7级以上地震的纬度分布特征与地球形变

                               杨学祥，杨冬红

 

DR = - (a²cos²t + b²sin²t)^-1/2cost(a²cos²t - 2b²sin²t) db/b   （8）【1】

令a = b，有近似公式

DR = cost(3cos²t - 2) db   （9）

当t = 90度，或t = 35度15分，DR = 0。这是近似计算值。精确的结果为：当t = 90度，或t = 35度，DR = 0【1】。

对（9）式微分得

D（DR） = -sint(3cos²t - 2) db - 6cos²tsint db = (2 – 9sintcos²t) db   (10)

 

令D（DR） = 0，得t = 60度时，DR得到极值。精确公式的计算结果为：t = 62度时，DR得到极值，与t = 0（即在赤道）呈反向变化【2】。

 

M.B.斯托瓦斯的计算表明，临界纬度35^o是在扁率变化中长度不变的纬度圈【2】。本文计算结果表明，一个旋转速度不断增大的气体星球，在扁率不断变大的过程中，被削平的两极突起通过35^o不变圈向赤道流动，形成一个几乎静止的（相对星球自转方向相反的快速旋转）大气环流。在星球外部看来，加速旋转的气体星球象一个层层包裹的洋葱，每层的旋转速度不同，中心转速快，外层转速几乎为零。这非常符合木星环的旋转特征：美国学院公园市马里兰大学的Douglas Hamilton和德国海德尔堡马普学会核物理研究所的Harald Krüger发现，行星环中的微粒缓慢围绕木星运转，其形成机制尚不清楚【3】。理论计算结果给出了一个合理的行星环形成机制：变速旋转的气体星球，赤道有慢速旋转的环，两极有快速旋转的帽。

 

M.B.斯托瓦斯把地球作为体积不随时间变化的不等速的二轴椭球体，计算了它的基本参数随扁率或偏心率变化而发生的变化，得出南北纬35^o线不随扁率变化而伸缩，由于其固定不变的特性而称为临界纬度。相反，南北纬62^o与赤道纬度，当地球扁率发生变化时，互为消长，称为共轭纬度。0^o和62^o共轭纬度以及35^o临界纬度在大气环流和海洋环流中的特殊作用，表明地球扁率变化在大气环流和海洋环流中可能起到某中特殊作用【2,5】。

 

根据许多资料来看，临界纬度的确是一个值得重视的地带：

 

其一，东西切向应力，在临界纬度最小，在共轭纬度最大。

其二，南北切向应力在临界纬度最大，当地球自转加快时，物质从两极通过临界纬度流向低纬度地区；当地球自转减慢时，物质从低纬度地区通过临界纬度流向高纬度地区。这表明地球自转速度变化引起的重力调整在临界纬度两侧是反向升降变化。

其三，地壳上最强烈的地震带之一经过北半球的旧金山、里斯本、西西里岛、希腊、土耳其、伊朗、中国中部、日本；另一条经过南半球的卡普山、墨尔本、布宜诺斯艾利斯，恰好在南北两条临界纬度上。

其四，沿临界纬度为一反复活动的构造带【4,5】。

 

根据2003年12月1日-2010年9月10日7级以上地震资料，其纬度分布特征见表2。特征之一为地震次数在赤道附近低纬度和在南北纬62度呈现最多最少反向变化；特征之二为临界纬度在北半球有明显表现，在南半球没有，后者陆海交界带很少是重要原因。因为环太平洋地震带主要分布在陆海交界地区。

 

  表2.  2003年12月1日-2010年9月10日7级以上地震纬度分布特征

北纬	0-10	10-20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70
地震次数	23	7	8	17	6	5	3
南纬	0-10	10-20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70
地震次数	26	14	8	4	5	2	1

 

地球自转速度变化和潮汐可引起地球形状变化，地球形变的特征与地震纬度分布特征有很好的一致性，表明两者之间的本质联系，值得深入探讨。

 

参考文献

 

1.         杨学祥，杨冬红。 7级强震的纬度分布特征：与地球形变纬度半径变化成比例。发表于 2010-9-10 科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=361407

2.         M. B. 斯托瓦斯. 地球自转的不均衡性—地球形状及大地构造因素[A]. 地质力学论丛(1)[C], 科学出版社, 1959.

3.         Douglas P. Hamilton1, Harald Krüger. The sculpting of Jupiter's gossamer rings by its shadow [J]. Nature, 2008, 453: 72-75.

4.         高庆华, 胡景江, 徐炳川, 等. 地壳运动问题[M]. 北京: 地质出版社, 1996: 148, 131-132, 180.

5.         杨学祥, 等. 地球差异旋转动力学[M]. 长春: 吉林大学出版社, 1998.

 

 

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