地震可能是北极迅速变暖的主要原因

• 北极地区现在已经处于全球变暖的最前沿，这里脆弱的气候深受全球气候变暖的影响。但是最近MIPT的研究人员为北极的迅速变暖提出了一种新的解释。他在发表于《地球科学》的论文中指出，北极气候变暖可能是由一系列大地震引发的。
  

全球变暖是文明面临的紧迫问题之一。人们普遍认为这是由人类活动引起的，人类活动增加了大气中温室气体的浓度。但是，这种观点并不能解释为什么有时温度会突然突然升高。

航行在北极北冰洋上的破冰船

在北极，导致气候变暖的因素之一是北极地区的多年冻土的融化导致天然气水合物释放出甲烷。而甲烷是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍。自研究人员开始监测北极的温度以来，该地区经历了两个突然的变暖时期：首先是1920年代和30年代，然后是1980年开始，一直持续到今天。

利奥波德·洛布科夫斯基（Leopold Lobkovsky）是这篇报道的作者，他也是俄罗斯科学院院士，也是MIPT世界海洋北极和大陆边缘地球物理研究实验室的负责人。他在论文中假设，无法解释的突然的温度变化可能是由地球动力学因素触发的。他特别指出了阿留申弧线（Aleutian Arc）中发生的一系列大地震，阿留申弧线是离北极最近的地震活动区。

自1900年以来北极空气温度异常变化。红色粗线表示突然变暖的两个阶段。数据由北极和南极研究所汇编。图片来源：Leopold Lobkovsky / Geosciences

为了检验他的假设，洛布科夫斯基不得不回答三个问题。首先，大地震的发生日期是否与温度跳跃相吻合？第二，是什么机制让阿留申群岛的地震能够影响到2000公里外的北极大陆架地区？第三，这些地质活动是如何加剧甲烷释放的？

第一个问题的答案来自历史数据分析。事实证明，阿留申弧线确实是20世纪两次系列大地震的发源地（下文中有更多详细信息）。它们在发生大地震以后的15~20年以后，北极地区就会出现温度突然升高，这两者之间有非常强烈的关联性。

关于第二个问题，科学家采用了岩石圈激发动力学模型来解答。研究人员使用的模型描述了所谓的构造波的传播，并预测它们应该以每年约100公里的速度传播。这与每次大地震发生和随后的温度升高之间的延迟一致，因为干扰花费了15到20年才能传播超过2000公里。

北极北冰洋上融化的冰层

为了回答第三个问题，研究人员提出了以下解释：到达北极大陆架的形变波在岩石圈中引起较小的附加应力，足以破坏亚稳定状态的天然气水合物的内部结构和永久冻土层中的甲烷。这将甲烷释放到海水和大气中，由于温室效应，导致该地区的气候变暖。

“阿留申弧线上的大地震与气候变暖的阶段之间有着明显的关联。存在一种以适当的速度在岩石圈中物理地传递应力的机制。这些增加的压力能够破坏亚稳定状态的天然气水合物和多年冻土，释放出甲烷。

根据科研人员的说法，这种模型暂时还只是一个粗略的理论，在具体的细节和数据方面还需要进一步的研究和完善。

阿留申群岛（Aleutian Islands）是一个由数十个岛屿组成的群岛，其中有40个活火山和17个休眠火山。

注：两次阿留申群岛大地震系列。第一次地震始于1899年阿留申弧线东部的8级地震，随后是该岛西部的另外两次大地震，分别为8.3级和8.4级。第二系列始于1957年的8.6级地震，随后是1964年的9.3级阿拉斯加地震。次年，弧度西部震撼了8.7级地震。这些破坏性地震事件中的每一个都具有跨越数百公里的地下震源。

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2020年气候变冷高峰：潮汐和地震的制冷作用

已有 5417 次阅读 2012-9-7 06:22 |个人分类:学术争论|系统分类:观点评述| 气候变冷, 低温冻害, 地震, 潮汐

               2020年气候变冷高峰：潮汐和地震的制冷作用

            杨冬红，杨学祥

2004年12月26日印尼地震海啸后，全球低温冻害和暴雪灾害频繁发生。“潮汐调温说”和“深海巨震降温说”是一种合理的解释。根据“潮汐调温说”和“深海巨震降温说”理论，2005年以后全球气温将因为地震海啸和强潮汐南北震荡而降低。2009年11月至2010年1月低温暴雪袭击北半球，西方科学家也承认2000-2010年气候的自然变化抵消了全球气候变暖效应这一客观事实。潮汐振荡可以解释全球气温的准60年变化，海洋及其边缘的强震能够将深海冷水翻上表面，使全球气候变冷。所以，强震和强潮汐与低温密切相关。

北半球2010年初受到强烈寒流和创纪录的大雪侵袭，从中国、韩国到俄罗斯，从西欧到美国大平原，都因酷寒和暴雪而遭灾。亚洲东北部雪势最严重，使这个地区陷入六十年来最严酷的冬天，全球变暖面临空前的挑战。

1.       海洋对气候变化的影响

    计算表明，每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000J和1290J，前者是后者的3240倍。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近，前者位于爱尔兰的大西洋岸，属于海洋性气候，后者位于亚洲大陆内部，属于大陆性气候。虽然纬度相近，但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值，在瓦伦西亚只有7.9度，在赤塔则为46.1度，大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度，后者为零下3度，差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆，海洋是大气热量的主要供应者^[1-3]。

海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。我们称这个过程为海底藏冷效应。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度^[16]。目前海洋底层温度为摄氏2度，它为大气提供了充足的冷源^[1-3]。

2.       强潮汐降温作用

在十五世纪至十七世纪的二百余年内，全球强震发生频繁，其它自然灾害也很集中，如瘟疫流行，低温冻害严重，被称为小冰期时期。这个时期也正是太阳黑子蒙德极小值时期^[4]，太阳活动处于低值状态，有人把它看作是小冰期气候产生的原因。

2000年查尔斯·季林（Keeling）提出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷，形成的全球气候波动周期大约为1800年。季林认为，地球、月亮和太阳相对位置的变化会引起潮汐强度的逐渐变化，其周期与邦德提出的“气候周期”是一致的。当日、地、月排成一线且相互距离最小时，日月引潮力相互加强而变为最大，地球海洋潮汐规模也最大，这时就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。当日、地连成的直线与月、地连成的直线相互垂直时，太阳潮汐减弱月球潮汐，使地球海洋潮汐变小，这时海洋深处的冷水很难被带到海面，世界就变得暖和。据季林的计算，大约在1425年即小冰期的末期，潮汐达到了最大值，从那以后逐渐减弱，直到3100年潮汐又达到最大值。这个周期是过去1万年气候变迁的主要动力。这个效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到24世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷^[5-6]。

潮汐高低潮还有200年左右的明显周期变化。其中，1425年、1629年两次峰值对应小冰期时期，1770年的峰值对应18世纪的低温，1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷。特别是54-56年周期（太平洋十年涛动周期），在全球气候变化中有非常明显的作用^[3]。

目前处于1800年周期中的变暖高峰，200年周期中的变冷初期，60年周期中的30年变冷中期阶段，2020年为变冷高峰，类似20世纪60-70年代的变冷期。

3.       深海巨震降温

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^o范围内的8.5级和大于8.5级的海震^[7]。2004年12月26日印尼地震海啸后，全球低温冻害和暴雪灾害频繁发生。郭增建的“深海巨震降温说”是一种合理的解释。

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。1868年以后的北半球温度下降与1868年和1877年间的智利两个M_t9.0级大地震有关。1900年以后的北半球的温度下降可能与1906年厄瓜多尔M_w8.8级大地震以及太平洋和印度洋周围大量M_s8级以上的大地震的数量特多有关。1952年之后的温度短时下降以及1960年以后的明显的长时段下降可能与1952、1957、1960和1964年的4次M_w9.0~9.5级的环太平洋大地震有关。由于1960年智利特大地震为M_w9.5级，1964年阿拉斯加大地震为M_w9.2级，所以1960年以后北半球和中国气温下降明显，而且持续时间也很长。1833年苏门答腊9级地震、1837年智利瓦尔的维西9.25级地震和1841年堪察加9级地震组成一个9级以上地震小高潮，对应1833年之后气温的低水平段^[8]。

2004年12月26日印尼苏门答腊9.1级特大地震和海啸拉开了新一轮9级地震的序幕，2005、2007、2012年又连续发生3次8.5级以上地震，2011年2月27日智利发生8.8级地震，2011年3月11日日本发生9级地震。

我们在2008年指出，2004-2018年是全球特大地震频发期^[9]，目前已经得到完全证实。根据深海巨震降温说，2004-2018年的特大地震频发将导致2020年前后全球气温变冷进入高峰。

4.       拉马德雷冷暖周期中的海温变化

“拉马德雷”（Lamadre ）是一种高空气压流，在气象学和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（PDO），其“暖位相”和“冷位相”两种形式分别交替在太平洋上空出现，每种现象持续近二十年至三十年。近一个世纪以来，Lamadre 已经出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生在1890年—1924年，而“暖位相”发生在1925年—1945年；第二周期的“冷位相”发生在1946年—1976年，而“暖位相”发生在1977年—1999年^[22]。2000年进入第三周期的“冷位相”。Lamadre是西班牙语“母亲”的意思，即她是El Nino和La Nina的母亲。其形成原因尚待研究。

西北太平洋十年际气候变化受PDO（亦称拉马德雷现象）支配。PDO的特点在于海水表面温度，海平面气压及风场的变化。PDO可分为暖位相（暖相）和冷位相（凉相）。PDO位于暖位相时，赤道附近及北美洲沿岸的海水表面温度异常温暖，北太平洋中部的海水表面温度则异常清凉。PDO的冷位相与暖位相的海水表面温度相反。每个PDO的位相一般持续20-30年。在PDO暖位相和冷位相时，冬天海平面温度（颜色代表），海平面气压（等线代表）以及海表风力（箭头代表）异常的典型分布，见图1。

拉马德雷冷暖位相图示

     图1 太平洋十年涛动的暖位相（暖相）和冷位相（凉相）温度、气压和风力分布

香港天文台。气候变化。香港天文台制作的《气候变化》教材。http://203.129.68.8/climate_change/resources_c.htm

         西北太平洋海温变化导致北极涛动异常，是拉马德雷冷位相时期北半球低温暴雪频发的重要原因，巨大的温差导致北极寒流南下，形成中国严重低温冻害，如1947-1976年拉马德雷冷位相时期的1954、1957、1969、1972、1976、1977年，2000-2030年拉马德雷冷位相时期的2008年。它们都是拉尼娜年或厄尔尼诺年。2012年厄尔尼诺发生后，中国的低温冻害值得关注。http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-557178.html

参考文献

1.       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.       张家诚。气候变迁及其原因。北京：科学出版社，1976.

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.       马宗晋, 杜品仁. 现今地壳运动问题[M]. 北京: 地质出版社, 1995, 10: 99-102.

5.       Keeling C D, Whorf T P. The 1800-year oceanic tidal cycle: A possible cause of rapid climate change [J]. PNAS, 2000, 97(8): 3814-3819.

6.       Fred Pearce, Tidal warming: Is the moon turning up the Earth’s thermostat? New Scientist, 2000, 166 （2232）: 12

7.       郭增建. 海洋中和海洋边缘的巨震是调节气候的恒温器之一[J]. 西北地震学报. 2002, 24(3): 287

8.       郭增建, 郭安宁, 周可兴. 地球物理灾害链[M]. 西安地图出版社, 2007: 111-114,146-158.

9.       杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07上,《百科知识》2008/07上, 8-9. http://www.jllib.cn/library/magazine/20080707k.htm

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-609964.html