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冰川地壳均衡运动：海平面上升导致海洋地壳下降和地震火山活动
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冰川地壳均衡运动：海平面上升导致海洋地壳下降和地震火山活动
杨学祥
关键提示：历史记录表明，全球变暖——冰盖融化——海平面上升——海洋地壳均衡下沉——环太平洋地震火山带剧烈活动，构成全球变化的全过程。全球变暖最终导致的超级火山喷发，使全球面临类似恐龙灭绝的巨大灾难之中。
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据网上资料，地壳均衡（isostasy）地质学基本理论，是描述地壳状态和运动的一种理论。它阐明地壳的各个地块趋向于静力平衡的原理，即在大地水准面以下某一深度处常有相等的压力，大地水准面之上山脉（或海洋）的质量过剩（或不足）由大地水准面之下的质量不足（或过剩）来补偿。运用地壳均衡学说可以研究地球内部构造，如上地幔的起伏；还可用于大地测量学中研究大地水准面形状，推估重力异常和计算垂线偏差等。
1749年，法国大地测量学家布格 (P.Bouguer)在南美的秘鲁测量子午线弧长时，发现安第斯山脉的巨大质量产生的引力似乎特别小。随着测量精度的提高，1854年英国大地测量学家普拉特（J.H.Pratt）分析喜马拉雅山南麓印度大地测量结果，发现实测的垂线偏差值比由可见地形质量算得的数值要小得多。为了解释这种现象，他假设地壳的密度随地形高度的增加而减少，并认为山脉象发酵的面包一样，是由地下物质从某一深度向上膨胀形成的。1855年英国天文学家艾里（G.B.Airy）推论，象喜马拉雅山这样大的山脉，物质的重量是不能由地壳来支持的，必定从地壳以下的某一深处就开始得到支撑，因此他认为地壳物质就象浮在水中的木块。木块高出水面越多，相应地陷入水中越深。1889 年，美国地质学家C.E.达顿第一次提出地壳均衡这个词，并作了详细的讨论。20世纪初,J.F.海福德、海伊斯卡宁(W.A.Heiskanen)和韦宁·迈内兹(F.A.Vening Meinesz)等人进一步完善了普拉特和艾里的假想,形成3种地壳均衡学说。
按照冰川地壳均衡原理，在大冰期，100-200米厚度的海水层变为两极冰盖和大陆山地冰川，加载使大陆地壳下沉，卸载使海洋地壳上升；在温暖期，情况正好相反。陆海地壳的反向运动导致强烈的地震火山活动（见图1）。
图1 冰盖消长和海平面升降导致的地壳均衡运动
参考文献
1. 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 climate changes. Chinese Journal of geophysics (in Chinese), 2011, 54(4): 926-934
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研究[J].地球物理学进展.2014, 29 (1): 610～615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Study on the relation between ice sheets melting and low temperature in Northern Hemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.
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速度非均匀的海平面上升和地壳均衡运动
杨学祥
刊发时间：2008-11-26 14:31:14 光明网-光明观察
作者：杨学祥
20世纪最重要的科学成就之一，就是证实了米兰克维奇的天文冰期理论。对两极冰芯、岩洞石笋、中国黄土的放射性元素测年数据表明，全球气候变化有显著的2、4、10万年的地球轨道周期，即与第四纪大冰期中的亚冰期周期一一对应，证实了地球轨
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道对地球气候的决定性影响[1]。最近，这一理论又被新的证据所证明[2]。
太阳辐射是气候形成的最主要因素。气候的变迁与到达地表的太阳辐射能的变化关系十分密切。引起太阳辐射能变化的条件是多方面的。
（1）地球轨道偏心率变化：地球轨道运动是椭圆的，在行星摄动下，轨道偏心率在0.0005 - 0.0607之间变化，周期约为9.5万年。地球轨道偏心率变化，使地球接收太阳辐射的日照量变化，最大是士l％左右。当地球轨道偏心率大时，一年中在近日点附近接收的辐射量增加，北方的冬季变暖。在第四纪以后，冰期都是出现在地球轨道偏心率最小的时期；间冰期出现在偏心率最大的时期。
（2）黄赤交角变化：地球自转轴的倾角变化引起的黄赤交角在22度～20度30’变化，变化的周期约为4.1万年。由于地球上南、北回归线和南北极圈的位置是由黄赤交角决定的，因而会影响到高纬地区的日照量改变。黄赤交角减小时，中、高纬度地区，尤其是高纬地区接收到辐射量会明显减少；黄赤交角增加时，纬度越高，接收辐射量增加越多。黄赤交角达到最大值时，在极地全年接收到的太阳辐射量可增加4.02%。
（3）近日点的进动：由于行星摄动，地球轨道的近日点有进动，平均周期约为2.17万年。现在北半球的冬季位于近日点附近，再过12750年，近日点将位于目前的远日点附近，北半球的冬季将位于远日点。这会引起南北两半球在不同季节日照量的变化，影响到全球气温的很大变化。目前，地球过近日点的时间是每年的1月3日或4日，过远日点的时间为每年的7月2日或3日。近日点进动的方向和地球公转方向一致。
气候变化对地球的影响可能远远超出想象！当人类正不断往大气中注入二氧化碳时，地球这个行星本身可能正进入一次剧烈无比的冰川期中。科学家最新数据模型认为，几千年后，整个北半球都将被冰层覆盖，如同现在的南北极一样———前提是新的冰川期没有和“大气变暖”发生冲突。我们在过去一个多世纪中排放的二氧化碳比过去80万年的排放总量都多。这可能会永久推迟任何剧烈的冰川期，但另一方面，我们也可能正把自己往另一极端推，那就是500万年前曾经发生过的“热室地球”[2]。
100-200米厚的海水层在冰期和间冰期交替变化中不断地从两极冰盖和赤道海水中转换迁移，将引起地壳的巨大形变，破坏了原来的地壳均衡，引发冰川地壳均衡和水均衡运动（就像轮船装载和卸载会引起吃水线变化一样）。最后一次冰期的结束，导致海平面上升了130米，如果两极冰盖全部融化，海平面至少会继续上升60米。这意味着，大洋地壳因负载增加，要均衡下降20米，两极地壳因冰盖消失而卸载，要依据原冰盖的厚度，上升其1/3的数量（岩石和海水密度比为3：1）。
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。最末一次冰川后期，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）。斯堪的纳维亚半岛在末次冰期中冰盖厚度为2000米，冰盖融化后，已上升了500米，还将继续上升200米。科学家称其为冰期地壳均衡理论的大自然实验室。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[3-8]。
联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）2007年2月2日在法国首都巴黎发表一份评估报告摘要指出，全球气候变暖有超过90%的可能由人类活动导致。报告说，全球变暖将持续数百年，海平面将持续上升。IPCC由联合国环境规划署和世界气象组织于1988年创建，汇集来自130多个国家的2500多名专家。从1月29日起，IPCC第一工作组500多名专家以及政府和地区代表在巴黎联合国教科文组织总部举行会议，讨论全球变暖问题的第四份评估报告。这份长21页的报告说，过去50年全球平均气温上升“极可能”与人类使用石油等化石燃料产生的温室气体增加有关，报告说，“极可能”意味着可能超过90%。IPCC最新报告预测，到2100年，全球平均气温将上升1．8至4摄氏度，海平面升高18至59厘米。在2001年发表的评估报告中，IPCC曾预测到2100年，全球平均气温将升高1．4至5．8摄氏度，海平面将升高9至88厘米[9]。
按IPCC最新报告预测，到2100年海平面升高18至59厘米。由地壳均衡运动，大洋地壳将均衡下降6至19厘米。由此引发剧烈的地震火山活动。
Wu和Peltier（1983）估计北半球劳仑泰德冰盖和斯堪的纳维亚的冰盖于18000年前开始融化，快速融化始于1350年前到7000年前，7000-5000年前间的冰融量减少。Jaritz和Ruder（1977）绘出莫桑比克全新世海面变化曲线，10000-8000年前期间海面以每百年2.65米的速率快速上升，8000-6000年前期间海面上升速率明显减慢，将为每百年0.47米。6000年前海面达到最高点，高出现代海面2.5米。此后海面缓慢下降至现代海面位置[10]。
中国沿海全新世海面变化可分为6000年前的急剧上升、6000-5000年前期间的最高海面和5000年来相对稳定成微微下降等3个阶段；同时，海面是波动的，具有8500-7800年前期间、7300-6700年前期间、6000-5000年前期间、4600-4000年前期间、3800-3100年前期间、以及2500-1500年前期间6次波峰，其中后4次波峰为高于现今海面的高海面时期。我国全新世珊瑚礁发育，可分为8500-7800年前、7300-6700年前、6300-4800年前、4500-4000年前、3800-3100年前、2800-1400年前以及小于1000年前7个时期，我国全新世珊瑚礁发育和海面变化以及地壳运动的有关[4]。6次海面波峰对应6次我国全新世珊瑚礁发育，与IPCC报告的结论正好相反[10]。
10000-8000年前期间海面以每百年2.65米的速率快速上升，8000-6000年前期间海面上升速率明显减慢，为每百年0.47米。6000年前海面达到最高点，高出现代海面2.5米。此后海面缓慢下降至现代海面位置[10]。6000年以来海平面不升反降，平均每百年下降0.04米，说明6000年以来不是地壳均衡剧烈活动时期。
海平面变化是波动的，具有8500-7800年前期间、7300-6700年前期间、6000-5000年前期间、4600-4000年前期间、3800-3100年前期间、以及2500-1500年前期间6次波峰，其中后4次波峰为高于现今海面的高海面时期。
15-17世纪小冰期时期海平面是下降的。马宗晋院士指出，从15至17世纪的200余年内，世界上强震很多，其它自然灾害也很集中，这也正是太阳黑子蒙德极小值期。与之对应的中国华北第六地震活动期，延续了200多年，其间发生了4次8级地震，7次7级地震，其后的平静期延续了85年，未发生任何大于6级的地震[11]。这表明，在暖期高峰和冷期低谷，海平面剧烈升降，地壳均衡活动强烈，地震活动频繁。气候冷暖变化、海平面升降与地震活动密切相关。
19世纪气候变暖以来，海平面上升速度为平均每百年0.10-0.15米。即10000-8000年前期间海面上升速度是其近26倍，因此10000-8000年前期间地壳均衡的强度也应该是目前的26倍。这样，在10000-8000年前期间，目前的1000年间隔的强震将缩短为50年间隔，百年间隔的地震将缩短为4年间隔。6000年前海面达到最高点，高出现代海面2.5米。10000-6000年前期间应该是地球的强震集中爆发时期。
成都理工大学教授朱介寿对《第一财经日报》表示，专家们搜集、分析了从公元前26年至今长达2034年的龙门山地震史料，发现8级及以上地震仅此一次，7~7.8级的地震共19次，“差不多100年一个7级地震”[12]。
这些数据也表明，两千年以来，龙门山地震带的地震活动并不强烈，全球地震活动强烈时期应该在10000-6000年前期间海平面快速上升时期，而这时期是没有文字资料可查阅的。从公元前26年至今长达2034年的龙门山地震史料上没有的8级地震，不能说明10000-6000年前期间海平面快速上升时期也没有，更不能说明8级地震在10000-6000年前期间海平面快速上升时期也是千年一遇。海平面变化资料表明，全球地震活动强烈时期应该在10000-6000年前期间海平面快速上升时期。仅当我们能用证实海平面变化的方法，同样证实10000-6000年前期间8级以上地震的大致分布，我们才能确定龙门山地震带的地震活动规律。用2000年的资料证实1000年一遇地震的观点，这只能是推测，应该有更多的周期数据。
世界上有仪器准确记录的地震资料仅有百年的历史。地球在整个地质时期都经受过地震，文字记载可追溯到过去的几千年。在中国，学者们曾从很早以前的历代王朝文献、文学作品及其他来源得到地震证据。最早的可追溯到公元前1831年的山东省地震，该记载仅提到“泰山震”，但从公元前780 年起中国北部的地震记载就已经相当完整了。这些历史记载如此之详细，以致现代研究者根据它们可了解当时破坏的分布情况，从而得出地震的大小。从数据对比中可以看到，越是早期的地震，数据就越少，漏记和数据遗失的情况在所难免，特别是无人居住边远地区的地震。更早的地震记录就无据可查。
8000-6000年前期间海面上升速率明显减慢，将为每百年0.47米。按ＩＰＣＣ最新报告预测，到2100年海平面升高18至59厘米。两者的变化速度非常接近，用8000-6000年前期间的地震数据才能真实反映未来的地震变化趋势。以目前地震研究的水平和资料，准确的估计难以给出可信的证据。
气候剧变——海平面升降——地壳运动——火山地震活动——生物大规模灭绝。这就是地球气候变化史、构造演变史和生物进化史，尽管时间循序千差万别。读懂这个历史，对当前防灾减灾很有意义[1]。
气候变化已经无法用历史记录来推测，难道地震还会按照历史记录来发生吗[13]？
即使不考虑人为的全球变暖，海平面上升的自然速率表明，19世纪气候变暖以来，海平面上升速度为平均每百年0.10-0.15米。即10000-8000年前期间海面上升速度是其近26倍，因此10000-8000年前期间地壳均衡的强度也应该是目前的26倍。这样，在10000-8000年前期间，目前的1000年间隔的强震将缩短为50年间隔，百年间隔的地震将缩短为4年间隔。10000-6000年前期间应该是地球的强震集中爆发时期。揭示10000-6000年前期间地球强震集中爆发的全貌将为我们预测未来地震勾画出大致的可信蓝图。
参考文献
1． 杨学祥. 构造运动中的天文因素两极冰盖融化的威胁. 发表于2008-10-13 6:41:51科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=42439
2． 金煜。科学家研究称冰川万年后冰冻地球(图)。2008年11月23日 09:49 新京报。http://tech.sina.com.cn/d/2008-11-23/09492597279.shtml
3． 杨学祥, 陈殿友. 重力均衡与质量均衡. 长春科技大学学报. 1995, 25(1):87-92.
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5． 杨学祥. 地壳形变与海平面变化. 地壳形变与地震. 1994, 14(4):29-37.
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
7． 杨学祥. 地壳均衡与海平面变化. 地球科学进展. 1992, 7(5): 22-29.
8． 杨学祥。对全球海面变化均衡模式的改进。地质科学。1992，（4）：204-408
9． 刘浩，王宇。联合国最新报告：人类活动引起全球变暖。2007年02月03日08:41 来源：中国证券网.上海证券报http://it.sohu.com/20070203/n248019491.shtml
10．赵希涛，杨达源。全球海面变化。科学出版社，1992。118，108，74。
11．马宗晋, 杜品仁. 1995, 现今地壳运动问题[M]. 北京:地质出版社, 10, 99-102.
12．漆小均。成都市防震减灾局：汶川8级强震将千年不复发。2008年11月25日01:48 第一财经日报。http://news.sina.com.cn/c/2008-11-25/014816715788.shtml
13．杨学祥. 不能按常规来思考：全球变暖与冰河世纪. 发表于2008-11-25 16:28:20科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=48323
博客来源：http://guancha.gmw.cn/content/2008-11/26/content_862860.htm
强震形势严峻：关注海平面上升后的地壳均衡运动
作 者：杨学祥 上传日期：2006-10-4
强震形势严峻：关注海平面上升后的地壳均衡运动 |
http://www.envir.gov.cn/forum/20068629.htm
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1025611.html
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