太平洋板块在固体潮变化和海平面变化中的断裂和扩张                       

                                                                 吉林大学：杨学祥，杨冬红

       地球自转减慢或导致大地震时期来临

       来自美国蒙大拿大学地球物理学家Bendick和科罗拉多大学地球物理学家Bilham在著名期刊《Geophysical Research Letters》发表了研究结果，称发现了某些地震群和地球自转周期性波动之间的奇怪相关性。他们认为, 通过研究历史地震记录和监测这些波动，科学家们可以预测地震发生的可能性。

       Bendick和Bilham对长达一个世纪之久的全球地震记录进行了分析，他们发现每隔30年左右, 地球就会经历一次大的地震爆发。尽管它们发生在地球不同区域，但似乎某种力量导致地震与之同步。

       Bendick和Bilham试图解释地震爆发的本质原因。他们研究了在同一时间尺度上发生的全球现象: 地幔中熔岩的运动、海洋环流的变化、地核和岩石圈之间的动量传递，发现最可能的因素是地球自转速度的微小周期性变化——地球自转速度每隔30年左右就会衰减，然后大约五年后，会出现一系列严重的地震在全球爆发。

       当地球自转速率发生变化时，地球的形状就会改变。随着地球自转速度变慢，地球的质量中心就会向两极处移动。虽然这一累积影响非常微小，只有1mm的差异，但是，如果这些能量集中在一些断层上，就足以引爆地震。

       Bendick指出，地球目前正处于自转速度放缓时期，预测地震爆发正是从此而来。Bendick和Bilham希望这种模型能够帮助科学家了解地球不可预知的地壳运动。如果灾难来临前预知了地震的发生，就会有更充足的时间做好防备措施。

https://www.163.com/dy/article/EDH7BSAC054812PA.html

       70%以上的厄尔尼诺事件都发生在太平洋地震活动年

2017年4月以来，加拿大、菲律宾、智利、秘鲁、中国台湾相继发生了5级以上地震。这是厄尔尼诺发展惹的祸。

对1763年以来的19次强厄尔尼诺事件进行的统计表明，70%以上的厄尔尼诺事件都发生在太平洋地震活动年，特别是1900年以来的7次强厄尔尼诺事件几乎无一例外地全都出现在太平洋地震活动年^[6];70%以上的厄尔尼诺年都为火山活跃年^[7]。1990年战淑芸根据地震统计资料得出赤道东太平洋海水增暖的年份全球地震增多的结论。1950~1979年期间，共有15个暖水年，其中12年均发生了8级以上强震，几率高达80%。根据公元前2000～公元1979年重大地震统计结果，在厄尔尼诺年，地中海、土耳其至帕米尔、喜马拉雅东段、东南亚、中国及日本为地震多发区；厄尔尼诺后一年，美洲西部太平洋沿岸一带为地震多发区，与东西太平洋海面反向变化相关^[8]。

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厄尔尼诺和拉尼娜转换时期东西太平洋地壳的跷跷板运动

在厄尔尼诺现象和拉尼娜现象发生前后, 东西太平洋海面高度分别升降40厘米, 水均衡作用使洋壳反向升降13厘米. 由此形成的东西太平洋地壳跷跷板运动加强了强潮汐对地震火山活动的激发作用.

图1  厄尔尼诺和拉尼娜交替引起的海面升降与太平洋地壳的跷跷板运动（杨学祥等，2004）

如图1a所示, 当潮汐使西太平洋海面增高和东太平洋海面降低时, 西太平洋地壳下降,形成海沟处的消减带, 挤压地下流体上喷形成西太平洋暖池, 或向西部大陆和东部大洋的地壳下流动, 形成岛弧火山和大陆火山; 东太平洋地壳相对抬升, 使东太平洋海隆和沿岸断裂带张开, 岩浆和热气喷出, 形成海底火山, 科里奥利力使断裂引张有利于火山喷发和岩浆侵入.

如图1b所示, 当潮汐使东太平洋海面增高和西太平洋海面降低时, 东太平洋地壳下降, 使东太平洋海隆闭合下降, 挤压地下流体向东部大陆和西部大洋的地壳下流动, 挤压新生大洋地壳向大陆地壳之下运动; 西太平洋地壳相对抬升, 使西太平洋岛弧断裂张开, 岩浆喷出, 形成陆地火山, 科里奥利力使断裂挤压不利于火山喷发和岩浆侵入.

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赤道信风使暖水集中在赤道西太平洋, 冷水集中在赤道东太平洋, 温差为3~9℃,高差为40~60厘米.当厄尔尼诺到来时, 情况发生逆转. 由于地壳均衡原理和水均衡作用, 东西太平洋地壳在拉尼娜事件和厄尔尼诺事件交替中至少分别升降13~20厘米,引发地震活动和火山活动, 由此引发的地壳均衡运动具有东西太平洋地壳反向升降的特点, 与潮汐引起的太平洋地壳“跷跷板运动”完全相同. 季风也会增强跷跷板运动。

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这是环太平洋地震火山带形成的主要原因。

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陆海板块反复折曲断裂的杠杆原理

厄尔尼诺和拉尼娜的反复转换，潮汐高潮和低潮的反复交替，导致陆海地壳反复折曲，由于杠杆作用的放大原理，陆海板块的断裂不可避免（见图2）。

图2  陆海地壳反复折曲断裂的杠杆原理

     地球固体潮导致海洋中脊形成和海底扩张

      月球和太阳对地球的引力可以形成潮汐，而且海水每天都有两起涨潮和两起落潮，振幅约为60厘米。

      实际上，月球和太阳对地球大气和地壳的摄引也会产生大气和固体地球的“涨潮”和“落潮”，这就是大气潮和固体潮。

      大气潮和固体潮与海潮产生的原理相同，发生的规律也相似，在地球上某一点的海潮每天产生两次涨潮两次落潮的现象，大气潮和固体潮同样会出现两次涨潮和两次落潮，而且两次涨潮所经过的时间平均是12小时25分，第二天涨潮的时间会比前一天平均推迟50分钟。

      月球和太阳对地球的引力也会引走地壳的潮汐现象——固体潮，在起潮力的摄引下，地壳升降可达几十厘米，这也只有用极精密的仪器测量才能发现。固体潮的振幅为20厘米。

http://news.163.com/07/1015/18/3QS950UG00012D3M.html

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地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。

全球地震每年约发生近1500000次，平均每天4000余次，其中有感地震和弱震占到99.898%。其中年平均次数的详细数据如下：5.0-5.9级地震为1669,67次，6.0-6.9级地震为148.58次，-7.0-7.9级地震为14.33次，8级以上地震为1.33次。

日月引潮力使地球海洋潮汐半日产生60厘米的震荡起伏，固体地壳半日产生20厘米的起伏震荡，是小地震发生的主要动力。大震的发生次数很少，需要长期的应力积累，潮汐是激发因素。潮汐造成地壳的膨胀和收缩的交替，是海底扩张的周期性动力。

当潮汐形变导致地球扁率变大，赤道和低纬度圈扩张；当潮汐形变导致地球扁率变小，赤道和低纬度圈收缩。一张一缩形成海底扩张的潮汐模式（见图3）

图3 潮汐形变导致的海底扩张

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对固体地球而言，地球的潮汐形变导致地球扁率周期变化，从而形成地球转动惯量的周期变化和自转速的周期变化。地球扁率变大，自转速度变小，低纬度圈扩张，高纬度圈收缩；地球扁率变小，自转速度变大，地纬度圈收缩，高纬度圈扩张。扩张导致新地壳在大洋中脊生成，收缩导致旧地壳在俯冲带消减，由此形成大洋地壳的新旧交替和环太平洋地震火山带的地震火山活动。这是地球自转速度变化与地震相关的原因，也是我们通过地球自转速度变化周期预测地震的理论基础。

地球一张一缩的活动机制，我们称之为“地球的呼吸”。

图4. 海底扩张的潮汐模式

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固体潮汐高潮和低潮的反复交替，导致陆海地壳反复折曲，由于杠杆作用的放大原理，陆海板块的断裂不可避免，太平洋中脊的断裂和扩张也会日夜积累（见图5）。 

图5  太平洋板块在固体潮变化中的断裂和扩张

   海平面变化导致的海底扩张和大陆漂移的球面模型

气象学家指出的全球变暖10大危害是，海平面上升、全球气温升高、海水温度升高、冰盖萎缩、海水酸化、积雪覆盖面积减少、极端气候事件等等。

http://news.mydrivers.com/1/462/462185.htm

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。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1025573.html

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。

            a 大洋海水减少                            b 大洋海水增加

1-新洋壳，计算时因忽略了与陆壳连接部分，因而计算值比实际值小；

2-旧洋壳，插入大陆壳下或推动大陆分离部分。

     图6  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

结论

地球固体潮、海洋潮汐和海平面变化导致海底扩张和大陆漂移，不仅客观存在，而且日积月累，是被忽视的地震火山活动的动力。

参考文献

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https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1056145.html

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