全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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潮汐形变是岩浆圈产生的主要动力:皮球反复压缩的发热效应

已有 3012 次阅读 2023-2-11 15:26 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

       潮汐形变是岩浆圈产生的主要动力:皮球反复压缩的发热效应

                                                       杨学祥

关键提示

    土耳其地震“震出”隐秘地层:地表100英里下惊现熔岩区域

      美国得克萨斯大学奥斯汀分校的华军林(音译)博士在研究土耳其地下地幔的地震图像时,发现了地球的一个隐秘地层,位于地表以下100英里(约161公里)处的熔岩区域,至少覆盖了地球的44%。

熔岩区域.png

图1   地壳下隐秘的熔岩区域至少覆盖了地球的44%

      据报道,华军林在博士研究期间研究土耳其地下地幔的地震图像时,产生了寻找地球内部新层的想法。由于对地壳下部分熔化岩石的迹象感到好奇,他汇编了来自其他地震台的类似图像,得到了一个全球软流圈(asthenosphere)的地图。华军林惊讶地发现,软流圈存在一个以前不为人知的熔岩区域(molten rock),几乎涵盖了半个地球。

熔岩区域和构造板块.png

图2  熔岩区域(molten rock)位于上地幔(upper mantle)的构造板块(tectonic plates)之下

      这个熔岩区域位于上地幔(upper mantle)的构造板块(tectonic plates)之下,形成一个软边界,使固体岩板能够移动。

       以前的理论认为,这些构造板块的运动很可能是由地壳下面地球地幔中的熔融岩石的对流造成的。这个想法可以解释固体岩石板块如何在地表下无缝移动。

       不过,华军林的研究显示,即使在熔体部分相当高的地方,它对地幔流动的影响也非常小。当他将熔岩地图与构造运动的地震测量进行比较时,发现没有任何关联。

       论文共同作者、布朗大学的地震学家和教授Karen Fischer表示,这项工作很重要,因为了解软流圈的特性和它为什么变弱的根源,是了解板块构造的基础。

https://new.qq.com/rain/a/20230209A07PO000

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        熔岩区的热量并非来自地幔对流,我们必须找到热能的来源。

        潮汐摩擦产生的熔岩区折断铁丝的实验

       直接拉断一段铁丝是很困难的,一般人是做不到的。但是,我们要折断一段铁丝很容易,可以反复多次折曲,直到其断裂。在这个过程中,我们会发现铁丝反复折曲部分会发热,是折曲过程中分子摩擦产生的。

        潮汐摩擦产生的熔岩区皮球反复压缩试验

         我们用皮球代替地球,做定向反复压缩,模拟地球的潮汐形变。实验结果表明,挤压点(地球的南北两极)变形最大,发热最高,与挤压点连线垂直的大圆(地球的赤道圈)膨胀和收缩幅度最大,发热最高。相当于地球南北纬35度圈长度没有变化,也没有热量生成。在这一过程中,潮汐动能转换成热能,是胀缩摩擦产生了热量。

图3    地球潮汐形变导致的胀缩变幅最大地区在两极和赤道(两者胀缩互逆),南北纬35度圈胀缩变幅为零

      潮汐摩擦是地表热流和地下熔融区的热量来源

       在海岸可以见到一般潮的涨落为12.4小时的周期(半日潮)。而最大潮和最小潮的潮期大约为半月(14.8日)(日月大潮和日月小潮)。

      中国科学院大气物理研究所研究人员李国庆发现月亮视赤纬角的变化周期13.6天、27.3天与地球自转速度变化有明显的对应关系[31]。李国庆等人通过对比分析1973-1998年的日长、大气环流及月球相位随时间的变化,发现伴随着月球相位的交替变化,地球大气的纬向风速场、地球位势高度场及日长作27.3及13.6d(天)的周期震荡。这种周期性的大气震荡,被视为一种大气潮。月球对地球大气引潮力作用的周期变化,是引发27.3及13.6d(天)周期大气潮的主要原因。月球对地球大气的作用是巨大的,它引起大气纬向风速场及地球位势高度场的变化[3]。

      月亮视赤纬角和月亮到地球的距离是影响日长的两大因素。首先,月亮绕地球运转到赤道上空时,月亮视赤纬角等于零度,月亮对大气的引潮力达到最大值,大气的纬向风速增加,地球的自转角速度减小,日长增加;反之,当月亮视赤纬角绝对值达到最大值,月球对大气的引潮力减小,大气纬向风速减小,地球自转角速度增加,日长减小。其次,凡包含月亮近地点P的波,其波峰的振幅较高,而包含月亮远地点A的振幅较低,因为月亮离地球越近,月亮引潮力对大气的作用越大;反之,月亮离地球越远,月亮引潮力对大气的作用越小。太阳潮也有类似的影响。

       半日潮、全日潮、27.3及13.6d(天)潮汐周期、月亮近地潮半月周期、太阳近地潮半年周期、18.6年月亮赤纬角变化周期、12年、29年、60年行星效应周期,如此高频的潮汐震荡,导致地球潮汐形变日日发生、月月发生、年年发生,是地下熔融区形成的原因。

       在日月潮汐力的作用下,地球的形状和扁率也是不断变化的,经度线和纬度线也会发生反复折曲和胀缩运动。我们称之为地球的呼吸。

      计算表明,日月大潮与月亮赤纬角最小值相遇(日、月、地在赤道面成一线)使地球扁率变大,地球自转减慢,低纬度地区地球表面地壳纬向扩张,径向收缩,有利于南北挤压东西张裂的地震和火山喷发;日月大潮与月亮赤纬角最大值相遇使地球扁率变小,地球自转变快,低纬度地区地球表面地壳纬向收缩,径向扩张,有利于东西挤压南北扩张的地震和火山喷发。这是不同地区不同类型的地震在不同的潮汐组合发生的原因。

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  潮汐摩擦产生的能量积累

       流体和固体的差异旋转造成强烈的相互摩擦,潮汐摩擦产生的热能集中在流体与固体的边界上,如陆海边界和核幔边界。

  海潮能量的耗损率为1.1×1012J/s。相当于每年3.5×1019J。海洋潮汐是海水在地壳上自由起落,只有高地形才能阻挡海潮的西向运动。

  与海潮不同的是,液态外核的潮汐运动被局限在地幔内半径的潮汐形变之内,地幔及核幔边界在潮汐力下的周期变形强迫液核表层隆起部分西向运动,高达±6km的核幔边界起伏、粘滞阻力和滞后效应加强核幔角动量交换,在核幔边界积累大量热能,是地球排气、地磁活动和火山活动的不竭能源。

  地球自转速率的十年际变化的振幅可达几个毫时秒量级,这种变化也许只能用核幔之间的角动量交换来解释[20],与太阳黑子活动11年周期相对应。太阳活动产生的太阳风强度的变化,使向阳面地球磁层受到周期性的增强压缩,加强核幔角动量交换,影响地壳地幔的旋转速度[14]。潮汐滞后效应是地球自转减慢的一个原因。

  计算表明,约3%的来自地表的热流是由潮汐能造成的,这些热流足以产生每年约30km3的岩浆[21]白垩纪时,万有引力常数增加5%,日地距离、月地距离减少5%,日月引潮力增加20%,强烈的潮汐摩擦在核幔边界积累大量热能。这是白垩纪强烈火山活动的基本原因[22]

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潮汐形变是地震的主要动力

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1)

图4    潮汐形变导致的海底扩张

 

       月亮赤纬角极值导致6-8级以上地震频发发生

     导致地球最大潮汐形变的两个主要主要因素是太阳的黄赤交角和月球的白赤交角值(亦称月亮赤纬角)

图2 是根据张家诚等人的公元前426年至公元1980年全球8级以上地震目录编绘的[14]。在月亮赤纬角最小时的1905-1906年、1923-1925年、1941-1942年、1959-1960年、1977-1979年,地球平均扁率变大,地球自转变慢;在月亮赤纬角最大时的1896-1897年、1913-1914年、1931-1932年、1949-1951年、1968-1970年,地球平均扁率变小,地球自转变快。8级以上地震高潮也有相应的约9年变化周期1897- 1906- 1914- 1923- 1932- 1941- 1950- 1960- 1971- 1978年。应该说明的是,1960522日智利南部发生9.5级地震,释放能量相当于8.5级地震的30倍。因此,在月亮赤纬角最小时的1959-1960年地震活动也很强烈。这是地震与地球扁率变化和自转速度变化相对应的原因,也是强潮汐激发地震火山活动的原因。

 


图5  1896-19788级以上地震分布(杨冬红等,2008

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图6   1971-2012年全球6级以上地震发生频率(网络图片:峰值大致具有9年周期

https://www.163.com/dy/article/H9M6A0O80524COAD.html

https://www.zhihu.com/question/20869340/answer/20811479

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1355683.html

      在月亮赤纬角最小时的1905-1906年、1923-1925年、1941-1942年、1959-1960年、1977-1979年、1995-1997、2014-2016、2032-2034年,地球平均扁率变大,地球自转变慢;在月亮赤纬角最大时的1896-1897年、1913-1914年、1931-1932年、1949-1951年、1968-1970年、1986-1988、2005-2007、2023-2025年,地球平均扁率变小,地球自转变快。6级以上地震高潮也有相应的约9年变化周期:1897- 1906- 1914- 1923- 1932- 1941- 1950- 1960- 1971- 1978年。 

      18.6年月亮赤纬角周期导致地球潮汐形变的地球自转证据

      计算表明,日月大潮与月亮赤纬角最小值相遇(日、月、地在赤道面成一线)使地球扁率变大,地球自转减慢,低纬度地区地球表面地壳纬向扩张,径向收缩,有利于南北挤压东西张裂的地震和火山喷发;日月大潮与月亮赤纬角最大值相遇使地球扁率变小,地球自转变快,低纬度地区地球表面地壳纬向收缩,径向扩张,有利于东西挤压南北扩张的地震和火山喷发。这是不同地区不同类型的地震在不同的潮汐组合发生的原因。

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      月亮赤纬角极大值不是固定不变的, 而是在18.6度到28.6度之间变动,周期为18.6年。当月亮赤纬角极大值为28.6度时,地球扁率变为最小,地球自转最快。2023-2025年月亮赤纬角为28.6度,所以,2020-2022年地球自转速度开始变快,18.6年是地球自转速度变化幅度最大的周期。

根据罗时芳等人(1974)和任振球等人(1990)的研究,地球自转周期11.169年对应11.2年太阳黑子周期、12.15年对应12.01年木星相似会合周期、18.6年对应月亮赤纬角的变化周期、19.855年对应19.858年木星、土星会合周期、22.337年对应22.2年太阳磁周、29.783年对应29.46年土星公转恒星周期、59.555年周期对应5960年木星、土星、水星相似会合周期,显示地球自转与行星潮汐的对应关系(见表1[2, 3] 

198.72年是太阳黑子长周期和九大行星会聚(九星连珠)周期,被一些专家认定为灾害周期发生的天文原因[3]

1  地球自转变化的长周期

(据罗时芳[2]1977;任振球[3]1990;杨学祥[4]1998;杨冬红修改,2009

地球自转周期(年)

    

(毫秒)

           对应天文周期(年)

 

178.698

89.348

59.555

 

 45.0


 34.503

 

29.783

 

22.337


19.855 


18.6

12.15

11.169

 

9.2

0.385

0.803

1.239

 

 0.304


 0.215

 

0.521

 

0.434


0.189


 0.521

0.141

0.162

 

0.184

198.72,太阳黑子长周期;九大行星会聚周期

89.757,太阳黑子长周期;89.36,九星会聚之半

57.119,太阳黑子长周期;59.573,木星、土星会合周期;5960,木星、土星、水星相似会合周期;59.88,潮汐混合周期*

45.39,土星、天王星会合周期;44.548,朔望周期与近点月周期的合成周期4*

35.88,土星、海王星会合周期;37.22,月亮交点进动双周;

33.4,近点月与日月大潮合成周期*

29.46,土星公转周期;30.02,土星相似会合周期;29.95,潮汐合成周期*

22.2,太阳磁周;22.014,朔望周期与交点月周期的合成周期*22.274,朔望周期与近点月周期的合成周期*22.0879,月亮视赤纬角月变化周期与朔望周期的合成周期*

19.858,木星、土星会合周期;19.99,水星相似会合周期;19.96,交点月周期、近点月周期、朔望周期两两合成周期(2.05332.20142.2087)的会合周期*

18.61,月亮交点进动周期,月亮赤纬角变化周期

9.9-13.035,太阳黑子周期;12.01,木星公转周期

11.2,太阳黑子周期;11.007,朔望周期与月亮交点周期的合成周期*11.137,朔望周期与近点月周期的合成周期*11.0439,月亮视赤纬角月变化周期与朔望周期的合成周期*

8.9-9.4,太阳黑子周期;9.2多项潮汐合成周期*

注:带*号者为杨冬红计算得出。

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      行星效应周期可以预测地震吗?

      土耳其大地震发生后,人们惊讶的发现,在这次地震发生之前,至少有3名专家都成功预言了地震的发生,其中2名专家提前3天预测,1名专家提前2个月预测。其中,1名专家预测依据是行星的地震效应:据他自己介绍,他研究太阳系天体之间的特定位置关系,预测其对地球地震情况的影响。在2月2日发布的视频中,他就表示,由于2月4日木星、金星、太阳的位置位于一条直线上,2月5日水星、太阳、天王星位于一条直线上,随后月亮又与太阳连成一条线,所以2月4日到6日间,地震活动可能会增长。

       伦敦大学学院风险与减灾学院教授Ilan Kelman表示,他在同行审议的科学期刊中并没有发现有关天体位置预测地震的论文,因此认为需要对这种方法谨慎看待。

       David Rothery表示,行星位置变动引发地球潮汐的变动几乎可以忽略不计,月球对潮汐的作用要更大些,有可能成为引发地震的直接原因,但也只是发挥“最后一根稻草”的作用,触发本来就马上要发生的地震。

       多伦多大学天文学家Bryan Gaensler的判断更加斩钉截铁。“事情很简单,行星的位置排列对地震没有任何影响,”他对《每日邮报》澳大利亚版表示。

       事实上,栾巨庆的“行星对应区理论”最早讨论了行星轨道周期与地震的关系  。

       我们的研究表明,单一的行星效应不会决定地震的发生,地震活跃期、潮汐组合激发、行星效应、太阳活动的综合作用是大震发生的根本原因。

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       地球自转周期18.6、29.783、59.555年的振幅是最大的,既是潮汐形变周期,也是地震行星效应周期。

       月亮赤纬角最大值在18.6年内由18.6度变为28.6度,完成一个周期循环。在月亮赤纬角为28.6度时期(1986-1988年和2005-2007年),地球的平均扁率变小,地球自转加快;在月亮赤纬角为18.6度时期(1977-1979年和1995-1997年),地球的平均扁率变大,地球自转变慢[1]。地震也有18.6年周期。


参考文献 

1.  杨学祥韩延本 强潮汐激发地震火山活动的新证据[J]. 地球物理学报, 2004, 47(4): 616-621.

2.  罗时芳梁世光叶叔华地球自转转率变化的周期分析[J]. 天文学报, 1974, 15(1): 79-84.

3.  任振球全球变化[M]. 北京科学出版社, 1990: 60-77.

4.  杨学祥陈殿友地球差异旋转动力学[M]. 长春吉林大学出版社, 1998.

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-349016.html 

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1271811.html

  

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      从海城地震到唐山大地震:地壳的折断机制及其地球物理征兆

                                                           吉林大学:杨学祥,杨冬红

关键提示

       折断铁丝的实验

       直接拉断一段铁丝是很困难的,一般人是做不到的。但是,我们要折断一段铁丝很容易,可以反复多次折曲,直到其断裂。在这个过程中,我们会发现铁丝反复折曲部分会发热,是折曲过程中分子摩擦产生的。

        在日月潮汐力的作用下,地球的形状和扁率也是不断变化的,经度线和纬度线也会发生反复折曲和胀缩运动。我们称之为地球的呼吸。

      计算表明,日月大潮与月亮赤纬角最小值相遇(日、月、地在赤道面成一线)使地球扁率变大,地球自转减慢,低纬度地区地球表面地壳纬向扩张,径向收缩,有利于南北挤压东西张裂的地震和火山喷发;日月大潮与月亮赤纬角最大值相遇使地球扁率变小,地球自转变快,低纬度地区地球表面地壳纬向收缩,径向扩张,有利于东西挤压南北扩张的地震和火山喷发。这是不同地区不同类型的地震在不同的潮汐组合发生的原因。

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        天长日久的潮汐形变导致的海底扩张,是板块运动的动力。

潮汐形变是地震的主要动力

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1)

图1 潮汐形变导致的海底扩张

地壳潮汐形变的数值计算

对潮汐运动的最新计算结果表明, 月亮在赤道时产生的半日潮使大气对流层、水圈和液核分别有54181864、43275和3103 km3的体积绕固体地球向西运动, 形成赤道高空风、西向海潮和液核表层西向漂移. 由于大陆地形的阻挡, 形成大气、海洋和液核的涡旋、湍流和异常大潮以及冷暖海水的上下和东西向振荡与混合. 岩石圈和下地幔分别有2754和10599 km3的体积胀缩, 是其中熔融部分流动、上涌和喷发的动力. 太阳相对地球在南北回归线之间的摆动, 使流体相对固体南北振荡与混合. 地球在春分和秋分扁率变为最大, 形成赤道大潮, 两极高纬地区分别有6605998、5251和368 km3体积的大气、海水和液核流体通过临界纬度(35o)流向赤道, 并在科里奥利力和西向引潮力作用下加速向西漂移, 使各圈层自转速度变小, 差异旋转速度增大, 高纬地区排气排液活动强烈, 其中大气对流层日长增加最为显著, 为97s, 是岩石圈日长增加值(0.00027s)的359259倍. 地磁活动在两分点达到最大值是其证据[3]潮汐形变引起的全球性地壳容积和地表面积变化的计算实例,可参看文献[4-6].

对于一个封闭完整的弹性地球, 上述计算值只能给出地球弹性形变的规模. 但是, 对于岩石圈具有复杂断裂系统的地球, 上述计算值就给出了地下流体流动、上涌和喷发的可能性和规模.

观测证据

据科学时报 2002年9月6日 2版报道,2000年6~8月,历史上记录到最活跃的密集地震袭击日本Izu半岛南部60公里的区域,其中7000次震级大于或等于3,5次大于或等于6。该密集地震伴随着Miyake火山的几次蒸气和碎石喷发。

[收稿日期] 2003 – 02 – 03 收到, 2003―00―00 收到修定稿.

[基金项目] 国家自然科学基金项目(批准号:49774228)和吉林大学社会科学精品工程项目.

[作者简介] 杨学祥, 男, 1947年生, 教授, 主要从事地球动力、全球变化和自然灾害研究.

图2 宫岛(Miyakejima)的地震频率 (引自吉野泰造 等, 2002)

Fig.2 Frequency of earthquakes at Miyakejima (from TAIZOH Yoshino et al, 2002)

自1996年以来, 在东京都地区的4个台站用空间大地测量技术进行了地壳变形观测. 这个项目称为”基石”计划(Keystone Project, KSP). 2000年6月26日, 东京以南约150km的Miyake岛发生群震. 6月27日, 又开始火山活动. 地震活动见图1所示. 可以看出, 7月和8月的地震活动较多. 在此之后, “基石”网络观测到异常的地壳变形. 地震活动于2000年9月基本停止.2000年6月26日至9月15日期间, 馆山相对于鹿岛的移动速率是2.5cm/月, 三浦

相对于鹿岛的移动速率是1.5cm/月, 这与过去3年的平均运动速率(1.4cm/月和1.3cm/月)相比是相当大的. 吉野泰造等人把这个现象解释为伊豆岛的岩脉侵入.估计模型计算得到的岩脉参数是: 长20km, 深3 ~ 15km, 张开5m. 根据该参数模型计算得到位移场. 馆山和三浦站的位移分别是5cm和3cm[7].

表. 1 2000年强潮汐天文条件及Miyake岛地震火山活动

Table 1. The astronomical condition in 2000 and activities of earthquakes and volcanoes at Miyakejima

http://www.yidianzixun.com/article/0LnmSFGC

. 1  2000年强潮汐天文条件及Miyake岛地震火山活动

Table 1. The astronomical condition in 2000 and activities of earthquakes and volcanoes at Miyakejima

近   地   点   时   间     日    食   月  食      潮  汐               极端事件

 年    月  日   时   农历日  月  日   月  日    弱R   强Q             

2000  4  9      6.1   5                           R           La Nina事件末期

2000  5  6   17.2   3                                  Q    强潮汐天文条件初期

2000  6  3     21.4   2                                 QQ    6月26日Miyake岛发生群震

6月27日Miyake岛发生火山活动

2000  7  2      6.3   1      07-01    07-16           QQQQ    地震活动最强时期

2000  7 30   15.7     29*    07-31                       QQQ    地震活动最强时期

2000  8 27   21.9     28*                                  Q    △LOD极小值,地震活动次强时期

2000  9 24   16.4     27                          R           9月Miyake岛地震活动基本停止

注:29*28*表示当月没有30.

月球与强潮汐、地球排气、厄尔尼诺、臭氧洞扩大、旱涝、地震有关系的重要条件是“近地点兼朔、望”以及月球赤纬角变化(极大/小值对应涝/旱年)和各大行星的配合张元东称之为“特殊天象组合期” [8,9]强潮汐(简记为强或Q)的标准是月亮近地潮和日月大潮两者同时出现若两者与日月食同时出现则为较强潮汐三者或前两者同时在春分点、秋分点和近日点附近(前后不超过15天)出现为最强或较强潮汐三者的时间最大差不超过3[10].通过2000年强潮汐天文条件与日本Miyake岛地震火山活动对比我们发现在月平均尺度上强潮汐天文条件与地震火山活动有很好的对应关系(见表1).

海底扩张的潮汐模式

为了计算方便我们将潮汐引起的海面升降简化为平面模型(见图2).

       

   

图3 潮汐引起的海面升降与太平洋地壳的跷跷板运动

Fig 3. Sea level changes by the tides and “seesaw movement” in Pacific Crust

设跷跷板支点为坐标原点, 如图2所示, 东西太平洋海面斜线的近似表达式为

y = Hx/L                                 (1)

其中, 2L为东西太平洋地壳长度; 2H为东西太平洋海面高差; x为横坐标变量. 取一段宽1cm长2L的东西向太平洋地壳, 在x处所受压力增量微元和力矩微元分别为

dp = ydx                                 (2)

          dM = xydx                                (3)

其中, p表示增高的海水对洋壳的压力; M表示增高的海水产生的力矩, 取海水的密度为1g/cm3. 在区间[0, L]上积分后得增减海水在东西太平洋地壳产生的力矩分别为

M = HL2/3                                 (4)

这相当于在宽1cm长2L高为洋壳厚度的跷跷板两端分别施加的反向力为

p = M/L = HL/3                            (5)

将H = 60cm, L = 10000km代入公式得p = 2×107 kg. 这样大的力足以使东太平洋海隆张裂和闭合, 或使西太平洋海沟下沉和岛弧抬升.

如图2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. 当潮汐使东太平洋海面增高和西太平洋海面降低, 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.

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3~9oC, 高差为40~60cm. 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13~20cm, 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[3,11]. 两者叠加, 相互加强. 这就是日本Miyake岛地震和火山在2000年与拉尼娜事件末期的强潮汐时段同时发生的原因.地球自转最快、西太平洋海面上升到最高值(见图2a)和日长变化(△LOD)取得极小值是这个时期的主要特点[12].

科里奥利力使上升物体西移下降物体东移[13]所以西升东降的断裂处于引张状态有利于火山喷发和岩脉侵入(图2a情况)东升西降的断裂处于挤压状态不利于火山喷发和岩脉侵入 (2b情况). 这是日本伊豆岛的岩脉侵入发生在19986~20006月强拉尼娜事件末期(图2a情况)的原因.

   地壳反复折曲导致的热效应、压电效应、电磁效应是地震的前兆

       距唐山地震发生前半年多:1975年12月,河北省地震地质大队1976年地震趋势意见上报国家地震局:从河北省乐亭至辽宁省敖汉旗一锦州一带及其东南渤海海域,可能发生大于6级地震(旱震理论)

       距唐山地震发生前不到半年:1976年初,唐山市地震办公室负责人杨友宸,综合唐山市四十多个地震台站的观测情况,在唐山防震工作会议上作出中短期预测:唐山市方圆50krn内1976年7、8月份或下半年的其他月份将有5—7级强震发生。“

       距唐山地震发生前3个月:1976年5月,杨友宸在国家地震局济南地震工作会议上郑重提出:唐山在近两三个月内有可能发生强烈地震!”(杨友宸1968年受命组建唐山市地震办公室。创建了唐山地区基层的各地震监测台、站、点,准确的收集了唐山地震前的资料,包括地磁异常、地电异常、地温异常、地下水异常

       距唐山地震发生前22天:1976年7月6日,开滦马家沟矿地震台马希融正式向国家地震局、河北省地震局作了短期将发生强震的紧急预报。“(地电异常)

       距唐山地震发生前21天:1976年7月7日,山海关一中地震科研小组向河北省、天津市和唐山地区地震部门发出了书面预报意见:7月中下旬,渤海及其沿岸陆地有6级左右地震。”

       距唐山地震发生前14天:1976年7月14日,北京市地震队电告国家地震局,出现七大异常(旱震理论)。国家地震局查志远副局长主持在唐山召开了京津唐张渤群测群防经验交流会。唐山二中田金武郑重发出地震警报:1976年7月底8月初,唐山地区将发生7级以上地震,有可能达到8级。赵各庄矿地震台姜义仓在唐山市地震办公室会商会上正式提出:唐山即将发生5级以上破坏性地震。

       距唐山地震发生前12天:1976年7月16日,乐亭红卫中学向河北省地震局唐山监测中心台发出书面地震预报意见:7月23日前后,我区附近西南方向将有大于5级的破坏性地震发生。”

       距唐山地震发生前6天:1976年7月22日,汪成民在国家地震局局长门口糊了平生第一张大字报。一页是地震趋势预报:北京队、天津队和地球所的预报意见。另一页是地震短临预报:河北队、地震地质大队、海洋局情报所和地震测量队的预报意见。山海关一中地震科研小组再次向河北省、天津市和唐山地区地震部门发出了书面预报意见:7月中下旬,渤海及其沿岸陆地有6级左右地震(旱震理论)

参考文献

1.       杨学祥宋秀环刘淑琴.  地球潮汐形变的数值评价.  地壳形变与地震.  1997,17(2):53-58.

2.       杨学祥海底扩张的潮汐模式大地测量与地球动力学. 2003,23(2): 77-80.

3.       杨冬红,杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008 Vol. 23 (6): 18131818

4.       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。2011544):926-934. http://www.geophy.cn/CN/volumn/home.shtml

5.      杨学祥.  2001年发生厄尔尼诺事件的天文条件地球物理学报, 2002, 45(增刊): 56-61

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1355683.html




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