了130米，洋壳均衡下降了43米（地壳与水的密度比大约为3：1）。所以，斯堪的纳维亚半岛并没有因为海平面上升而被淹没。对于没有冰盖的大陆，海平面的实际上升仅87米，减少了三分之一。洋壳下降挤压下方岩浆流向大陆地壳底部，使沿海大陆均衡上升。由于地球表面是球面，洋壳下降，球面半径缩小，洋壳将插入到大陆地壳之下，使大陆边缘受到挤压和抬升。

大自然实验室证实了冰川地壳均衡理论。

气候变化导致的冰川期与温暖期交替，形成地表巨量海水在两极冰盖、大陆冰川和大洋海盆之间往返转移，相应的地壳均衡运动迫使地下软流层发生反向流动，推动地壳运动，达到地壳重力均衡。在地球的球面上，地壳均衡不仅能产生地壳的垂直运动，而且能产生地壳水平运动。

图1  两极冰盖压裂地球地壳

由图1中可以看到，两极生成的巨厚冰盖可以压裂地壳，形成两极地壳下沉和赤道地区的最大张裂；冰盖消失后，形成两极地壳的上升和赤道地区的挤压。

强震与全球气候变化关系的地球物理解释是：全球变暖导致的海平面上升，破坏了地壳的重力均衡，引起加载的海洋地壳均衡下沉，由此而引发的深海强震和海啸又将迫使深海冷水上翻到海洋表面，从而将会引发全球变冷。这就是大自然的自调节作用[13，28-29]。

              a 大洋海水减少                            b 大洋海水增加

1-新洋壳，计算时因忽略了与陆壳连接部分，因而计算值比实际值小；

2-旧洋壳，插入大陆壳下或推动大陆分离部分。

图 2  海平面变化造成的垂直运动和水平运动[13]

Fig. 2  vertical and horizontal movement by the changes of sea level [13]

图3 科里奥利力在冰川地壳均衡中的作用

由图2中可以看到，相同的圆心角在不同半径的球面所对应的弧长是不同的，由于海水增加，海洋地壳A’B’弧下降到AB弧时，圆心角变大，只能发生两种结果（见图b）[13]：

其一、大洋地壳AB弧的多余部分插入大陆地壳之下，形成俯冲消减带，是地震频发的地区，其类型为环太平洋俯冲消减带和地震火山带。

其二、大洋地壳AB弧的多余部分象楔子一样劈开大陆，推动大陆向两边分离，对应的圆心角增大，其类型为大西洋两岸的快速扩张。

其三、反之，当海洋地壳AB弧上升到A’B’弧时（见图a），由于弧长增大，其增大部分就是海底扩张产生的新洋壳。

当全球变暖使海平面上升积累到一定高度时，地壳均衡使洋壳下降收缩，强烈的挤压导致环太平洋地震带Ms 8.5级以上强震频发，形成拉马德雷冷位相；当全球变冷两极冰盖增大使海平面下降到一定高度时，地壳均衡使洋壳上升在大洋中脊处扩张，这是强震在PDO暖位相较少，甚至不发生的原因。圆心角越大，新洋壳就越大，这是地震带集中在环太平洋沿海地区的原因。

由于地壳均衡运动，山地冰川融化导致山脉卸载上升，海平面上升海洋加载导致洋壳均衡下沉。由于科里奥利力的作用，东太平洋下降产生向东的科里奥利力，与冰川融化后上升的洛基山脉和安第斯山脉西移相遇，形成强烈的加压碰撞，引发强烈的地震火山活动；西太平洋下降东移，与阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉的上升东移背道而驰，形成巨大引张区，导致岛弧脱离大陆。这一构造运动与剥蚀沉积作用相叠加，造成美洲西岸的强烈地震火山挤压带和亚洲东部的地震火山引张区。

这将是今后数十年构造运动的主要趋势：东太平洋地震带地震活动最强烈（挤压为主），其次是阿尔卑斯-喜马拉雅地震带（欧亚地震带），第三是西太平洋地震带（引张为主，见图4）。

图4 全球地震带

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参考文献

1. 杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008，23 (6): 1813～1818。YANG Dong-hong, YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progress in Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

2. 杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2):610-615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

3. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climatechanges. Chinese Journal of geophysics(in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

4. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

5. 杨冬红, 杨学祥, 刘 财. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 2006, 21(3): 1023~1027。Yang D H, Yang X X, Liu C. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) in Indonesia. Progress in Geophysics (in Chinese), 2006, 21(3): 1023~1027。

6. 杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学. 长春: 吉林大学出版社, 1998, 2, 99~104, 196~198

Yang X X, Chen D Y. Geodynamics of the Earth’s differential rotation and revolution (in Chinese). Changchun: Jilin University Press, 1998, 2, 99~104, 196~198

欧亚东缘新生代处于拉伸伸展环境的动力：科里奥利力

已有 1560 次阅读 2017-3-28 22:34   

欧亚东缘新生代处于拉伸伸展环境的动力：科里奥利力

                                                   杨学祥，杨冬红

关键提示：由于盆地沉积沉陷而发生了科里奥利力作用下的下降东移，与中国西部青藏高原的剥蚀区上升西移方向相反，所以产生了中国东部盆地的引张环境，造成海南岛、日本和朝鲜半岛与中国东部大陆边缘分离。

根据中国东部裂陷盆地和断裂分布、中国东部当前受力情况及伸展沉降区分布和中国东部当前地面沉降主要城市及沉降区分布，下一次分离的地区为从哈尔滨到武汉的中国东部裂陷盆地以东地区。表现形式为快速被海平面上升所淹没，实际是盆地沉陷而向东分离。

中国海平面的快速上升使这些地区面临更大的风险。

科里奥利力是朔造大陆西高东低的基本动力

我们在1995年撰文指出，科里奥利力是地球自转系统中的一种惯性力，它使垂直下降的物体向东偏转，垂直上升的物体向西偏转，是形成环太平洋地震火山带中东西两岸构造应力差别的根本原因。

剥蚀沉积是地表的主要地质现象，它削平大陆的高地并沉积在陆缘沿海地区，地壳均衡作用使载荷减少了的大陆上升，载荷增加了的沿海沉积带下降。在科里奥利力的作用下，上升的大陆向西运动，下降的沉积带向东运动。大陆西缘的沉积带在下降过程中向东运动，与上升中向西运动的大陆向挤压，形成大陆西部的挤压带；大洋板块的俯冲带下插东移则加剧了这一挤压作用。大陆东缘的沉积带在下沉过程中也向东运动，与上升中的向西运动的大陆相分离，形成大陆东部的引张带，形成火山岛弧和弧后盆地，大洋板块的俯冲带下插东移则加剧了这一引张作用。这就可以解释，为什么边缘海广发发育在太平洋西岸亚洲东部，而太平洋东岸美洲西部却是高耸的安第斯山脉（见图1）。

图1 剥蚀沉积造成的科里奥利效应导致东西太平洋两岸的构造差别

相关证据：宏观受力机制

学者梁光河最近撰文指出，欧亚大陆自白垩纪开始从泛大陆裂解后向东漂移，新生代开始又受到印度板块向北漂移与欧亚大陆碰撞并产生向东南挤出的逃逸构造影响，加上北美板块向北西漂移对欧亚板块产生的软碰撞力，在这些力的综合作用下，在欧亚板块东部和中国东部都表现为伸展-拉涨环境。海南岛、日本和朝鲜半岛原位于中国东部大陆边缘，在这些运动过程中发生了裂解漂移，诸多证据说明这个裂解漂移过程主要发生在新生代。特别注意图2中箭头所指的残留盆地，这些残留盆地指的是在新生代之前就存在的古盆地，后期的新生代伸展构造将这些残留盆地撕裂开，使得其不规则地分布于这些新生代含油气盆地中，在南黄海盆地、东海盆地和渤海湾盆地都能发现这些残留盆地的踪迹。本报告通过大量的地形地貌、地层、断裂、岩浆岩和古地磁及古生物资料，结合石油地震勘探资料资料说明了这个过程。最终说明大西洋裂解、印度板块、北美板块综合作用于欧亚板块造成了中国东部的裂解，同步生成了这些含油气盆地。

图2 中国东部大陆边缘地块复原图（新生代初）

图3中国东部裂陷盆地和断裂分布及形成机制（据田在艺等1991修编）

当前沉降区和裂缝区成因机制

基于以上分析，我们得到中国东部当前受力情况及伸展沉降区分布（图9）。这个沉降区域得到了实测数据的支持，图10显示的是中国东部当前地面沉降主要城市及沉降区分布，该图北部的区域与图9的伸展沉降区完全吻合，而下部细长的部分事实上是指日本地块裂解漂移后，当前仍处于拉伸作用中，使得中国东部板块边缘产生了沉降作用。

中国华北当前存在大面积地裂缝，作为一种重要的地质灾害，过去一直对其成因机制认识不清，事实上当前中国的裂缝主要分布区也基本上与伸展沉降区一致（图11），也主要是受构造作用所形成的自然现象。

图4中国东部当前受力情况及伸展沉降区分布

图5中国东部当前地面沉降主要城市及沉降区分布图

学者梁光河的结论

印度板块与欧亚板块的碰撞产生了印支地块挤出。在印支地块发生挤出漂移的同时，海南岛也发生了旋转漂移。海南岛65Ma从北部湾分离左旋150度到达当前位置。朝鲜半岛和日本板块也是新生代分别从华北和华南分离出去，在这种宏观伸展构造背景下，在中国东部产生了一系列拉分盆地，这些盆地是我国主要含油气盆地和油气主产区。

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海南岛、日本和朝鲜半岛与中国东部大陆分离与盆地沉积沉陷有关

我们认为，海南岛、日本和朝鲜半岛原位于中国东部大陆边缘，由于盆地沉积沉陷而发生了科里奥利力作用下的下降东移，与中国西部青藏高原的剥蚀区上升西移方向相反，所以产生了中国东部盆地的引张环境，造成海南岛、日本和朝鲜半岛与中国东部大陆边缘分离。

根据中国东部裂陷盆地和断裂分布、中国东部当前受力情况及伸展沉降区分布和中国东部当前地面沉降主要城市及沉降区分布，下一次分离的地区为从哈尔滨到武汉的中国东部裂陷盆地以东地区。表现形式为快速被海平面上升所淹没，实际是盆地沉陷而向东分离。

中国海平面的快速上升使这些地区面临更大的风险。

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最大的风险是新老分离带的地震活动增强。

参考文献

杨学祥, 陈殿友,孙春林. 均衡运动中的科里奥利力.  地壳形变与地震. 1995,15(3):38-43.  

杨学祥, 术洪亮.环太平洋地震带与柯里奥利力. 西北地震学报. 1995, 17(4):13-16.  

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