地震光在某种程度上是地震即将发生的一种标志

                杨学祥，杨冬红

　　最近，一组科学家有了新的成果，他们另辟蹊径找出了答案：地震光（即地光）并不是个超自然的现象，地震光在某种程度上是地震即将发生的一种标志。

   地震光其实很少在地震后出现，更多是在地震前或者地震时出现。这些科学家通过计算机模拟发现，在地震爆发前，地底积聚着巨大的能量，岩石承受着很高的压力。在某些类型的岩石里，深层岩石所承受的压力可以电离氧分子，然后，氧离子会通过岩石夹缝溜出地面。

   地震光和氧离子的检测有可能得到地震的可靠前兆。

我们在2016年1月6日指出，尽管近年来已出现一些有希望的线索，但地震预报的历史散落着各种错误的开始和伪科学。不过，一些科学家认为，地球地壳可能在破裂前以地下和大气中电磁辐射异常的形式给出线索，而这些异常会在地震发生前的几分钟到几天内出现。近日，在旧金山举行的美国地球物理学会秋季会议上，研究人员分享了对这些现象不断增加的了解，以及它们可能被用于预测致命性地震的方式。

当日本北海道大学地球物理学家Kosuke Heki在2011年9级地震发生前的约40分钟发现该国东北地区上空中带有电荷的大气最外层——电离层总电子含量增加时，开始对地震预报产生兴趣。他一直利用GPS数据研究电离层对地震作出的响应。当地球地壳的突然移动反射到大气中时，这一现象便会发生。电离层的扰动则会妨碍GPS卫星和接收器之间的通讯，从而在研究人员能分辨出的特定无线电频率上留下印记。

2011年，Heki还对电磁前兆持怀疑态度。但自此以后，他利用全球不断增加的GPS测量站阵列，确认了9场其他大地震发生前的类似信号。

不过，科学家尚未就地壳创造电磁信号的机制达成一致意见。美国宇航局艾姆斯研究中心资深科学家、加州圣何塞州立大学物理学兼职教授Friedemann Freund介绍说，一种观点是岩石在地震逐渐累积的过程中被加热或受到压力作用时会产生正电荷。“当你向一块岩石施加压力时，它会变成电池。”Freund说，“当然，这并不是你在自家汽车里发现的那种化学蓄电池，而是一种产生电子和空穴的新型半导体电池。”

这些空穴是来自被称为过氧键的分子缺陷的正电荷。过氧键在大多数结晶岩中都会发生，是指两个氧原子结合在一起，而不是同硅或其他元素相结合。在高温高压下，过氧键断裂，从临近原子中吸收一个电子，然后留下一个带正电荷的空穴。这产生了连锁效应：电子朝过氧缺陷处流动，然后大量正电荷流失到表面或更远处。

对于岩石而言，Freund介绍说，“你向它们施加压力的速度越快，获得的电流便越多。”他认为，这种机制能解释地震前观测到的大量奇异事件，诸如神秘的光从地面射出以及所报道的罗盘针出现舞动迹象。此类正电荷还可能传播到大气中，引发Heki和其他人看到的电离层扰动，尽管这一现象发生的确切方式尚不明确。

http://blog.sciencenet.cn/blog-1208826-948447.html

我们在1995年撰文指出，通过地表重力异常和磁异常的对比，可以找到两者之间的一些因果关系。这种关系在整个地磁场与应力场的历史变化中又得到了进一步的验证。这种因果关系是：地磁场的变化反映了地球应力场的变化。这一研究对探求地应力与地磁场对应规律的物理原因和对地震的长短期预报具有重要意义。

磁异常和重力异常的对应关系，以及由此导出的物理模型，可以使我们不仅能从重力异常变化中，而且能从地电、地磁异常的变化中发现地壳中的应力变化，为地震预报提供两个切实可行的检测手段。

事实上，地磁和地电的异常变化，已经作为地震的前兆，在地震预报中起了重要作用，但是产生这些前兆的具体物理机制并不清楚。晶体压电磁场模型给出了这些前兆的一个可能的具体物理机制。

磁异常与重力异常的对应关系，地磁场与地应力的对应关系，是由电场来做中间媒介并使其中的规律性明朗化的，重力异常性质和电场极性的一致性，说明相同电场是由同种应力所产生。晶体压电磁场和带电离子的定向移动，可能给出了它们之间所发生的具体物理过程。这个物理过程不仅对物理学，而且对地质学都有十分深远的意义。

图1  地应力、地磁场与地震的对应关系（杨学祥等，1995）

相关文献

杨学祥, 陈殿友,寇艳春. 地应力地磁场与地震.  东北地震研究.  1995,  11(2):23-30.

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2016-1-6 10:57 |系统分类:科研笔记    推荐到群组

科学家已在大地震发生前探测到电磁异常现象，比如这场在2011年袭击日本的9级地震。图片来源：U.S. Navy photo

当问地震学家何时能预测地震时，他们的回答通常是这样的：在遥远的未来和永远不可能之间的某个时间点。尽管近年来已出现一些有希望的线索，但地震预报的历史散落着各种错误的开始和伪科学。不过，一些科学家认为，地球地壳可能在破裂前以地下和大气中电磁辐射异常的形式给出线索，而这些异常会在地震发生前的几分钟到几天内出现。近日，在旧金山举行的美国地球物理学会秋季会议上，研究人员分享了对这些现象不断增加的了解，以及它们可能被用于预测致命性地震的方式。

当日本北海道大学地球物理学家Kosuke Heki在2011年9级地震发生前的约40分钟发现该国东北地区上空中带有电荷的大气最外层——电离层总电子含量增加时，开始对地震预报产生兴趣。他一直利用GPS数据研究电离层对地震作出的响应。当地球地壳的突然移动反射到大气中时，这一现象便会发生。电离层的扰动则会妨碍GPS卫星和接收器之间的通讯，从而在研究人员能分辨出的特定无线电频率上留下印记。

2011年，Heki还对电磁前兆持怀疑态度。但自此以后，他利用全球不断增加的GPS测量站阵列，确认了9场其他大地震发生前的类似信号。

Heki说，现在他相信真的有一些事情在发生：“眼见为实。”

不过，科学家尚未就地壳创造电磁信号的机制达成一致意见。美国宇航局艾姆斯研究中心资深科学家、加州圣何塞州立大学物理学兼职教授Friedemann Freund介绍说，一种观点是岩石在地震逐渐累积的过程中被加热或受到压力作用时会产生正电荷。“当你向一块岩石施加压力时，它会变成电池。”Freund说，“当然，这并不是你在自家汽车里发现的那种化学蓄电池，而是一种产生电子和空穴的新型半导体电池。”

这些空穴是来自被称为过氧键的分子缺陷的正电荷。过氧键在大多数结晶岩中都会发生，是指两个氧原子结合在一起，而不是同硅或其他元素相结合。在高温高压下，过氧键断裂，从临近原子中吸收一个电子，然后留下一个带正电荷的空穴。这产生了连锁效应：电子朝过氧缺陷处流动，然后大量正电荷流失到表面或更远处。

对于岩石而言，Freund介绍说，“你向它们施加压力的速度越快，获得的电流便越多。”他认为，这种机制能解释地震前观测到的大量奇异事件，诸如神秘的光从地面射出以及所报道的罗盘针出现舞动迹象。此类正电荷还可能传播到大气中，引发Heki和其他人看到的电离层扰动，尽管这一现象发生的确切方式尚不明确。

Freund和包括圣何塞州立大学物理学家JohnScoville在内的合作者已经在实验室试验中展示了岩石的半导体行为。他们将一个90公斤重的物体扔到一大块火成岩上。虽然试验中创建的电磁脉冲要比地震前观察到的短一些且相对较弱，但Scoville将其归咎于规模上的巨大差异。“我们不可能重现地震期间活跃在地下的岩石量。”

不过，他们在实验室中看见的脉冲确实和实地观测到的拥有相同形状。在此次会议上，来自秘鲁罗马天主教大学的Jorge Heraud报告说，他的团队利用一对专门用于寻找地震前兆的地面磁力仪，在最近发生于利马附近的地震前两周便探测到磁脉冲。

尽管磁力仪可能在表面岩石中挑选出前兆信号，但它们有一个重大缺陷：必须位于震中约100公里的范围内。这便是为何意大利国家地球物理与火山研究所研究主任Angelode Santis和其他人求助于卫星，以获得关于地震前大气中发生了什么的全局视野。通过一个名为“云集开展地震研究”的新项目，de Santi和同事将把来自2013年发射的欧空局“蜂群”卫星的数据和来自诸如地震仪、GPS测量站等传统地震监控设备的数据进行匹配。

de Santis介绍说，他们的目标是首先理解地球地壳和大气之间的联系。“如果你理解了这种物理现象，预测地震的几率便会加倍。”他们还将研究过去发生的地震，以确认已知断裂发生前的任何模式，然后研究这些相同的模式是否在未来地震发生前出现。此次会议上，他们已经报告说，在2014年智利伊基克地震和最近一次尼泊尔地震前发现了电离层异常现象。（宗华）

《中国科学报》 (2016-01-06第3版国际)

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我们在1995年撰文指出，通过地表重力异常和磁异常的对比，可以找到两者之间的一些因果关系。这种关系在整个地磁场与应力场的历史变化中又得到了进一步的验证。这种因果关系是：地球的初始磁场可能是由晶体的压电效应产生的，地磁场的变化反映了地球应力场的变化。这一研究对探求地应力与地磁场对应规律的物理原因和对地震的长短期预报具有重要意义。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-948480.html

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