地球内部也存在巨大海洋：超级火山喷发形成全球变暖和生物灭绝

                                            吉林大学：杨学祥，杨冬红

      美国研究专家在一项新的研究报告中推断地球的覆盖层位于地壳与地心间储存估计比地球表面海洋总量还要多上三倍的丰沛储水区。

      2014年6月，美国新墨西哥大学和西北大学的研究人员在《科学》杂志上报告说，这一“隐藏的海洋”位于地球内部410公里至660公里深处的上下地幔过渡带，其水分并不是我们熟悉的液态、气态或固态，而是以水分子的形式存在于一种名为林伍德石的蓝色岩石中。

　　2014年3月，加拿大艾伯塔大学研究人员在英国《自然》杂志上报告说，他们首次发现了来自上下地幔过渡带的一块林伍德石，其含水量为1.5％，从而证明有关过渡区含有大量水的理论是正确的。

https://www.edu.cn/rd/kexuetansuo/zui_xin_dong_tai/dili/201406/t20140616_1133627.shtml

      理论模型研究和实际测量表明，地球内核自转较快，地壳和地幔自转较慢，形成地球内外圈层的差异旋转，核幔边界不仅是热交换边界，而且是圈层角动量交换的边界。圈层角动量使地壳和地幔自转变快，内核自转变慢，部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模热幔柱喷发的原因^[11-15]。

      科学家发布报告称，他们首次发现了海下神秘的深海喷射流，这种喷射流能导致热带大西洋风向、降水以及海洋气温出现异常。

      海洋学家目前发现，在热带大西洋持续出现的气候波动，很显然是由此前不为人知的深海喷射流所导致的，这种气流（按：原文如此。此“气流”二字或系“喷射流”一语笔误。备考）会从深海3000米处向上喷射。

      德国莱布尼兹海洋科学研究中心研究人员皮特·勃兰特表示：“到目前为止，当试图解释热带气候变化的原因时，我们总是向天上看，尤其是大气层，而最新数据第一次将我们的注意力转移到了海洋深处，为我拓展了新的研究方向。”

      相关报告近日发表于权威学术杂志《自然》上。研究人员在文章中称，目前在沿赤道，横跨整个大西洋的水域下，这种喷射流正以1180英尺至2360英尺的时速流动。而它们蕴藏的动能改变着表层洋流，导致全球约每4年半一次的气候变化。

      我们在1996年指出，火山活动主要受地球内部能量间歇性释放所控制。海洋锅炉效应、海底藏冷效应、海震调温效应和强潮汐调温效应比温室效应有更显著的调温效果。自然杂志最新文章证实了这一结论。

海底藏冷效应（左）和海洋锅炉效应（右）示意图

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-725792.html

       地球内部也存在巨大海洋，为超级火山喷发形成全球变暖和生物灭绝提供新机制：伴随超级火山喷发的地下超级热水不仅为地表水提供新的源泉，而且加快海洋变暖，导致海洋生物灭绝。

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地球内部也存在巨大海洋专家称其是地表海洋的三倍!

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美国研究专家在一项新的研究报告中推断地球的覆盖层位于地壳与地心间储存估计比地球表面海洋总量还要多上三倍的丰沛储水区。

这惊人的储水区在地表下700公里深处，在上地幔与下地幔中间的区域，经年累月看似平静。

由美国西北大学地球物理学家史帝夫?雅克布森与新墨西哥大学地震学家布兰登Schmandt带领的研究团队推测这些水分被锁在一种名为尖晶橄榄石又称林伍德石的矿物结构中。

尖晶橄榄石是一种处于高温高压环境下所产生的矿物，有着罕见结晶状结构，外观与橄榄石相似。

https://news.4399xyxy.com/r/edb04e7d89706465.html?from=sgxxl&page=index&area=dabiao&index=0&usid=%u5C40%u57DF%u7F51i9f0

地球内部也存在巨大海洋专家称其是地表海洋的三倍!

21小时前

发现这么大量的水分存积在地底下为地球的水循环与海洋由来的说法带来一线曙光，因为这些水存在地底下保持着一样的量至少超过百万年。有些地球物理学家相信地球上的水是来自外太空，或更确切地说，他们相信是冰冷彗星撞上地球才有了海洋。但这项新发现让海洋可能是从地底慢慢涌上地层表面的说法更具说服力。感谢地质板块不断的循环！雅克布森这么说道，从这个迹象可以研判地球上的水是由地底而来的。

美国研究专家利用超过2千个地震仪研究在美国本地引起地震的震波，透过测量地底不同深度震波的穿透速度，科学家们确认了传导这些震波的岩石种类与密度。

这被隐藏的很好的水之所以被发现是因为他的出现减缓了对应层的震波(相较于干燥不含水的岩石，震波需要花较长的时间穿透含水的岩石)。

这个震波观察的结论是实验室研究确认的，研究专家推断位于700公里深并含水的尖晶橄榄石的作用像海绵般似的渐渐地在高压与高温下融化，并将先前在过度带中吸取的水分锁住。€randon Schmandt说道：「当一块高含水的岩石从过度带移动到下层地幔时需要将水分排出，所以岩石会稍微融化，这即是我们所谓的脱水融化。

虽然这篇刊登在科学期刊的研究报告所涉及的区域只在美国境内，但研究学者们相信在地球的任何一个角落都有类似的状况发生，他们也计划将研究拓展至国外区域。

https://news.4399xyxy.com/r/edb04e7d89706465_2.html?from=sgxxl

https://www.kepuchina.cn/kpcs/shgm/kjsh10/201611/t20161128_47553.shtml

https://v.qq.com/x/page/f0909lz8v2g.html

地球内部"隐藏海洋" 总水量相当于地表海洋3倍

2014-06-16 新华社

　　美国科学家12日说，地球内部可能存在着一个水量相当于地表海洋总水量3倍的“隐藏的海洋”。这一发现也许有助于解释地球上海洋的水从何而来。

　　美国新墨西哥大学和西北大学的研究人员在《科学》杂志上报告说，这一“隐藏的海洋”位于地球内部410公里至660公里深处的上下地幔过渡带，其水分并不是我们熟悉的液态、气态或固态，而是以水分子的形式存在于一种名为林伍德石的蓝色岩石中。

　　研究人员利用遍布全美的2000多个地震仪分析了500多次地震的地震波。这些地震波会穿透包括地核在内的地球内部，由于水会降低地震波传播的速度，研究人员可以据此分析地震波穿透的是什么类型的岩石。结果表明，就在美国地下660公里深处，岩石发生部分熔融，且从地震波传播速度减缓来看，这是可能有水存在的信号。

　　与此同时，研究人员在实验室中合成上下地幔过渡带中存在的林伍德石，当模拟地下660公里深处的高温高压环境时，林伍德石发生部分熔融，就像出汗一样释放出水分子。

　　“我想我们最终找到了整个地球水循环的证据，这或许有助于解释地球地表大量液态水的存在，”西北大学地球物理学家史蒂文·雅各布森说，“几十年来，科学家一直在寻找这一缺失的深层水。”

　　地球上水的来源有多种说法，一些人认为是彗星或陨石撞击地球带来的，也有人认为是从早期地球的内部慢慢渗透出来的。新发现为后一种说法提供了新的证据。

　　今年3月，加拿大艾伯塔大学研究人员在英国《自然》杂志上报告说，他们首次发现了来自上下地幔过渡带的一块林伍德石，其含水量为1.5％，从而证明有关过渡区含有大量水的理论是正确的。https://www.edu.cn/rd/kexuetansuo/zui_xin_dong_tai/dili/201406/t20140616_1133627.shtml

      理论模型研究和实际测量表明，地球内核自转较快，地壳和地幔自转较慢，形成地球内外圈层的差异旋转，核幔边界不仅是热交换边界，而且是圈层角动量交换的边界。圈层角动量使地壳和地幔自转变快，内核自转变慢，部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模热幔柱喷发的原因^[11-15]。

      科学家发布报告称，他们首次发现了海下神秘的深海喷射流，这种喷射流能导致热带大西洋风向、降水以及海洋气温出现异常。

      海洋学家目前发现，在热带大西洋持续出现的气候波动，很显然是由此前不为人知的深海喷射流所导致的，这种气流（按：原文如此。此“气流”二字或系“喷射流”一语笔误。备考）会从深海3000米处向上喷射。

      德国莱布尼兹海洋科学研究中心研究人员皮特·勃兰特表示：“到目前为止，当试图解释热带气候变化的原因时，我们总是向天上看，尤其是大气层，而最新数据第一次将我们的注意力转移到了海洋深处，为我拓展了新的研究方向。”

      相关报告近日发表于权威学术杂志《自然》上。研究人员在文章中称，目前在沿赤道，横跨整个大西洋的水域下，这种喷射流正以1180英尺至2360英尺的时速流动。而它们蕴藏的动能改变着表层洋流，导致全球约每4年半一次的气候变化。

      我们在1996年指出，火山活动主要受地球内部能量间歇性释放所控制。海洋锅炉效应、海底藏冷效应、海震调温效应和强潮汐调温效应比温室效应有更显著的调温效果。自然杂志最新文章证实了这一结论。

海底藏冷效应和海洋锅炉效应

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-725792.html

120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台，其释放的热量为6×10²⁶J，海洋的质量为1.45×10²⁴g，可使全球海水温度增高33℃，平均每万年海温升高0.1℃^[42]。有证据表明，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4⁰C以上^[33]。海底火山活动引发的海温增高和CO₂排放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO₂和异常高温一一对应的原因。最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11℃，最高可以达到大约7℃。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度^[44]。15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO₂浓度增加的原因（见图2）。

3亿年周期的气候变化与超级火山喷发

已有 3881 次阅读 2014-6-14 18:10 |个人分类:科技点评|系统分类:观点评述| 地球自转, 气候变化, 超级火山, 大冰期, 3亿年周期

                   3亿年周期的气候变化与超级火山喷发

                                杨学祥，杨冬红 

科学家近日发现，太平洋海底正酝酿着一场毁灭性的超级火山喷发。来自犹他大学的研究团队称，在太平洋底以下约2900公里的地幔中，有2个或更多的大洲面积的“岩石堆”正在推挤碰撞。不过我们还不用为此太过担心，因为这场超级喷发的时间大约在1亿年到2亿年之后，届时地球生命可能会遭受灭顶之灾。3亿年大冰期周期时间表给出了这一推测的证据。

3亿年大冰期周期时间表：200万年以来第四纪大冰期；2.8亿年前石炭二叠纪大冰期；5.95亿年前的前寒武纪大冰期。形成原因：与3亿年太阳系的银河年轨道有关。

叶淑华院士指出，在距今0.65~1.4亿年前的白垩纪，地球上发生许多费解的事件：地磁场突然倒转；出现许多黑色岩系，说明此时岩浆活动非常剧烈；大洋洋洋底裂开；大气温度比现在高18℃左右；海平面比现在约高150米；地球的自转变快；古生物大量灭绝；大气中CO₂的含量十倍于现在；陨石增多；造山作用弱，夷平作用大。对于这些事件的解释可能是，由于一颗小行星撞击了地球。另外此时的太阳系处于一个特殊的位置，位于银河系的远银心点^[38]。

地球自转在4亿年中除了有逐渐减少的长期趋势变化外，还有叠加在其上的周期变化。当月球离地球很近时，朔望月天数将会变化得很快^[16]。任振球认为，古地球自转可能存在间隔2亿多年的准周期，其原因可能与小行星或彗星撞击地球等因素有关，图1 给出了朔望月天数变化所表示的地球自转速度变化曲线^[17]。从图1中可以看出，1.4亿年中生代，地球自转速度处于高峰；2.3亿年前二叠纪，地球自转速度处于低谷。

Whyte指出，在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期，而旋转减慢时期主要对应了负极性时期，前者如志留纪至早泥盆纪和中生代，这阶段由于地球旋转速度加快，使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代，是地球旋转速度减慢时期，表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明，在几亿年时间尺度上，各种地质旋回有一定程度的相关性存在，与地球自转速度变化相对应^[18]。我们讨论了地球自转速度变化、构造运动、地磁极性倒转和灾害性气候相互对应的地球物理机制^{[1, 15, 19-21]}。

图1  近5亿年来朔望月天数的变化[据任振球, 1990 ^[17]]

地球的重力分异产生地球各圈层的分化和差异旋转，使地壳自转减慢；圈层角动量交换将动能变为热能，使地壳自转加快，这两个过程多次反复，可形成地球自转速度的较长周期变化。能够验证这一变化周期的最有力证据是气候变暖、火山喷发和热幔柱活动的高潮时期与地球自转加快时期相对应，这是圈层角动量交换将动能变为热能积累在核幔边界并释放的结果。

比较图1和图2，其形状的相似性表明地球自转与火山活动的相关性：自转加速对应火山活动高峰，自转减速对应火山活动低谷。白垩纪后地球自转速度的急剧变化在火山活动曲线上没有表现，其原因可能与地核重力分异、小行星或彗星撞击地球等突发因素有关。

图2  北美火山活动曲线[据 Engel and Engel, 1964^[23]]

由于内核相对地壳地幔的差异旋转，核幔角动量交换使部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界（赤道处的核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，形成中生代全球无冰温暖气候。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℃，大气冷却了10~15℃。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视。表5给出了这种地质旋回与地球自转周期的相关关系，热幔柱强烈喷发导致大量生物灭绝^[24]。

表1  地球自转周期与地质旋回

现代火山活动有明显致冷的记录。短周期的对应关系是：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应^{[14, 42]}。

据Coffin和Eldholm（1993）海洋考察结果，巨大火成区所显示的大陆溢流玄武岩和大洋溢流玄武岩的喷发强度与全球高温和大气CO₂高浓度对应（见图3-5）^[43]。

图3 全球巨大火成区

图4  1.5亿年以来海平面变化、全球气温变化、黑色岩、大规模生物灭绝

图5 1.2亿年以来热幔柱喷发的规模比较：规模变小与气温变冷对应 

120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台，其释放的热量为6×10²⁶J，海洋的质量为1.45×10²⁴g，可使全球海水温度增高33℃，平均每万年海温升高0.1℃^[42]。有证据表明，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4⁰C以上^[33]。海底火山活动引发的海温增高和CO₂排放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO₂和异常高温一一对应的原因。最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11℃，最高可以达到大约7℃。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度^[44]。15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO₂浓度增加的原因（见图2）。

1000km³熔岩要释放1.6×10¹³ kg的CO₂，3×10¹²kg的硫和3×10¹⁰kg的卤素。一个巨大火成区的累积过程要发生上千次这样的喷发，它使现代人类造成的污染物产生的影响相形见绌^[42]。120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×10⁶km³，15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩体积为1.3×10⁶km³，释放的CO₂分别为5.8×10¹⁷ kg和2.1×10¹⁶ kg。

Engel and Engel给出了北美火山喷发曲线^[45]，Larson给出了1.5亿年以来全球地磁、洋壳产量、古温度、古海平面、黑色页岩的异常变化^[46]，与图3-5的变化趋势基本一致。

根据地质和气象等综合数据，表6给出地球自转周期、地质旋回、气候变化和地磁变化的对应规律，与图1和图2的地球自转变化曲线和火山活动变化曲线相对应。特别值得指出的是，地壳相对地核自转减慢对应地磁反向，地壳相对地核自转加快对应地磁正向，这一现象的发现为地球各圈层差异旋转影响地磁反向提供了证据。

理论模型研究和实际测量表明，地球内核自转较快，地壳和地幔自转较慢，形成地球内外圈层的差异旋转，核幔边界不仅是热交换边界，而且是圈层角动量交换的边界。圈层角动量使地壳和地幔自转变快，内核自转变慢，部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模热幔柱喷发的原因^[11-15]。

表2  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转^{[1, 2, 16, 21]}

参考文献

杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。

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.

杨冬红, 杨学祥.灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质,2011, 30(3): 474~480

杨学祥。火山作用的双重性：短期致冷和长期致热。2010-1-31 06:19。科学网。http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-291543.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-803354.html