冷热循环的自然机制：全球变暖导致地震火山爆发频繁

                                                     杨学祥，杨冬红

关键提示：英国科学家发现，人类活动引起的全球气候变暖或导致火山爆发更为频繁。事实上，我们早在1990年就撰文指出，冰川融化不仅仅影响海平面上升和淡水危机，而且能通过地壳均衡加剧特大地震的频繁发生，形成地震和气候变化的的自然周期。

我们多次撰文指出，气象学家忽略了全球变暖对地质学上的两项重要活动的影响：地震和火山给人类带来的灾难。

相关报道：

全球变暖或致火山爆发频繁

2018-01-01 07:51:31　来源: 南京日报(南京)

英国科学家发现，人类活动引起的全球气候变暖或导致火山爆发更为频繁。

英国利兹大学研究人员比较４５００年前至５５００年前冰岛冰川和火山活动，结果发现地表覆盖冰层越厚，火山爆发越少。研究相关结果发表于《地质》月刊。

研究领头人格雷姆·Ｔ·斯温德尔告诉《科学美国人》，冰会影响岩浆流动以及岩浆流向地表所经地球内空隙的变化，进而决定地壳容纳岩浆的多少。由于全球气候变暖，冰川萎缩，“地表压力减少，岩浆更容易涌向地表引起爆发”。

斯温德尔说，“在冰川和火山交互作用的地区，可以预见有更多的火山活动”，包括南美洲南部和太平洋西北地区。                         袁原

(原标题：全球变暖或致火山爆发频繁)

本文来源：南京龙虎网-南京日报 责任编辑：王晓易_NE0011

http://news.163.com/18/0101/07/D724670N000187VI.html

正文：

全球变暖导致的冰盖融化和海平面上升

地球表面10%的面积被冰川覆盖。其中，90%位于南极大陆、8%位于格陵兰岛、少部在北美和亚洲地区，但北美与亚洲其总和也不及全球冰川的1%。科学家在测量格陵兰岛冰川消融速度的时候发现，1996年格陵兰岛的冰川体积减少了22立方英里、而2006年冰川体积减少了53立方英里。10年间消融速度翻了一倍还多。

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4a3fb39c0100jjxu.html

新华社内罗毕2002年4月17日电联合国环境规划署17日在此间发表一项报告警告说，全球气候变暖导致喜马拉雅山上的冰川融化加快，冰川湖泊水位不断增高，最终会造成许多湖泊决堤。

http://news.sina.com.cn/w/2002-04-18/0354550005.html

　　中新网2008年12月18日电据香港《大公报》报道，美国太空总署16日发布的最新卫星监测数据显示，2003年至2007年的五年间，地球上南极、美国阿拉斯加和北极格陵兰岛的陆地冰川已融化逾两万亿吨，全球气候变暖的趋势愈见明显。

　　http://tech.sina.com.cn/d/2008-12-18/09582665926.shtml

　　【新华社墨西哥坎昆2010年12月7日电】联合国环境规划署7日在坎昆气候大会期间发布报告，公布了世界各地冰川融化状况的评估结果，呼吁全球采取紧急措施，减小冰川消融对高山地区人民生活带来的冲击。

这份名为《高山冰川和气候变化人类生计和适应的挑战》的报告对全球主要冰川近年来的融化速度进行了排序。报告指出，南美洲巴塔哥尼亚高原的冰川消融速度最快，其次是阿拉斯加沿岸山脉的冰川，排在第三位的是美国西北部和加拿大西南部的冰川，之后是亚洲高山地区的兴都库什山脉、北极地区和安第斯山脉的冰川。

http://finance.qq.com/a/20101209/001070.htm

据《今日美国报》2010年12月7日消息，正在墨西哥坎昆举行联合国气候变化峰会的专家日前表示，全球冰川融化速度远比想象的要快，其中南亚地区的危险级别最高，随着喜马拉雅山冰雪的迅速融化，南亚地区民众的生产生活受到的影响将最大。

联合国环境规划署在报告中表示：“自上世纪80年代以来，世界范围内的冰川融化速度越来越快，与此同时，全球气温开始逐步上升。”报告称，南美和阿拉斯加沿海山区的冰川融化速度超过世界其他地区，不过南亚的喜马拉雅冰川的融化对人类生活的影响将最大

http://news.163.com/10/1208/14/6NCUCV3V00014JB5.html

2011年04月10日东方早报报道，近期，关于世界冰川、冰原融化加速的研究报告在英国、美国陆续出炉，其暗示的淡水危机与海平面上升再次向人类敲响生存警钟。日前，英国《独立报》援引以英国为首的研究报告称，近30年部分山地冰川的融化速度比过去350年要快100倍。

http://tech.ifeng.com/discovery/detail_2011_04/10/5646596_0.shtml

国际在线专稿：据《今日美国报》2010年12月7日消息，正在墨西哥坎昆举行联合国气候变化峰会的专家日前表示，全球冰川融化速度远比想象的要快，其中南亚地区的危险级别最高，随着喜马拉雅山冰雪的迅速融化，南亚地区民众的生产生活受到的影响将最大。

联合国环境规划署在报告中表示：“自上世纪80年代以来，世界范围内的冰川融化速度越来越快，与此同时，全球气温开始逐步上升。”报告称，南美和阿拉斯加沿海山区的冰川融化速度超过世界其他地区，不过南亚的喜马拉雅冰川的融化对人类生活的影响将最大。过去40年，亚洲地区每年约有5000人死于冰川融化引发的洪水泛滥。而随着冰川逐渐消融，当地人赖以生存的水源将受到威胁，总有一天，将会面临无水灌溉农田、无合适的饮用水的困境。

http://news.sohu.com/20101209/n278189816.shtml

科技日報紐約2010年12月7日電 (記者卞晨光)聯合國環境規劃署及其合作伙伴今天在坎昆氣候變化大會現場發布了一份有關全球冰川狀況的報告，報告顯示，由於氣候變化的影響，全球大部分冰川正在加速消融，將對人類的淡水供應、糧食安全和日常生活造成嚴重威脅。

聯合國環境規劃署表示，過去150年來地球上的冰川面積一直在縮減，但自上個世紀80年代以來，這種變化的速度顯著加快了。北極、歐洲、亞洲高山地區、美國西北部和加拿大、安第斯山區和巴塔戈尼亞地區的冰川都在融化，甚至在龐大的興都庫什-喜馬拉雅山區，大多數冰川也在縮小，其中南美洲和阿拉斯加地區的冰川融化速度最快。不過，由於全球變暖導致局部地區降雨增多，也有少數地區的冰川出現了擴大的跡象，如挪威西部、新西蘭的南島和南美洲的火地島等。

http://wwwbig5.hinews.cn/news/system/2010/12/09/011643283.shtml

事实上，冰川融化不仅仅影响海平面上升和淡水危机，而且能通过地壳均衡加剧特大地震的频繁发生。

冰盖融化和海平面上升导致陆海边缘地震火山频发

有报道指出，全球特大地震发生在冰川融化最强烈的地方。

从表1中可以看到，全球8.5级以上地震第一个统计特征是，地震的发生地点具有明显的洲际差别：只发生在美洲和亚洲。美洲、亚洲与欧洲、非洲、澳洲的最大差别是具有高耸的山脉和广袤的山地冰川，并且是冰川融化最强烈的地方。

气候变化引发的冰川的消长导致海平面的升降和相应的陆海地壳方向相反的地壳均衡运动，从而形成地震火山活动最强烈的环太平洋地震火山带、欧亚地震带、海洋中脊地震带，强烈地震发生在全球变暖之后的拉马德雷冷位相时期。

表1  1890年以来特大地震活跃期和拉马德雷（PDO）冷位相对应关系

注: 特大地震为Ms 8.5级以上强震，括号内为国外数据，？表示预测

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-970569.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-970946.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-984262.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-696186.html

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表2  1890-2012年全球8.5级以上地震（按时间排列）

https://en.wikipedia.org/wiki/Lists_of_earthquakes

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气象学家忽略了地质学上的两项重要活动：地震和火山给人类带来的灾难。

事实上，由于全球变暖，导致冰川融化和海平面上升，改变了地表的物质分布，破坏了地表的地壳均衡，引发强烈的地震火山活动，给人类带来巨大的灾难。

我们在2011年撰文指出，强震与全球气候变化关系的地球物理解释是：全球冷暖变化导致的海平面升降，破坏了地壳的重力均衡，引起加载或卸载的海洋地壳均衡下沉或上升，并导致相应的水平运动。

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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地壳均衡理论简介

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。

冰川地壳均衡理论

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。全球气候变化的周期有50-60年拉马德雷周期，200年太阳黑子超长极小期，1800年潮汐长周期，以及2、4、10万年冰期周期。

在10万年的冰期中，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（如同轮船加载，吃水线加深一样），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；全球变冷导致海洋100-200m海水层变为两极2000m厚的冰盖，将地壳压扁，形成赤道圈最大的径向张裂，喷出岩浆，形成海洋锅炉效应，导致全球变暖。这就是大自然的自调节作用，它增强了天文冰期理论的可靠性。

冰川地壳均衡理论的发展：球面垂直运动可以产生水平运动

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。

气候变化导致的冰川期与温暖期交替，形成地表巨量海水（大约100-200米深海水层变化）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。

气候变化导致的冰川期与温暖期交替，形成地表巨量海水（大约100-200米深海水层变化）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。

由图4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。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AB弧下降到CD弧时，圆心角变大，只能发生两种结果：

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弧的多余部分象楔一样劈开大陆，推动大陆向两边分离，由AB弧扩张到AE弧，其类型为大西洋两岸的快速扩张。

其三、反之，当海洋地壳CD弧上升到AB弧时，由于弧长增大，其增大部分BE弧就是海底扩张产生的新洋壳。

        图1  重力均衡造成的垂直运动和水平运动（据杨学祥，1988；杨冬红等，2011）

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火山带8.5级以上强震频发，搅动海底冷水上翻，使气候变冷，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，这是强震在拉马德雷暖位相较少，甚至不发生的原因。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-636574.html

我们在《地震和潮汐对气候波动变化的影响》一文中指出，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。文章发表在《地球物理学报》2011年第4期上。

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。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-655232.html

火山频发导致气候变冷：小冰期与火山喷发有关

大多数学者认为，15-18世纪的小冰期是由太阳辐射减弱或火山喷发单一作用或共同作用引起，火山灰中含有大量悬浮颗粒，阻碍了太阳辐射抵达地球表面。最近研究表明，小冰期从13世纪开始，源于公元1275年和1300年之间的4次火山喷发。在过去的450年，最近研究发现了火山喷发与大气和海洋低温的联系，短期的变冷时代从13世纪到18世纪，大气和海洋系统被火山喷发所控制。

1816年，全球性的低温袭击了从欧洲、美洲甚至中国，北半球平均气温下降了0.4-0.7℃，与道尔顿极小期有关，此前的蒙德极小期造成北半球持续70年的连续低温。但是，造成1816年寒冷现象的更直接原因是1815年坦博拉火山喷发，1809年也发生了火山喷发[1-3]。在此期间还有两次火山爆发，分别发生在1812年的加勒比海地区和1814年的菲律宾。

最新研究认为，地球小冰期始于13世纪后期，可能从1275年至1300年间就开始了，在大约50年时间里，热带地区相继发生了4次大规模火山爆发。由于喷出的火山灰中含有大量悬浮颗粒，阻碍了太阳辐射抵达地球表面，北半球在相对很短的时期内不断遭遇“降温”，这种累积效应使北半球突然进入冰期。1430年到1450年，也发生了一轮大规模火山喷发，其中包括瓦努阿图的火山，导致几个世纪的寒冷时期“小冰期”的到来。

2010年冰岛火山喷发后，火山活动对气候的影响重新引起人们的关注，伴随火山资料的增多，研究火山活动对气候的影响不仅成为可能，而且有重大的现实意义。

海底巨震导致气候变冷：特大地震的拉马德雷气候周期

气候变化引发的冰川地壳均衡运动使地震具有明显的气候周期。目前研究的结果表明，特大地震具有55年拉马德雷周期。

地震数据统计表明，1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共21次，在1889-1924年拉马德雷冷位相时期发生6次（国外资料1900-1924年2次），在1925-1945年拉马德雷暖位相时期发生1次（1次），在1946-1977年拉马德雷冷位相时期发生11次（7次），在1978-1999年拉马德雷暖位相时期发生0次（0次），在2000-2030年拉马德雷冷位相时期已发生6次。

规律表明，拉马德雷冷位相时期及其边界是全球强震的集中爆发时期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期，2000-2035年是全球强震爆发时期和气候变冷周期。1952年、1957年（国外数据低于9级）、1960年、1964年4场特大地震就发生在1947-1976年拉马德雷冷位相时期前17年。

全球气候变暖，不仅使全球平均温度升高，而且使得高温、干旱、寒潮、暴雪、暴雨等极端天气发生的概率增加。不仅如此，一个理论可查事实可见的转化机制是：陆地冰川融化和大洋海平面升高会导致地壳均衡的破坏，引发强震和火山活动频发，深海强震将海底冷水翻到表面，降低气温，吸收温室气体，导致冷周期的到来。这就是地震学家郭增建2002年提出的“海震降温说”。控制气候变化的地质活动不仅仅是火山活。

2002年郭增建提出“深海巨震降温说”：海洋及其周边地区的巨震产生海啸，可使海洋深处冷水迁到海面，使水面降温，冷水吸收较多的二氧化碳，从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关，同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧各40°范围内的Ms 8.5级和大于Ms 8.5级的海震。郭增建等人指出，9级和9级以上地震与北半球和我国的气温有很好的相关性。

海洋及其周边巨震，特别是地震引起的海啸，将海底冷水翻到表面，降温效果是明显的，这可以从2004年12月26日印尼地震海啸后气温的剧烈波动变化中得到验证。2004年、2005年、2007年、苏门答腊三次Ms 8.5级以上强震和2009年9月30日南大洋萨摩亚群岛Ms 8级地震海啸，是2005年中国18年暖冬终结、2006年初低温寒流、2008年初中国南方罕见冰雪冻灾、2010年初低温暴雪袭击北半球的前兆和成因，2010年2月27日智利Ms 8.8级地震和海啸与2010年12月欧美暴雪低温和英国三百年来的最强寒流的对应性再次验证了这一结论。

20世纪4场最强的特大地震在很短的时间内都发生在环太平洋地震带的沿海地区：1952年堪察加半岛地震，1957年阿拉斯加阿留申群岛地震，1960年智利地震，1964年阿拉斯加威廉王子海峡地震，与50-70年代低温期以及1947-1976年拉马德雷冷位相时期相对应。

21世纪最强的特大地震发生在欧亚地震带和环太平洋地震带的沿海地区：2004年印尼苏门答腊和2011年日本，与全球变暖停滞期和2000-2030年拉马德雷冷位相时期相对应。

笔者认为，冰岛火山喷发导致大量冰川融化，它不仅导致洪水泛滥，而且会进一步破坏冰岛地区的地壳均衡，引发更强烈的地震火山活动，认真调查全球变暖和地震火山频繁发生的相关关系可以预防更大的灾害发生。

一项最新研究成果显示，全球变暖使格陵兰岛冰盖加速融化，从而导致格陵兰岛陆地部分海拔高度上升。相应的海平面上升将导致海洋地壳均衡下降，引发更强烈的地震火山活动。这是目前环太平洋地震带和火山带活动频繁的原因。

全球变暖并不仅仅引发气候问题，由冰川融化和海平面上升导致的地表巨量的物质转移（极冰和海水的转换）会引发强烈的构造运动，地震和火山活动的频繁出现将造成对人类社会的更大伤害。

海平面上升只能威胁沿海地区，特大地震不仅威胁沿海地区，而且深入内陆，其破坏强度远远高于海平面上升。这是全球变暖对世界的最大威胁。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-884564.html

参考文献

1. 杨冬红，杨学祥。“拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害。西北地震学报。2006，28（1）：95-96

2. 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

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.

4. 杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07上：8-9.

5.  杨学祥，杨冬红。旱涝周期和海震调温假说的新证据。西北地震学报。2005，27（4）：400，398。

6. 杨学祥。威胁世界的海平面上升。《海洋世界》1990年 第5期 22-23页。

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http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-916567.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-916671.html

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