从南极臭氧洞到南极冰盖融化：地球内核南北漂移惹的祸

                               吉林大学：杨学祥，杨冬红

为什么地球上的陆地大部分都在北半球？地球内核南北飘移

     北半球就是地球赤道以北的区域，地球上的大部分陆地和人口都集中在北半球，北美洲和欧洲全都位于北半球。这里的陆地占了39.3%，海洋占了60.7%。北半球有热带区域气候和温带区域气候。为什么大部分陆地集中在北半球呢？

     黄赤交角是地球公转轨道所在的平面即黄道面与地球赤道面的交角。在每年6月20日左右的夏至（地球公转轨道远日点），太阳光直射北回归线22.4度，北极为极昼，南极为极夜，光压和太阳风导致地壳和地幔向南半球移动，迫使内核向北半球移动；每年12月20日左右的冬至（地球公转轨道近日点），太阳光直射南回归线22.4度，北极为极夜，南极为极昼，光压和太阳风导致地壳和地幔向北半球移动，迫使地核向南半球移动。这是地核南北震荡一年周期形成的原因。

图1   磁层结构示意图：太阳风压缩地球外磁层形成外磁尾（网上图片）

  在太阳磁场的挤压下，伴随地球自转，外核中的内磁尾环绕内核旋转，内磁尾里的多余电子环绕内核旋转而产生地球磁场。爱因斯坦认为，地球磁场或许是因为在地球内部，电子携带的负电荷与质子携带的正电荷总数不相等，从而导致整个地球具有磁场。或许与地球外磁层类似，电子携带的负电荷与质子携带的正电荷分布在内磁尾的不同高度。最合理的解释是，内磁尾集中了一种电荷，电子携带的负电荷或质子携带的正电荷，电荷极性的改变导致地磁极性倒转。

图2 太阳风和光压挤压地壳地幔和地球内磁层形成地球内磁尾以及内核相对南北漂移

     由于太阳系轨道周期和地球轨道周期，地球内核振动具有1天、1月、1年、18.6年、29.8年周期，还有2、4、10、40、50000万年的南北方向振动周期以及1万多年和2亿多年的地核向心和离心振动周期。太阳风和太阳斥力是地核定向振动、大陆南北漂移和地球南北反对称分布的动力。

大陆在两极之间的漂移：2.5亿年后地球或形成终极盘古大陆

2016年08月05日 08:12 新浪科技报道，科学家研究认为，世界各大洲又在逐渐靠拢，并可能将于2.5亿年后形成一个类似于盘古超大陆的“终极盘古大陆”。

新浪科技讯北京时间8月5日消息，据国外媒体报道，地球的陆地一直在不断地位移，根据其反反复复的运动规律，科学家们可以了解其历史形态，也可以预测其未来命运。大陆漂移说认为，地球上曾经存在的盘古超大陆后来逐渐解体形成如今的各个大洲。现在，美国德州大学阿灵顿分校科学家研究认为，如今的大陆又在逐渐靠拢，并可能将于2.5亿年后形成一个类似于盘古大陆的超大陆--“终极盘古大陆”。

http://tech.sina.com.cn/d/n/2016-08-05/doc-ifxutfpf1271210.shtml

我们在1998年提出，太阳辐射和太阳风使彗星产生彗尾、地磁场产生磁尾，通过对地磁场的压缩也会产生液核磁流体的背光偏移形成内磁尾以及内核的向光振动。太阳系轨道周期和地球轨道周期使地球内核振动具有1天、1月、1年、18.6年、29.8年周期，还有2、4、10、40、50000万年的南北方向振动周期以及1万多年和2亿多年的地核向心和离心振动周期。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-42753.html

我们的主要工作：

1987年证明地球周期性形变是海底扩张、大陆漂移的动力之一

1992年证明两极和赤道之间的冰水转换可产生地幔相对液核、地壳相对软流圈的均衡运动,以及地核在液核中的定向漂移;

1993年提出太阳斥力是地核定向振动、大陆南北漂移和地球南北反对称分布的动力;

1996年证明重力分异和热对流是地球各圈层差异旋转的原因,该结论在5个月后被实测证实,并证明在质量向地心集中的同时,能量也向地核集中,地核不仅有巨量热能,而且有巨量旋转动能。

1999年证明南极臭氧洞和南极大陆火山喷发起源于内核南移。

图3 太阳风迫使地核南北漂移，导致地幔对流使大陆在南北极集中和分裂

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-994828.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1295007.html

根据地质和气象等综合数据，表1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。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。

表1  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转（SteinerJ,1967; 杨学祥等，1998；杨冬红等，2013）

内核运动       向南漂移                     回归地心                   向北飘移 

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。

地球历史上出现最大臭氧洞是火山爆发造成

据《中国日报》报道 英国研究人员日前表示，地球历史上出现的最大臭氧洞并非人类所为，而是2.51亿年前的一次火山爆发所“创造”的。

【英国专家：火山制造史上最大臭氧洞】

这个臭氧洞环绕在地球赤道周围，向北最远延伸至葡萄牙中部，向南最远延伸至阿根廷南部。它是因为西伯利亚的火山喷发形成的，这些喷发导致当时地球上出现规模最大的生物灭绝惨剧，加速了无数动植物种群走向灭亡。

根据科学家的计算，刺穿这个臭氧洞的紫外线强烈程度最高可达穿过人类使用氟利昂和其它化学物质制造的臭氧洞的紫外线的6倍。这些曾在二叠纪－三叠纪时代破坏臭氧层的化学物质，一旦停止“入侵”大气层，遭破坏的臭氧层大约需要10年时间才能得以恢复。与它相比，人类不过是向大气中排放的破坏臭氧层的化学物质的“作恶时间”更长一些。

由英国谢菲尔德大学大卫·毕尔林教授领导的研究小组在《皇家学会哲学汇刊》上刊登了他们的发现。

【我国教授：南极臭氧洞罪魁祸首是太阳风】

无独有偶，1999年我国吉林大学地球探测科学与技术学院杨学祥教授就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。

http://www.cnhubei.com/200705/ca1355014.htm

http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=257627

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我国科学家杨学祥提出新观点:臭氧空洞"元凶"是太阳风

太阳风是一种高能粒子流,穿越地球磁层后,沿磁力线集中到南北两极,并与臭氧结合成水,进而破坏极地臭氧层.

作 者： 周长庆 高景泰

作者单位：

刊 名： 科技文萃

英文刊名： DIGEST OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

年，卷(期)： 1999 (8)

分类号：

关键词：

机标分类号： X13 P42

机标关键词： 科学家；臭氧空洞；地球磁层；太阳风粒子流；合成水；磁力线；臭氧层

基金项目：

http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjwc199908034.aspx

我国科学家杨学祥提出新观点：臭氧空洞“元凶”是太阳风

太阳风是一种高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。

本报长春6月29日电（新华社记者周长庆、本报记者高景泰）长春科技大学教授杨学祥最近撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。

杨学祥一直从数学模式的视角进行地球科学理论研究，迄今已出版一本专著，发表论文50多篇。目前他正在从事获得“国家自然科学基金”资助的有关地球演化和气候变化的研究。

上述观点是在他与同事合著的论文《太阳风、地球磁层与臭氧空洞》中提出的，并发表在今年第5期《科学美国人》杂志中文版上。最近，这一新观点经新华社向世界播发后，在国际上产生强烈反响，一些华文报纸纷纷采用，世界四大通讯社之一的法新社，几乎全文转发了新华社英文稿。

1985年，英国科学家首次报道南极上空出现巨大臭氧空洞，后来人们发现这个臭氧空洞早已产生，并一直在稳定、逐步地扩大。大多数科学家认为，这是30年代以来人类大量使用氟利昂造成的，其释放出的氯离子破坏臭氧分子，从而使臭氧浓度急剧减少。

杨学祥认为，人类使用氟利昂是南极臭氧空洞形成的主要原因。这一观点依据不足。他说，事实上，北半球的大陆面积和人口占全球的大部分，人为产生的氟利昂也集中在北半球。如果是氟利昂的原因，则臭氧空洞应该出现在北极而非南极才能解释得通。

他在论文中指出，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。其中，太阳风是地球臭氧空洞的“元凶”。

太阳风是一种形象他说法，其实它不是流动的空气，而是一种高能粒子流。当彗星向太阳靠近时，太阳风及光压、太阳电磁辐射将彗星的彗发物质吹走，形成一条背光的彗尾。同彗星一样，包括地球在内的行星在趋近太阳时，也会产生大气的背光运动并丢失一部分质量。行星大气的演化为此提供了可靠证据，如离太阳最近的水星大气极为稀薄，离太阳较近的类地行星原始大气早已消失殆尽。而离太阳较远的类木行星都有浓厚的大气，成份以原始大气氢和氦为主。

杨教授说，由于受地磁层的保护，太阳高能粒子中每年仅有一小部分穿越地球磁层，并沿着磁力线集中到南北两极。由于高能粒子中以氢元素为主，到达两极后容易和臭氧结合成水，所以它首先破坏的是两极的臭氧。根据计算，进入南极的太阳粒子比进入北极的多6.6%。

还有资料表明，近百年来，地磁偶极矩减少了5%，造成对地球的保护能力下降，使南极上空臭氧空洞逐年扩大。太阳高能粒子进入大气层每年消耗掉地球臭氧含量的10％，但由于地球上生物的作用，使一部分二氧化碳变成氧，使消耗的部分得到弥补。

地球公转轨道近日点在冬至前后时，南极圈更多地处于太阳光照射下。在太阳风的作用下，南极的大气产生背光北移运动，因此大气层变薄，大气质量（包含臭氧）大量散失到太空中。

根据杨学祥的研究，地球南半球是个逐渐开裂的半球（北半球则是压缩半球），因地壳的开裂喷发出大量包括卤素在内的地下气体，更直接地消耗了南半球的臭氧含量。地球产生的卤素比人类制造的氟利昂多得多，我国天山火山6千年前的一次喷发释放出相当于人类170多年制造的氟利昂的总量。他强调说：“这并不是说，人类就可以肆无忌惮地制造和使用氟利昂。事实上，人类减少使用氟利昂，更好地保护环境，会对臭氧层保护起到积极影响。”

为什么北极上空没有形成臭氧空洞？杨教授解释说，在夏至时，太阳光直射北回归线，从而产生北半球上空大气的背光南移，此时地球远离太阳而进入远日点，所以北极大气背光南移规模变得更小，不足以产生臭氧空洞。

他指出，“臭氧空洞是个动态的、在两极之间进行漂移的自然过程。”由于地球围绕太阳旋转的轨道是一个椭圆，其近日点和远日点相互变化周期为2.1万年。所以臭氧空洞有一半时间即1.05万年在南半球，另一半时间在北半球。根据天文资料计算，地球公转轨道近日点到公元l1500年将与夏至重合。杨教授说：“南极臭氧空洞正在向北方移动，1万年后臭氧空洞将出现在北极。这一重大环境变迁应该引起全世界的注意。”

《科学时报》1999-6-30 第二版

http://www.envir.gov.cn/info/np/file.asp?file=996-30-80.txt

太阳风暴与臭氧层“约会”引发科学争议

(    2000.06.09 14.20.45)

地球上空的臭氧层，这个正在逐渐变瘦的飞天“少女”，在今年夏天被太阳风暴多次热烈地“拥抱”。但她又陷入困惑，不知道太阳风暴的热“吻”对她而言究竟是福是祸。这几天，太阳风暴给臭氧层带来的影响引起科学家的关注，不过两种截然不同的观点使这个问题成为一桩新的科学悬案。

一种看法认为，太阳风暴有利于臭氧层的恢复；另一种意见则认为，太阳风是导致南极臭氧空洞的“元凶”。提出这两种观点的都是我国从事相关研究的科学家，他们都持之有故、言之成理。

中科院大气物理所的专家认为太阳风暴对大气臭氧具有补充作用。该所的研究员邹捍说，在赤道地区平流层的高层，太阳辐射把氧原子从氧分子中激活出来，和另外的氧分子结合成臭氧，这是臭氧的产生过程。由于太阳风暴带来更多的紫外线辐射，这样产生的臭氧就会增多。臭氧的产生主要是紫外线光合作用的结果。从理论上讲，紫外线辐射越强，臭氧也会越多。而根据最近十几年的统计数据分析，太阳活动高峰年份臭氧浓度有所增加。

大气层中的臭氧被称为地球生物的“保护伞”，它能抵御来自太阳的有害辐射。

对于地球臭氧空洞的形成，国内还有别的科学家进行了研究分析。长春科技大学教授杨学祥指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”恰恰就是太阳风。他在一篇论文中指出，南极臭氧层出现空洞的主要原因是太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。太阳风暴带来的高能粒子流，穿越地球磁层后，沿磁力线集中到南北两极，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。杨教授的论文曾在《科学美国人》上发表，世界四大通讯社之一的法新社，也全文转发了新华社的英文稿。

中国空间科学学会理事长、北京大学教授萧佐接受本报记者采访时表示，太阳风暴与臭氧层的关系目前科学界还没有定论，产生科学争议可以引导大家做更深入的研究。一般而言，国际上多数科学家认为臭氧的减少是人类活动所造成，尤其是大量使用氟利昂。但这个结论本身还有待于进一步证实，也有少数科学家对此提出不同的观点，争议还将存在。

目前，国内科学界还是倾向于认为，太阳风暴将能够使臭氧成分增加，但作用可能十分有限。如果真是这样，太阳风暴对臭氧层来说影响不大。

（《中国青年报》 2000-08-09）

http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html

     南极大陆火山喷发导致南极冰盖消融

在过去的十年里，研究人员对思韦茨冰川的观察表明，由于人类活动导致的气候变化以及地球大气和海洋变暖加剧，该冰川的变化比南极洲任何其他冰川和海冰结构更加剧烈。自2000年以来，思韦茨冰川已失去了10000亿吨冰，依据国际思韦茨冰川合作组织（ITGC）的统计数据，过去30年，该冰川每年冰流失量递增一倍，现在每年损失冰比每年降雪量增加冰多500亿吨。

　　国际思韦茨冰川合作组织调研员泰德·斯卡姆波斯称，如果思韦茨冰川完全分解并释放所有海水流入大海，全球海平面将上升65厘米以上，如果它融合了周围的冰川，可能会导致海平面进一步升高，增高3米，该冰架崩塌可能会削弱附近其他冰川的影响。

　　由于思韦茨冰川融化速度非常快，可能会显著影响全球海平面上升，美国和英国100多名科学家正在合作进行8个研究项目，从上至下地观察冰川，其中几个团队的研究成果在美国地球物理联合会2021年度会议上展示。

冰川从底部融化

　　科学家在思韦茨冰川上钻洞，观察该冰川数百米深处冰层和海水，同时，他们还部署了远程控制潜水机器人来研究冰川底部与海水接触区域，测量了相关温度读数和海洋盐度，证实了冰下深处的海水足够温暖，足以导致显著的海冰融化。

　　美国路易-克拉克大学客座教授丽兹·克莱因说：“另一组科学家发现，潮汐活动能与冰川露出水面部分发生交互作用，将温暖的海水通过已融化的冰川通道流至冰川深处，从而加速了思韦茨冰川融化。当处于海水低潮状态下，浮冰部分下沉，这有点像杠杆，实际上可以将一部分冰川拉向内陆，而海水涨潮时情况正好相反，水位上升，冰川漂浮部分也会上升，这种冰川上下移动状况被称为‘潮汐泵’，会将海水拉向更远的内陆区域，从而对冰川起到一种融化作用。”

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-12-20/doc-ikyakumx5241631.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=14&r=0&rfunc=23&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12

南极火山再次喷发，这次规模巨大，蔓延20公里，被我国卫星拍到

2021年02月17日 12:46 新浪网报道，来自于中国国家卫星海洋应用中心的工作人员，在整理我国海洋一号D卫星在南极罗斯海海域德里加尔斯基冰舌与埃里伯斯冰舌，拍摄到的数据时发现，南极竟然发生了一场火山喷发，褐色的火山云蔓延20公里，看起来非常壮观，这也是我国卫星第一次捕捉到南极火山喷发。

　　事实上南极不仅有火山，而且南极的火山数量非常多，只不过大多隐藏在冰层之下，这就让人误认为南极并不存在火山。

　　研究者表示，目前已知的南极火山数量，已经超过上百座，不过，这很可能只是其中的一部分，真实的南极冰下火山数量极有可能会更多。

　　提到南极最有名的火山，是一座名叫Erebus Volcano（埃里伯斯火山）的活火山，一直到今天，它都非常活跃，随时都有可能会再次爆发。

南极埃里伯斯活火山

　　人类最早发现埃里伯斯火山，是在1841年，当时很多探险家都在寻找着神秘的南极大陆，当时来自英国的探险家在抵达南极附近后，发现了一座巨大的山脉，海拔超过2400米，同时，他们还看到了一座正在喷发的活火山。

　　当时很多人都认为，这并不会发生，毕竟在南极大陆上，冰雪才是永远的主题，我们都知道，“水火不相容”，自然，极寒的条件下，没有人相信南极上竟然真的会有火山喷发。不过，很快伴随着地质学研究的深入，人类开始意识到，火山喷发与否，和地球内部的活动有关，气候条件并不能左右。

　　进入到20世纪后，伴随着南极探险的越来越深入，人们对于南极的火山情况也更加好奇，特别是最著名的埃里伯斯火山，更是成为了冒险家们的“必经之地”。其中值得一提的是，在1974年，曾经有一个来自新西兰的探险队想要去埃里伯斯火山探险，不过却在途中遇到了埃里伯斯火山喷发，导致他们根本具无法靠近。

　　此外，新西兰还曾经在上个世纪70年代，成立了一班前往南极观光的航班，不过遗憾的是，却在前往南极的过程中，和埃里伯斯火山相撞，导致机上的200多名乘客和机组人员全部遇难，于是，此后这趟南极观光航班也随之取消了。

　　同时，多年来对于南极火山的研究，这让研究者意识到，南极的火山喷发是非常活跃的，而且南极的冰川消融等，一部分原因也极有可能和南极火山喷发有关。

2000多年前的南极火山大喷发

　　火山喷发的时候，我们都知道，巨大的热量和喷射物，都会导致周围出现高温热量，自然，南极火山喷发后，也会伴随着熔岩的作用，而导致火山周围的冰雪融化掉。

　　前段时间，来自英国的科学家团队通过研究发现，在2000多年前，南极就曾经发生过一场大规模的火山喷发活动，导致这场火山喷发是从南极的冰下开始的，巨大的冲击力，让厚厚的冰壳都被冲出了一个巨大的洞，火山灰和熔岩等直冲云霄。

　　不过，这场喷发并没有导致南极因此而温暖如春，当火山喷发结束后，伴随着气温的重新恢复，很快，事故地点也再次被冰雪覆盖了，厚厚的冰壳连接在一起，没有人知道那里曾经发生过火山喷发。

　　此外，通过研究我们也知道，虽然南极如今是冰雪世界，但是在远古时期，南极也曾经拥有过一段“无冰期”，非常温暖湿润，而且当时极有可能还有很多生物在南极生活，不排除还曾经有古人类生活在那里。

　　所以，研究者认为，在地球生物的演化过程中，南极的火山喷发，或许也曾经推波助澜过，同时，对于如今的南极冰川融化、海平面上升等，也极有可能和冰下火山的喷发有关，只不过由于南极荒无人烟，所以，一直以来可能很多次南极火山喷发，都没有被发现过，接下来，研究者也希望可以彻底搞清楚南极冰下火山的数量，以此做好预警和分析。

https://k.sina.com.cn/article_6402791075_17da2d6a300100rxhd.html

     南极火山喷发动力来源于地球内核向南飘移

我们的研究表明，由于太阳系轨道周期和地球轨道周期，地球内核振动具有1天、1月、1年、18.6年、29.8年周期，还有2、4、10、40、50000万年的南北方向振动周期以及1万多年和2亿多年的地核向心和离心振动周期。太阳风和太阳斥力是地核定向振动、大陆南北漂移和地球南北反对称分布的动力。

目前地球公转轨道近日点在冬至，太阳直射南回归线，南极为极昼，北极为极夜，太阳风主要压迫大气、地壳、地幔向北半球运动，地球内核的向南极飘移，导致地下流体在南极上涌，形成南极大陆火山活跃期，不仅频繁引发南极臭氧洞出现，而且造成南极冰盖的大量消融，持续时间为1.05万年，与米兰科维奇冰期理论的2.1万年、4万年、10万年周期相对应。

关注南极火山喷发对南极冰盖的影响。

参考文献

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33.  Yang, Xuexiang, Chen Dianyou, Gao Yanwei, Su Hongliang and Yang Xiaoying, et al, Geophysical and Chemical. Evidence in the Depletion of Ozone. J. Geosci. Res. NE Asia, 1999, 2 (2): 121~133.

34. 杨学祥. 臭氧洞漏能效应及其形成原因. 见: 中国地球物理学会年刊1999, 合肥：安徽技术出版社, 1999, 191

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