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冰川与厄尔尼诺

已有 2632 次阅读 2007-10-21 16:46 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记

冰川与厄尔尼诺

廖永岩

广东海洋大学

rock6783@126.com

1  冰川与地球膨胀

在大西洋北部的斯堪的纳维亚地区及北美的大湖地区,第四纪大冰期时,被很厚的冰雪覆盖,后由于巨大北极冰川的融化,因地球的均衡补偿作用,目前一直在进行着冰后回升。据测定,最初斯堪的纳维亚地区以10/100a速率抬升,目前仍保持1/100a的速度(傅容珊和黄建华,2001Stacey, 1992。这些曾经是北极冰川形成的广大地区的冰后回弹,说明这些地区在北极冰川形成时,曾经受巨大冰川质量的作用,由于地球的均衡补偿作用而发生下沉。下沉的量,肯定大于现在今回升的量。

地球的外层,是由地壳和上地幔构成的固体岩石圈,其下是具有流体性质的软流圈(孙立广,2003;刘本培和蔡运龙,2000。所以,在一定程度上,我们可以把地球看成是一个由岩石圈圈闭的液体容器,里的液体是软流圈物质。根据流体静力学原理,液体是不能被压缩的,作用于液体的压力,可以以相等的力,传至液体的任何部分及任何方向(赵景员和五淑贤,1981

当巨大的北极冰川被压入地球内部的时候,冰川的巨大质量和体积进入地球内部,进入地球岩石圈围成的这个密闭容器,必然要导致地球膨胀。因为,根据流体静力学原理,若地球不膨胀,北极冰川就不可能进入地球内部。由于固体的岩石圈的弹性有限,地球体积要膨胀,必然导致岩石圈破裂。也只有在岩石圈破裂的情况下,地球才可能发生允许北极巨大冰川下沉所需体积的膨胀。简而言之就是,若地球的其它地区没有岩石圈的下沉或上升的话,北极冰川下沉多少体积,地球将通过最容易破裂的地区破裂,释放多少体积的岩浆等岩石圈内物质。换句话说,地球通过岩石圈破裂释放多少体积的岩浆等岩石圈内物质,北极冰川才可能向地球内部下沉多少体积。

就目前而言,海洋的洋中脊部分,是地球最容易破裂的部分。若一旦地球膨胀,首先导致破裂的部分,将是洋中脊。这将引起洋脊处岩浆外流。

所以,我们可以说,由于种种原因,引起地球表面重力正异常(大地水准面负异常),导致地球的均衡补偿作用,使某处岩石圈物质下沉时,在地球的其它地区必须要有相应的岩石圈物质上升。若地球的其它地区没有足够的岩石圈物质上升来平衡地球均衡补偿作用导致的岩石圈下沉,地球的体积将膨胀,将引起岩石圈破裂,引发洋中脊处岩浆上涌,导致海底扩张,最终导致造海运动。

相反,由于种种原因,引起地球表面重力负异常(大地水准面正异常),导致地球的均衡补偿作用,使某处岩石圈物质上升时,在地球的其它地区必须要有相应的岩石圈物质下沉。若地球的其它地区没有足够的岩石圈物质下沉来平衡地球均衡补偿作用导致的岩石圈上升,地球的体积将收缩,引起岩石圈皱缩,引起地向斜和地背斜出现,后导致地槽的出现,最终会引起造山运动。

地球到底是引起洋中脊岩浆上涌,或是引起岩石圈皱缩,主要取决于进出地球岩石圈这个密闭圈物质的体积。若岩石圈总下沉体积大于总上升体积,则岩石圈破裂;若岩石圈总下沉体积小于总上升体积,则岩石圈皱缩。

5.5  东太平洋洋中脊岩浆上涌引发厄尔纪诺

一定的气候,是一定的水、地表热量和大气的表征。其中,水和热量是最重要的基本因素,大气,只是水和热量的载体。而水,是气候最直接的表现要素,热量是水和大气运动的能量源泉。地球上的一个地区,具有一定的水和热的量,就形成了这个地区的气候特点;也就决定了这个地区生物分布等情况。如高温多雨的热带雨林、干旱的大陆中心沙漠、干冷的极地冰川等。

地球上一旦有了稳定的水、热量及其运动方式后,也就有了一定的气候特征。当某种原因一旦打破了这种已经建立的稳定,生物(包括人类)原已形成的分布及生存方式,将受到严重影响。

在非El Nino年,这是占主要时间区段的年份,由于原有地表热量决定的水量分布而形成的气候条件,已被植被和动物及人类所适应,我们将之称为正常气候。地球上的植被、动物的分布及人类的生活,都已具有稳定模式。但El Nino年,由于大量地内热量在短时期内,被带至局部区域(东太平洋),使东太平洋的热量急剧增加。在这个异常能量和原有能量的共同作用下,使与之有关区域的水量将重新分配。如多雨的澳大利亚北部和印度尼西亚降水减少,而导致干旱,印度尼西亚的森林缺乏应有的雨水而引起大火;少水的尼瓜多尔和秘鲁,由于降水量的增加而引起洪灾;中国的南北降水量也将发生变化,而导致降水异常等。这就影响了原来已稳定的气候,使已适应原来气候的植物、动物和人类,不再适应El Nino带来的新变化,从而产生一系列灾难。

所以,El Nino,是南极冰川、北半球冰雪及其它大质量造成岩石圈的上升和下沉失衡,岩石圈下沉和上升体积的差值急剧增大,引起东及东南太平洋洋中脊岩浆上涌。大量的地内热量被带至局部地表,使这一区域及与这一区域相关的地区,气候发生相应的改变,从而造成一系列自然灾害。而多雨的东南非降水减少,导致干旱,可能与印度洋洋中脊上涌有关。

现今的地球,总的趋势是南极冰川及岩石圈在不断下沉。若南极冰川是均匀缓慢地下沉,就不会发生El Nino。但南极冰川的下沉,具有一定的阶段性;下沉的过程中,有时会加剧(厄尔尼诺年),有时还会有一定的回返(拉尼娜年)。也就是说,南极冰川在下沉过程中,会发生一系列振荡。所以,当南极冰川正常地缓慢下沉时,只会造成南半球中纬度地区的洋中脊岩浆的缓慢上涌,这就是所谓正常年份。当由于种种原因,南极冰川下沉加速,或北极冰雪量增加导致北极上升减缓,就会造成东太平洋洋中脊急剧扩张,岩浆急剧上涌,从而造成El Nino。若El Nino使大量岩浆上涌,使南极冰川下沉的能量暂时释放完,使南半球中纬度地区的岩浆上涌也停止的话,就会出现拉尼娜现象。

只有当南极冰川下沉完成,不再下沉,北半球不再形成冰川,且地球岩石圈下沉和上升达到平衡时,El Nino现象才不会出现。但地球是活动的,处于不断的运动之中。处于运动之中的地球,肯定会有岩石圈的上升和下沉,只要这种运动不停止,El Nino现象就不会停止。只有当地球完全失去了岩石圈的运动,不再有岩石圈的上升和下沉了,El Nino才会永远消失。那时,一切火山和地震,也会随着消失了。像月球一样,它上面就不会再有El Nino现象类似的事件发生了。

 

参考文献

傅容珊,黄建华. 地球动力学. 北京: 高等教育出版社, 2001, 180-310

刘本培,蔡运龙. 地球科学导论. 北京: 高等教育出版社, 2000, 60-84,109-138172-200

上海天文台. 利用天文观测的地球自转资料预测、预报厄尔尼诺事件. 中国科学院院刊, 1995, 10(4): 337-339

孙立广. 地球与极地科学. 合肥: 中国科学技术大学出版社. 2003. 92-117, 216-233

赵景员,五淑贤. 力学. 北京:人民教育出版社. 1981. 342-428

Stacey F D. Physics of the Earth. Third Edition. Brisbane: Brookfiel Press. 1992

 

各位若想了解这方面有关的详细情况,请各位参见廖永岩著,海洋出版社20075月版的《地球科学原理》(28.00元)一书。也可以在以下网址找到这本书的详细目录:http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=7010

也可以在以下网址找到有关这本书的部分相关内容:http://www.sciencenet.cn/blog/user_index.aspx?userid=3534

注:本文摘于廖永岩著《地球科学原理》一书

 



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