13个鲜为人知的地震事实及其成因探索

                          吉林大学：杨学祥，杨冬红

关于地震的令人震惊的事实

原创 耐透 雪后漫步西风 2022-04-09 04:37

    每年估计会发生 500,000 次地震——这意味着在您阅读完本文时，至少会发生一些地震。在这个庞大的数字中，只有大约 100,000 个强度足以让我们人类感受到，而其中只有 100 个左右会造成任何破坏。换句话说，无论我们是否意识到，地震经常发生。那么是什么导致了它们，它们什么时候发生，我们可以通过移居月球来避免它们吗？这些问题以及更多问题将在下面解决。

我们可以将地震归咎于地球内核

    了解地震需要短暂前往地球中心，那里有一个实心铁球和其他金属，温度可达 10,800°F。我们甚至无法想象来自内核的热量有多极端。它通过周围的层散发出来——首先通过外核，主要由液态铁和镍制成，然后到达被称为地幔的外层。这种加热过程会导致地壳持续运动，使其上方的地壳移动。地壳由被称为构造板块的单个巨大岩板拼凑而成。有时，当两个板相互滑动时，它们锯齿状边缘之间的摩擦会暂时卡住，这会导致压力不断增加，直到它能够克服摩擦，然后板最终分道扬镳。此时，所有被压抑的能量都以涟漪或地震波的形式释放出来，震动地壳上的土地。

科学家无法预测地震，但他们可以偶尔预测

    不幸的是，当地震来临时，并没有什么花哨的设备可以向我们发出警告。但是，虽然科学家们无法准确预测我们预计会在何时何地发生地震，但他们偶尔可以预测在大约时间发生在特定区域的概率。一方面，他们知道构造板块彼此接壤的地方，那就是地震发生的地方。他们还知道，大地震之前有时会发生称为前震的小地震。当靠近板块边界的较小地震与其他地质变化同时发生时，可能预示着更大的地震即将来临。例如，1975 年 2 月，中国海城在经历了数月的土地海拔和水位变化后可能发生了前震。因此，市政府官员命令居民立即撤离。第二天，一场 7.0 级地震袭击了该地区。尽管有 2000 人伤亡，但如果没有人逃跑，可能会造成 150,000 人死亡或受伤。

水下地震可能引发海啸

    因为我们星球的大部分表面是由水构成的，所以许多地震甚至没有到达陆地，但这并不意味着它们不会影响生活在陆地上的人们。当板块在海底不断移动时，能量会取代它们上方的水，使其急剧上升。然后，重力将水拉回，使周围的所有水形成海啸。因此，间接地，地震可以通过引发海啸来改变景观。1958 年 7 月 9 日，一场 7.8 级地震袭击了阿拉斯加的利图亚湾，在毗邻的悬崖上造成了岩石滑坡；这支部队以 1720 英尺的波浪形式制造了最大的海啸。

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美媒盘点13个鲜为人知的地震事实

作者：彬彬 来源：新浪科技 发布时间：2010-3-11 9:35:58

人们在担惊受怕的同时，对一些关于地震的事实却知之甚少。

    北京时间3月11日消息，据美国《生活科学》网站报道，近期全球频繁多发的地震引起了人们的关注，尤其是海地7.3级地震和智利8.8级地震两次强震更是造成了巨大的社会影响。然而，人们在担惊受怕的同时，对一些关于地震的事实却知之甚少。以下就是13个鲜为人知的关于地震的事实：

    1. 科学监测数据显示，全球平均每年大约发生50万次地震。其中，大约10万次地震可以被人们感觉到，大约100次地震造成人员伤亡或财产损失。在美国加利福尼亚州南部地区，每年大约要经历1万次地震，但大部分都感觉不到。

    2. 随着圣安德烈斯断层两侧板块的滑动，美国旧金山市正在以每年2英寸(约合5.08厘米)的速度向洛杉矶移动，这一速度仅仅相当于人类指甲的生长速度。这两座城市将于数百万年后碰撞到一起。这一结果尽管很可怕，但是由于板块的滑动是南北运动，因此美国加利福尼亚州不会陷入海洋。

    3. 尽管许多人都认为三月份是地震月，事实上并非如此。1964年3月28日，美国阿拉斯加州威廉王子峡湾地区发生了规模9.2级大地震。这次大地震也是有记录以来最强烈的地震之一，该次地震造成了125人死亡，3.11亿美元的财产损失。1957年3月9日，阿拉斯加安德烈亚诺夫群岛发生了9.1级地震。然而，接下来美国的三次最大地震分别发生于2月、11月和12月。

    4. 史上最致命的地震于1556年1月23日发生于中国陕西。这次地震造就了古今中外地震死亡人口之最。据估计，当时有83万人在这次地震中丧生。

    5. 太阳和月球可导致地震发生。很久以来，人们就已经知道太阳和月球可在地球的地壳上产生潮汐。现在，科学家们发现，太阳和月球对圣安德烈斯断层的牵引力可引起地下更深层次的震动。

    6. 2010年2月27日发生于智利的8.8级大地震造成了智利康塞普西翁市向西平移了3.04米的距离。据科学家介绍，这次地震还轻微地改变了地球的自转，将一个地球日缩短了1.26微秒。

    7. 现在还没有正式的“地震气候”的说法。据美国地质调查局介绍，从统计数据看，地球上地震的分布事实上也有“寒带气候区域”、“热带气候区域”和“雨带气候区域”等等。但是，科学家们认为，气候并不会以一种物理的方式影响地面之下数英里深的震源。与地壳运动的力量相比，大气压力的变化是微不足道的。大气压力的影响不会触及到地壳的深层。

    8. 发生于2004年的印尼大地震稍微削平了地球赤道的膨胀程度。2004年12月26日，印尼苏门答腊岛发生了9级以上地震，该次地震引起的海啸造成了超过20万人丧生。地球是一个两极稍扁赤道略鼓的扁球体。这次大地震造成的灾难性陆地位移导致了赤道鼓起的程度有所减轻，使得地球变得更圆。

    9. “太平洋火环”是地球上地质运动最活跃的区域。这个环带是一个地震高发区，它包含了南北美洲的沿海地区以及日本、中国、俄罗斯等地区。许多大地震都发生于这个环带上两大板块边界碰撞之时。

    10. 石油开采可导致小规模地震。当然，这些地震并不是人们通常所熟知的地震。石油一般发现于湿软的沉积层中。当石油被开采出来后，其他的岩石会移动到这里并填补石油留下的空间，因此会产生“微型地震活动”，这种地震人们一般感觉不到。

    11. 有记录以来最强烈地震是1960年5月22日发生于智利的9.5级地震。

    12. 发生于地球一端的地震也会震动地球的另一端。通过对2004年引起灾难性海啸的印尼大地震的研究，地震学家发现这次大地震同时对美国加州著名的圣安德烈斯断层产生影响。发生于1960年的智利9.5级大地震造成全球震动达数日之久。

    13. 据美国密苏里理工大学地球物理学家斯蒂芬·高介绍，在过去15年中，地球上的地震活动变得更加活跃。当然，并不是所有地球物理学家都同意这种观点。

https://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2010/3/229348.shtm

为什么说地震能量起源于地球内部

如图1所示，均匀地球模型中轻物质和重物质都均匀地分散在全球。重力分异使重物质向地心集中，转动惯量变小，自转变快，位能变小转变为地核的热能；重力分异使轻物质上升到地表，转动惯量变大，自转变慢，位能增大，根据能量守恒，热能将急剧减少，补充动能和位能的增大，从而导致地壳地幔降温。这就是说，重力分异导致地核自转变快温度增高，重力分异也导致地壳地幔自转变慢温度降低，核幔边界是冷热分界面和差异旋转分界面。

图1  重力分异使轻物质上升组成变冷的地壳地幔，位能增大，热能和自转动能减少

图2  重力分异使重物质下降组成变热的地核，位能减少，热能和自转动能增大

表1  重力分异导致的地球各圈层位能变化

      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2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。

表3   地球自转周期、热幔柱喷发与地质旋回

Table 3  Earth’s rotation periods and geological cycles

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。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程。目前海洋底层温度为2摄氏度，它为大气提供了充足的冷源。近一亿年前的中生代温暖期海洋底层冷水比现在高15摄氏度，大气高10~15度。

      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。

海洋锅炉效应

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

海洋锅炉效应

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  图3  海底藏冷效应（左图）和海洋锅炉效应（右图）

重力分异不仅使地球质量向地心集中，而且使地球自转动能向地核集中。由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，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，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应。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。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度。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40摄氏度以上。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。

图4   5个巨大火成区的体积比较示意图，能量来自核幔边界

图4和表3表明，120-55百万年前形成翁通爪哇海台、凯尔盖朗海台、德干暗色岩、哥伦比亚溢流玄武岩和北大西洋火山边缘的5次大规模海底火山喷发，与海平面上升、黑色页岩形成、大规模生物灭绝一一对应，白垩纪海平面上升的缺氧事件是大规模海底火山喷发的一个合理解释：原因之一是海水温度增高，海水中氧气含量降低（溶解度降低）。原因之二是，火山喷出物的燃烧消耗了一部分氧气。

目前地球轨道偏心率为e = 0.016722 ，近日点距离为1.4710×10⁸km ，远日点距离为1.5210 ×10⁸km，日地距离在近日点相对减少3.3%，太阳能量密度在近日点相对增加6.6%，引潮力相对增加10%。在偏心率最大时，e = 0.0571，近日点距离为1.41056×10⁸km，远日点距离为1.58140×10⁸km，日地距离在近日点相对减少12%，太阳能量密度在近日点相对增加24%，引潮力相对增加36%。这是历次间冰期发生在第四纪地球轨道偏心率最大值时的原因。

日月引潮力产生的地球形变，改变地壳的扁率和容积，是调制火山喷发的重要天文动力。马宗晋和杜品仁（1995）、郭增建等（1996）都指出火山活动的18.6年周期，与月球交点运动周期和月亮赤纬角变化周期相同。濮培民给出了天体引力与气候振动中的准37年周期对应关系。地球轨道运动的周期变化，不仅驱动气候变化，而且可能驱动地壳运动和内能释放。

综合研究构造运动与气候变化的关系，可能是地质学与气象学的一个切入点，仅靠大气和海洋系统解决不了冰期理论问题。从大陆漂移到冰期理论，它们的结合使我们获得了许多更为深刻的认识。

       根据表1-2的计算数据，均匀地球通过重力分异演化为2层不同密度地球，顶层角速度减少为原来的0.9倍，底层角速度增大到原来的4倍；旋转动能由原来的9.2×10³⁰J，增加到12.76×10³⁰J；转动惯量由原来的9.7078×10⁴⁴g·cm²，减少为9.4525×10⁴⁴g·cm²；通过角动量交换，外层加速，内层减速，内外两层以1.0265 w₀的角速度统一旋转，有3.29341×10³⁰J的自转动能变为热能积累在内外圈层的边界。

       根据表1-2的计算数据，均匀地球通过重力分异演化为8层不同密度地球，顶层角速度减少为原来的0.602倍，底层角速度增大到原来的27.405倍；旋转动能由原来的9.2×10³⁰J，增加到19.67×10³⁰J；转动惯量由原来的9.7078×10⁴⁴g·cm²，减少为8.11693×10⁴⁴g·cm²；通过角动量交换，外层加速，内层减速，内外两层以1.1949 w₀的角速度统一旋转，有8.65733×10³⁰J的自转动能变为热能积累在核幔边界，这是外核成为地球内部唯一的液态圈层的原因。 

       比较表1和表2，2层地球变为8层地球，统一角速度由1.0265 w₀变为1.1949w₀；有5.36392×10³⁰J的自转动能变为热能积累在核幔边界。核幔边界是密度增减变化的分界面，是压力增减变化的分界面，是转动惯量增减变化的分界面，是自转动能增减变化的分界面，因此，它既是动能交换的界面，也是热能交换的界面，其物理学意义不容忽视。因为内核的密度最大，接近极限，不可能继续分层，所以8层地球和18层地球模型各项典型数据差别不大，这表明地球重力分异的大规模能量释放过程基本结束。

       除了重力分异外，潮汐摩擦使地壳和地幔自转速度减慢，为核幔差异旋转提供新的动力。

发布于 2017-11-27

https://zhuanlan.zhihu.com/p/31436059

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结论：重力分异不仅使地球各圈层差异旋转，而且使地壳地幔变冷，地核变热，热能集中在地核。圈层角动量交换将动能变为热能，集中在核幔边界。所以，地球的热能集中在地核和核幔边界。地震和超级火山喷发的能量都来源于核幔边界。 

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