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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报告称气候变化可能加剧地震发生可能性:国内外研究对比

已有 3194 次阅读 2011-4-20 06:54 |个人分类:科技点评|系统分类:观点评述| 气候变化, 地震, 潮汐, 太阳黑子极小期

报告称气候变化可能加剧地震发生可能性(图)
http://www.sina.com.cn  2011年04月19日 07:16  新浪科技
最新研究显示,长期的气候转变有可能会导致地球板块运动变化最新研究显示,长期的气候转变有可能会导致地球板块运动变化
风改变导致的印度板块运动变化,幅度可能达到每年1厘米风改变导致的印度板块运动变化,幅度可能达到每年1厘米
如果科学界能对大地震进行预测,那么像这次东日本大地震那样的灾难原本可以避免如果科学界能对大地震进行预测,那么像这次东日本大地震那样的灾难原本可以避免

  新浪科技讯 北京时间4月19日消息,据英国每日邮报报道,如果听到有人说全球变暖可能引发地震,是不是会觉得是无稽之谈?但是最近科学家的研究显示,这样的说法或许并非完全是空穴来风。最近澳大利亚国立大学的一项研究显示,长期的气候转变有可能会导致地球板块运动变化。

  通过和德国和法国的科研人员合作,他们成功建立起一个模型,将过去1000万年间印度板块运动和印度洋季风的增强联系起来。

  澳大利亚国立大学地球科学系的加姆皮罗•埃法达诺(Giampiero Iaffaldano)博士说:季风带来的降雨量逐年上升,这使印度板块的运动也随之逐年加快。科学家们将数据输入计算机,用以得出在过去1000万年内季风是如何对喜马拉雅山东部进行侵蚀的。

  计算的结果显示喜马拉雅山东部被侵蚀的岩石量非常惊人,它导致的质量改变足以解释印度板块发生的逆时针旋转运动,这种改变的幅度甚至可以达到每年1厘米。

  埃法达诺博士说:“这项发现的意义在于它首次确认,长期的气候变化具有对板块运动施加影响的能力。我们知道很多地质现象是由板块运动引起的,如大陆的漂移,大洋的闭合,以及山脉的形成。这些地质现象在长期尺度上可以对气候产生深远的影响。”

  他说:“但现在,我们找到了相反的规律:长期尺度上的气候改变同样会对地质作用产生影响。在数百万年的时间尺度下,气候改变甚至能通过负反馈机制改变板块运动的模式。”

  现在,科学家们希望此项研究提出的新观点将有助于预测像此次东日本大地震那样的大规模地震活动事件。

  埃法达诺博士说:“当板块边界之间存在的应力累积到一定的程度,便会引发地震。而为了更好的理解地震的诱发因素,你必须尽可能全面的了解所有相关的应力元素。而我们的研究显示,长期的气候改变可能也属于与此有关的应力因素之一,而我们在之前的工作中是没有考虑到的。”

  他说:“这样的新进展将有助于对地壳的运动历史进行分析。我们最终的目的是了解究竟是什么导致了板块的运动,并找出在那些区域更容易发生大地震。而为了做到这一点,看起来我们还必须将在过去数百万年间的气候变化因素考虑在内。”

  本周早些时候,科学家们宣称,由于两个板块相互靠近,欧洲正在逐渐潜入非洲大陆之下,地中海将逐渐消失。地质学家表示,如果两个板块之间的运动突然出现了减速或停止,那么很可能就意味着这种运动即将改变方向。(晨风)

http://tech.sina.com.cn/d/2011-04-19/07165421766.shtml

根据中国1940-19817级以上地震目录及天文条件, 作者1940-1981年中国7级以上地震的统计结果得出图2中国1940-19817级以上地震,发生在1月的地震有8次,排位第二;2月和3月各有7次,排位第三;发生在7月的地震有9次,排位第一。1-4月和7-8月地震次数较多,6月和9-12月地震次数较少。上半年地震次数为33次,下半年为27次,上半年多6次,地震活动较强烈(见图1)。

印度洋地壳的南北方向潮汐跷跷板运动是对太平洋地壳东西向潮汐跷跷板运动的一个推广,对研究欧亚地震带的地震发生规律有重要的实践意义。印度大陆在1月东北季风的作用下海面降低,在7月西南季风的作用下海面升高,1月和7月附近应该是欧亚地震带强震高发的季节。

2004年印尼苏门答腊9级地震就发生在1226日月大潮和月亮视赤纬角极大值(当月的最大值27.9度)叠加时段。印度洋中脊的西北-东南向分布,为印度洋地壳潮汐跷跷板运动和印度大陆向北东方向运动提供了构造条件。太阳高潮区在北纬23.5度和南纬23.5度之间震荡,月亮高潮区在北纬28.6度和南纬28.6度之间震荡,1月初和7月初太阳分别在南北回归线附近,太阳潮的南北震荡最强,加剧了跷跷板运动(见图2)。

1940 -1981年中国7级以上地震总数60次,距月亮视赤纬角最大值和最小值不超过3天的地震次数:31,出现频率为31/60,大于1/2。距日月大潮不超过3天的地震次数:19,出现频率为19/60,小于1/3。月亮视赤纬角极值的作用大于日月大潮,它产生的潮汐南北震荡对印度洋地壳跷跷板的作用也不容忽视后,在2005-2007年月亮赤纬角最大值年(28.6度)连续发生三次8.5级大震,地点在印尼苏门答腊,时间分别在在2004122620053292007912

 

1  中国1940-19817级以上地震的按月分布

Fig. 1  a monthly curve of Ms≥8.5 earthquakes in 1940-1981

 

2  季风引起的海面升降与印度洋地壳的跷跷板运动

Fig. 2  Sea level changes by monsoon and “seesaw movement” in Pacific crust

 

在亚洲大陆东部的西太平洋沿海,由于1月盛行西北季风,7月盛行东南季风,西太平洋地壳的潮汐跷跷板运动也受季风的影响,使地震活动在1月和7月非常显著。赤道辐合带的位置随季节而南北移动,其平均位置1月在5°S附近,7月在12—15°N左右。这对季风和跷跷板运动有重要影响。

学者徐道一指出,某些地区的地震频度随着季节有规律地变化,与地球和太阳的相对位置有关。例如,北极地区(大于等于北纬50度)7级以上地震逐月频数在3月和7月有两个峰值,在1月和9月有两个谷值;南极地区正好相反。南中纬度地区(13-33度之间)1月和8月有两个峰值,在3月和11月有两个谷值,北中纬度地区正好相反[24]3月和9月与春分和秋分有关,1月和7月与季风、冬至、夏至、地球近日点和远日点有关。南北半球情况反向变化,与季节性冰盖消长和风向海流变化有关。图2的统计结果并不是一个特例,与以往统计结果相比符合普遍规律。

地球自转确实存在13.6天和18.6年周期。李国庆发现月亮视赤纬角变化周期13.6天、27.3天与地球自转速度变化有明显的对应关系[25]。地球自转速度变化是地震的激发原因之一。

过去,人们仅仅把日月大潮时发生的地震火山活动看成是潮汐激发的结果,因而,强潮汐与地震活动的对应关系并不明显。如果考虑朔、望、上弦、下弦、月亮近地潮、月亮赤纬角最大值和最小值七个天文要素,强潮汐与地震火山活动的对应关系就非常明显了。

潮汐的东西震荡和南北震荡,使东西太平洋海平面和南北太平洋海面发生反向升降,幅度为60cm,破坏了地壳均衡,使洋壳反向降升20cm,由此引起的太平洋地壳跷跷板运动可激发地震和火山活动[11]。月亮近地潮、日月大潮和月亮赤纬角极大值可以起到增效作用。

实际上,潮汐变化是在地球表面形成的椭球面起伏变化,平面模型仅仅是一级近似。为了更精确地计算球面潮汐引起的地壳跷跷板运动,潮汐-均衡模式球面模型更符合实际情况。

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年地震活动非常强烈[25]。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活动的原因。

地震有约9年周期(月亮赤纬角18.6年周期的一半,即极大值和极小值都可以激发地震)和51-56PDO周期(1896-1920年地震高潮对应PDO冷位相、1920-1939年地震低潮对PDO暖位相、1939-1978年地震高潮对应PDO冷位相)。这个结果与全球8.5级以上地震集中爆发在PDO冷位相的统计结果是一致的。

2007912印度尼西亚苏门答腊岛地区发生的里氏8.4级地震的潮汐特征:912月亮赤纬角达到最小值南纬0.00021度,11日为日月大潮。20101025印度尼西亚苏门答腊以西明打威群岛近日发生的里氏7.7级海底地震的潮汐特征:27日月亮赤纬角达到最大值北纬24.33506度,23日为日月大潮。

对比可知,两次地震都在日月大潮两日之内,不同的是,前者在月亮赤纬角最小值,后者在月亮赤纬角最大值附近。月亮赤纬角最小值时期,月球在赤道面,923为秋分,太阳也在赤道面,日月大潮时的高潮位置,太阳潮和月亮潮使地球扁率变大,自转变慢,地球赤道隆起效应强烈,对地震和火山活动有激发作用。月亮赤纬角最大值时期,月球远离赤道面,月亮潮使地球的扁率变小,自转变快,日月大潮时的高潮位置增强这一效应,使赤道收缩效应强烈,对地震火山活动有激发作用。因此,从潮汐特征而言,两次地震处于膨胀和收缩的相反应力控制下,这应该是地震调整作用的主要特征。

19508158.6级地震发生在中国西藏察隅、墨脱,195111188.0级地震发生在中国西藏当雄(距墨脱约500公里),19528187.5级地震又发生在西藏当雄。后两次地震是否是察隅、墨脱8.6级地震的调整呢?

1950815西藏察隅、墨脱8.6级地震的潮汐特征:1950816月亮赤纬角达到最小值北纬0.00039度,814为日月大潮。月亮潮使地球扁率变大,自转变慢,地球赤道隆起效应强烈,对地震和火山活动有激发作用。日月大潮增强这一作用。

19511118西藏当雄8.0级地震的潮汐特征:19511116月亮赤纬角达到最大值北纬28.10484度,19511113为日月大潮,22日为日月小潮。月球远离赤道面,月亮潮使地球的扁率变小,自转变快,使赤道收缩效应强烈,对地震火山活动有激发作用。南北纬35度线是地球扁率变化的不变线,西藏察隅、墨脱、当雄随赤道一起膨胀和收缩。

1952818西藏当雄7.5级地震的潮汐特征:1952815月亮赤纬角都达到最大值北纬27.77966度,820为日月大潮。月亮赤纬角最大值时期,月球远离赤道面,月亮潮使地球的扁率变小,自转变快,日月大潮时的高潮位置增强这一效应,使赤道收缩效应强烈,对地震火山活动有激发作用。

根据月亮赤纬角变化、地球自转变化和地壳胀缩特征,1951年和1952年当雄两次7级以上地震应该是1950年西藏察隅、墨脱8.6级地震的调整过程。一次没有调整到位,又有第二次调整发生。

数据的重复性表明,8.6级以上强震后发生的后续地震调整有以下统计特征:首先,后续地震的调整时间为1-3年;其次,调整的最大特征是月亮赤纬角变化、地球自转变化和地壳胀缩特征处于反向。

1889年以来,全球大于等于8.5级的地震共21次。在1889-1924PDO“冷位相发生61900年以来国外数据:2)次,在1925-1945PDO“暖位相发生11)次,在1946-1977PDO“冷位相及其边界发生11(7)次,在1978-2003PDO“暖位相发生0次,在2004-2008PDO“冷位相已发生3次。规律表明,PDO冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了PDO冷位相时期,2000-2030年是全球强震爆发时期和低温期[1227]。郭增建的深海巨震降温说PDO冷位相与低温冻害对应的物理原因。

1947-1976年拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震发生50次,平均每年1.73次,1977-1999年拉马德雷暖位相时期我国7级以上地震发生12次,平均每年0.55次。拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震是拉马德雷暖位相的3倍以上。2000-2035年拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震又进入新的活跃期,2001年昆仑山口8级地震和2008年四川汶川8级地震是两个明确的强震频发的信号。2000-2035年不仅是全球强震爆发时期,也是中国7级以上地震频发时期。

1947-1976年拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震发生情况来看,前10年发生20次(包括两次8级以上地震),后10年发生20次,中间10年发生10次,前后10年的地震相对频发值得关注。更值得关注的是,除台湾外,前10年强震多发生在中西部,后10年东部地区也有强震灾害发生,如1975年辽宁海城地震和1976年河北唐山地震。因为考虑到全球变暖导致的海平面上升可能超过历史的记录,由此导致的地壳均衡运动也可能超过历史的规模。这是比温室效应更危险的变化趋势和变化后果。

 

              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。

3  海平面变化造成的垂直运动和水平运动[13]

Fig. 3  vertical and horizontal movement by the changes of sea level

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[1327-28]

由图3中可以看到,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A’B’弧下降到AB弧时,圆心角变大,只能发生两种结果(见图b[13]

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弧的多余部分象楔子一样劈开大陆,推动大陆向两边分离,对应的圆心角增大,其类型为大西洋两岸的快速扩张。

其三、反之,当海洋地壳AB弧上升到A’B’弧时(见图a),由于弧长增大,其增大部分就是海底扩张产生的新洋壳。

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。

 

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

 



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