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潮汐形变是地震的主要动力: 杨学祥 2018-7-27 16:50; 潮汐形变是地震的主要动力杨学祥，杨冬红（吉林大学）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 ） \0 \0 图 1 潮汐形变导致的海底扩张 . 参考文献海底扩张的潮汐模式杨学祥 (1. 吉林大学地球探测科学与技术学院,长春130026; 2. 中国科学院国家天文台，北京100012) 摘要: 2000 年 6 月底 , 东京以南的伊豆岛开始发生火山与地震活动 . 此后 , 在伊豆岛观测到异常的地壳变形 . 8 月底 , 火山与地震活动达到高潮 . 分析结果认为 , 地壳变形是由伊豆岛的岩脉侵入引起的 , 并且与强潮汐天文条件相对应 . 根据观测和计算数据提出了海底扩张的潮汐模式 . 关键词: 潮汐, 火山, 地震群, 海底扩张, 太平洋地壳跷跷板运动. 1. 问题的提出由地幔对流驱动的海底扩张模式遇到了新的困难, 最新的地震层析成像技术并没有提供这方面的可靠证据, 人们提出的种种质疑有助于地球动力学的发展 . 潮汐波动理论从最直观的地表潮汐波动现象出发, 论证了潮汐振荡对地球各圈层的动力学意义 . 这种尝试是值得赞赏的, 是十分有意义的. 为了检验该理论, 本文计算了潮汐振荡产生的力矩规模, 并给出了海底扩张的潮汐模式. 2. 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 km 3 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 km 3 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 km 3 体积的大气、海水和液核流体通过临界纬度（ 35 o ）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 . 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 . 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. 3. 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。 2003 – 02 – 03 收到 , 2003 ― 00 ― 00 收到修定稿 . 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. 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 1 宫岛 (Miyakejima) 的地震频率 ( 引自吉野泰造等 , 2002) Fig.1 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 . 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 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* 和 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” . 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 天 . 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). 4. 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). \0 \0 图2 潮汐引起的海面升降与太平洋地壳的跷跷板运动 Fig 2. 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/cm 3 . 在区间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 = HL 2 /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 = 2×10 7 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 3~9 o C, 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 13~20 cm , 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 . 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 . 科里奥利力使上升物体西移 , 下降物体东移 . 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 2 中 a 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 ( 图 2 中 b 情况 ). 这是日本伊豆岛的岩脉侵入发生在 1998 年 6 月 ~2000 年 6 月强拉尼娜事件末期（图 2 中 a 情况）的原因 . 5. 地震、火山和气候证据 1964 年、 1982 年和 2000 年都有 4 次发生在两极地区的日偏食，它们间隔 3 个沙罗周期（沙罗周期为 18 年零 10.33 — 11.33 天），有相同的日食条件。 1964 年有 2 次月全食， 1982 年有 3 次月全食， 2000 年有 2 次月全食， 1966 年、 1984 年和 2002 年都没有月食。它们有相似的天文条件 , 而 1982 年潮汐最强 , 形成了 20 世纪仅次于 1997-1998 年的厄尔尼诺事件 . 1982 年墨西哥的厄奇冲火山于 3 月 25 日和 4 月 4 日两次喷发，在 3 月 21 日日本北海道的 7.3 级地震之后发生。从此时开始到年末，东西太平洋地震带交替发生了 14 次 7 级以上大地震，其中有 7 次发生在 5 月 31 日到 6 月 30 日短短一个月内的强潮汐阶段。在 1988 年 , 证据显示从 1964 到 1987 年南方涛动五个最低值和沿东太平洋隆起从 20 o S 到 40 o S 插入式的地震活动之间相关 . 这个地区包含了地球上最广阔的山脉体系之一 , 巨大的能源在那里通过海底火山和热液活动释放出来 . 观察一致性经常是发现的根据 , 审查有用的数据指导我们注意个别特例 . 两个截然不同的现象——厄尔尼诺和地震群——不顾它们无规律的循环速率和周期 , 看上去几乎是同时发生的 . 同样 , Daniel A. Walker (1995) 发现 , 在过去最持久的六个厄尔尼诺与最反常的插入式地震活动相一致 , 它们在 1964 到 1992 年沿东太平洋隆起从 15 o S 到 40 o S 同时发生 . 根据海底火山作用和热液活动 , 东太平洋隆起从 15 o S 到 40 o S 地区是地球上有据可查的最活跃地区 , 在这个地区微小相同的变化或大气压力范围的转移对引发厄尔尼诺的作用是公认的 . 如果这个地区的热活动没有被海洋覆盖 , 这些活动将被认为是引起厄尔尼诺的重要因素 . 事实上 , 在厄尔尼诺现象发生前后, 东西太平洋海面高度分别升降40cm, 水均衡作用使洋壳反向升降13cm. 由此形成的东西太平洋地壳跷跷板运动是厄尔尼诺现象与地震火山活动一一对应的原因. 与潮汐引起的太平洋地壳“跷跷板运动”完全相同. 两者叠加, 相互加强. 对于全新世 , 特别是千年尺度的厄尔尼诺和南方涛动变化 , 人们知之甚少 . 古气候研究记录了全新世有选择周期的厄尔尼诺变化 , 但是大多数纪录对分辨研究千年规模的变化来说 , 既少又不充分 . 这里 , Christopher M. Moy et al (2002) 提出南厄瓜多尔 Laguna Pallcacocha 沉积纪录 . 这个纪录受到 ENSO 变化的强烈影响 , 连续覆盖了过去 12000 年 . 他们发现了 2~8 年时间尺度的变化 , 他们把它归因于暖 ENSO 事件 . 从全新世一直到 1200 年前频繁变化 , 后来下降到现在 . 与高低潮 ENSO 活动相关的时期 , 以 2000 年时间尺度交替发生 , 叠加在这个长期趋势上 . 他们把这个长期趋势归因于日射率轨道变化引起的 , 并且认为 , ENSO 内部动力可能起源于千年变化 . 然而 , 千年振荡需要其它 ENSO 标志物的纪录确认 . 六年前 , 通过分析大西洋底的沉积层，发现地球的寒冷期和温暖期出现有规律的波动，波动周期大约为 1500~1800 年，与地球、月亮和太阳相对位置的变化引起潮汐强度的变化周期是一致的。潮汐振荡可以解释周期大约为 1500~1800 年的气候变化 . 强潮汐可以增大垂直方向海水的混合 , 潮汐大时，有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上方的空气，使气候变冷。潮汐小时，海洋深处的冷水很难被带到海面，世界就变得暖和。我们认为 , 潮汐振荡也是气候千年振荡的重要原因 . 从15至17世纪的200余年内,世界上强震很多,其它自然灾害也很集中,这也正是蒙德极小期 . 这个时期太阳活动处于极小值,人们往往把它当作小冰期气候产生的原因. 实际上 , 单凭太阳辐射能量变化不足以解释气候的巨大波动 . 对宇宙飞船测量数据的分析确定 , 太阳的辐射输出变化于 0.1~0.3% 的水平上 . Eddy 等人估计 , 气候响应与正常发生的变化相比是很小的——太阳常数的变化至多使地球表面的温度受到零点几度的扰动，问题的关键是能够激发低层大气发生变化的机制 . 郭增建最近提出的海震调温假说就是一个很有说服力的机制 . 太阳活动低值使气温降低 , 极地冰盖开始向中低纬度扩展 . 由于一部分赤道区域的海水通过雨雪转变为高纬度大陆的冰川 , 从而产生地表物质从赤道向两极的大规模迁移 . 根据地壳均衡和水均衡原理 , 两极冰盖增加的地壳加载下沉 , 赤道海洋海水减少的地壳卸载上升 . 这是多强震与小冰期对应的原因 . 海洋及其周边地区的强震可使海洋深处冷水迁到海面 , 使水面降温 , 冷水吸收较多的二氧化碳 , 从而使地球降温 . 这个机制放大了太阳活动低值的降温效果 , 使更多赤道地区的海水转变为两极地区的冰盖 . 在第四纪最末一次冰期与间冰期交替中 , 海洋有 130m 厚的水层曾转变为两极的冰盖 , 海洋地壳相应有 43m 的升降运动 . 综合分析表明 , 气候变化与构造运动是相互影响的 . 离开了构造运动 , 我们就无法理解气候的巨大变化 . 6. 负荷潮使大洋中脊底部软流层发育的模型估算池顺良和骆鸣津用一个简单的二维有限元模型估算负荷潮在洋壳和地幔中产生的能耗量级及其分布特点 , 相应产热率为 0.3~0.5 μ W/m 3 , 已超过相应深度上地幔的放射性产热率 . 大洋中脊处的洋壳在潮汐负荷振荡中反复反向升降, 潮汐振荡产生的热能是大洋中脊底部软流层发育的原因. 研究表明, 潮汐能在固体地球中的散布, 可能对岩浆的发生和海底扩张的机制起决定作用.只有约3%的来自地表的热流是由潮汐能造成的, 但仅凭这些热流已足以以产生每年约30km 3 的岩浆.白垩纪的潮汐强度比目前增大20%,这是白垩纪火山活动强烈的重要原因 . 7. 结论理论计算和实验检验表明 , 潮汐震荡是地壳运动的一种可靠动力 , 内波假说值得深入研究 . 海底扩张的潮汐模式目前仅仅是一个数学模型 , 2000 年 7-8 月的日本伊豆岛的岩脉侵入事件也只是一个小规模的检验 . 如果能用同样的方法检验大洋中脊的岩脉侵入与潮汐的相关性 , 那么海底扩张的潮汐模式就是一个可检验的数学模型 . 参考文献池顺良 , 锺荣融 , 杨洪之 , 等 . 大地构造和海陆起源的内波假说 . 地壳形变与地震 . 1996, 16 (1) : 1~17. 池顺良 , 骆鸣津 . 海陆的起源 . 北京 : 地震出版社 , 2002. 66, 91. 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 杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震, 2000 , 20 （ 3 ）: 39~48. 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. 杨学祥 . 岩石圈伸缩的机制与规模 . 地壳形变与地震 . 1996, 16 (3) : 89~94. 吉野泰造 , 国森裕生 , 胜尾双叶 , 等 . 2000 年夏季用 ” 基石 ” 网络观测到东京地区的地壳变形 . 地球物理学报 , 2002, 45 ( 增刊 ): 151-156 杨学祥 . 预测重大灾害的天文学方法与能量放大器 . 见 : 中国地球物理学会年刊 2001. 昆明 : 云南科技出版社 , 2001. 327. 李家林 , 张元东 . 特殊天象组合期与地震发震关系的检验及应用 . 地震 , 1993, (3): 32-37. 杨学祥 , 陈震 , 乔淇源 . 2002 年厄尔尼诺事件的天文条件 . 西北地震学报 , 2002, 24 （ 2 ） : 190-192. 杨学祥 . 大洋地壳的跷跷板现象 . 科学技术与工程 . 2003, 2(1): 已发表 . 韩延本 , 李志安 , 赵娟 . 由地球自转的年际变化预测厄尔尼诺事件 . 地球物理学进展 . 2000,15(3): 112~114 杨学祥 , 术洪亮 . 环太平洋地震带与柯里奥利力 . 西北地震学报 , 1995, 17 （ 4 ） : 13~16. Walker, D. A., More Evidence Indicates Link Between El Ninos and Seismicity. Eos. 1995,76 (4): 33,34,36. Christopher M. Moy, Geoffrey O. Seltzer, Donald T. Rodbell, David M. Anderson. Variability of El Nino/Southern Oscillation activity at millennial timescales during the Holocene epoch. Nature, 2002, 420: 162~165. Fred Pearce. Tidal warming: Is the moon turning up the Earth’s thermostat? New Scientist, 2000, 166 （ 2232 ） : 12. 马宗晋 , 杜品仁 . 现今地壳运动问题 . 北京 : 地质出版社 , 1995. 99. Eddy J A, Gilliland R L, Hoyt D V. Changes in the solar constant and climatic effects. Nature. 1982, 300: 689. 郭增建 . 海洋中和海洋边缘的巨震是调节气候的恒温器之一 . 西北地震学报 . 2002, 24(3): 287. 杨学祥 . 地壳形变与海平面变化 . 地壳形变与地震 . 1994, 14(4): 29~37 杨学祥 . 厄尔尼诺现象的构造基础与激发因素. 西北地震学报, 2002, 24 （4）：367-370 杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评. 1999, 45 ( 增刊 ): 33-42. P. J. 威利 . 动力地球学 . 朱夏译 , 北京 : 地质出版社 , 1978. 301. Tidal Model on Sea-floor Spreading YANG X UE -X IANG 1) College of Geo-exploration Science and Technology ， Jilin University, Changchun 130026 2) National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Science, Beijing 100012 At the end of June in 2000, volcanic and seismic events started at Izu islands south of Tokyo. Following the event, extraordinary crustal deformation was observed around the Izue islands. Until the end of August, both the volcanic and seismic activities were high. It is suggested that the crustal deformation was caused by a dyke intrusion event at Izu islands and concerned with strong tides. Tidal model on sea-floor spreading is proposed based on the observational data and calculative data. tides, volcano, earthquake swarms, sea-floor spreading, “seesaw movement” in Pacific crust. 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. 潮汐力究竟有多大：洛希极限已有 4536 次阅读 2013-4-12 06:31 潮汐力究竟有多大：洛希极限 ——潮汐与地震关系的讨论总结杨学祥潮汐与地震的关系争论已经结束了，为了增大知识面，这里介绍一下网上的科普常识。知识范围决定人们对问题的认识和理解。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=575926do=blogid=679203 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=2277do=blogid=679075 潮汐：潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。是沿海地区的一种自然现象，古代称白天的河海涌水为“潮”，晚上的称为“汐”，合称为“潮汐”。洛希（Roche）极限：洛希（Roche）极限是指有流体内核的卫星可以环绕主星转动,而不被潮汐力拉碎的最近距离。实心体可在Roche极限里存在，只要引潮力不超过固体的结构强度承受范围。洛希极限是一个距离。当天体和第二个天体的距离为洛希极限时，天体自身的重力和第二个天体造成的潮汐力相等。如果它们的距离少于洛希极限，天体就会倾向碎散，继而成为第二个天体的环。它以首个计算这个极限的人爱德华·洛希命名。最常应用的地方就是卫星和它所环绕的星体。有些天然和人工的卫星，尽管它们在它们所环绕的星体的洛希极限内，却不至成碎片，因为它们除了引力外，还有其他的力帮助。木卫十六和土卫十八是其中的例子，它们和所环绕的星体的距离少于流体洛希极限。它们仍未成为碎片是因为有弹性，加上它们并非完全流体。在这个情况，在卫星表面的物件有可能被潮汐力扯离卫星，要视乎物件在卫星表面哪部分——潮汐力在两个天体中心之间的直线最强。一些内部引力较弱的物体，例如彗星，可能在经过洛希极限内时化成碎片。苏梅克－列维9号彗星就是好例子。它在1992年经过木星时分成碎片，1994年落在木星上。现时所知的行星环都在洛希极限之内。能把星体压碎和引发星体地震，那种力量大？月震：把潮汐力看作是弱力是一种错觉，事实上，它是伴随两星体之间的距离而变化。在月球上，由于地球质量是月球质量的80倍，所以月球上的引潮力比地球上的引潮力大得多。科学家们通过长期的研究认为，太阳和地球的起潮力是引发月震的主要原因，此外，太阳系内的小天体（如陨石、彗星碎块）撞击月球时，也可以诱发较大的月震，比如1972年7月17日21时50分50秒，在月球背面靠近莫斯科海附近，一块重约1吨的巨大陨石撞击月球，产生了一次3.5级～4级的月震。另有一类来历还不明的月震，在几天内每隔几小时反复发生。根据美国航空航天局，有至少四种不同的月震: 深层月震（在表面之下约700 公里，由于地球和太阳的潮汐重力而产生）陨石冲击振动热量月震（当阳光返回在第二个月球星期的夜晚以后，寒冷的月球外壳向外扩展）浅层月震（在表面之下20至30 公里）头三种月震通常是提到倾向是温和的。但是，浅层月震可能具5.5级里氏地震规模。在1972年和1977年之间，科学家观察到二十八个浅层月震。在地球上，4.5级的地震已可能对大厦和其它坚硬的结构造成损伤。地震：地震（earthquake）又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。全球每年发生地震约五百五十万次。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。根据地震的成因，地震可分为构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震和人工地震。构造地震是人们通常所说的地震，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起房摇地动，这种地震占世界地震总数的85%致90%左右；火山地震是由于火山爆发引起的地震，这种地震占世界地震总数的7%左右；塌陷地震是因地下岩洞塌陷、大型山崩或矿井顶部塌陷而引起的地震，它占世界地震总数的3%左右；诱发地震是由于人类活动如水库蓄水、矿山采矿、油田抽油注水等引发的地震；人工地震是指核爆炸、工程爆破、机械震动等人类活动引起的地面震动。潮汐的存在使天体之间的相对速度减小，对彼此的自转起刹车作用。比如，月球和地球之间的潮汐使月球的自转周期等于它的公转周期，称之为潮汐锁定。潮汐使天体被拉长，如果是黑洞等质量巨大的天体引起的潮汐，一旦潮汐力超过分子间作用力，会把周围的物体撕得粉碎。虽然潮汐对固体形变的影响不大，但是潮汐往往成为地球上地震（星震）的诱因之一潮汐可以使大气、海水、固体地壳有480、0.6、0.2米的起伏，是地球各圈层形变的主要动力。全球每年发生地震约五百五十万次，每天1.5万次，潮汐形变引发的地震是绝大部分，对于众多板块构成的地表而言，潮汐形变周期地改变地球的形状和扁率，是板块间摩擦、断裂、压缩、扩张的重要原因，这些应力和应变的长期积累对构造地震有重大影响。在古老的地质时期，月地距离曾经很近，地球潮汐幅度高达12米，是目前的20倍，当时的潮汐力对地表形状的改变更大，对地震的影响也更大，与月震规模类似。参考文献 1. 海底扩张的潮汐模式. 大地测量与地球动力学. 2003, 23(2): 77-80 2. 地球潮汐形变的数值评价. 地壳形变与地震. 1997,17(2):53-58. http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-679402.html 潮汐是小地震的动力和大震的激发因素已有 2505 次阅读 2012-7-6 04:15 潮汐是小地震的动力和大震的激发因素杨学祥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。潮汐是月球地震的动力。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): 1813 ～ 1818 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。 2011 ， 54 （ 4 ）： 926-934. http://www.geophy.cn/CN/volumn/home.shtml 全球每年地震 150 万次年均 5 级以上约 1800 次 http://www.sina.com.cn 2012 年 06 月 27 日 15:23 http://news.sina.com.cn/c/t/20120627/152316.shtml http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-589289.html; 个人分类: 学术争论|6223 次阅读|0 个评论

地震形成的潮汐模式及其预测方法: 杨学祥 2018-6-1 15:48; 地震形成的潮汐模式及其预测方法杨学祥，杨冬红（吉林大学）摘要：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，低纬度全扩张，高纬度圈；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。关键词：地球自转速度变化；地球形变；地震周期规律；可间断周期 1. 数据的相同是巧合吗？胡辉和杜品仁分别指出地震存在 18.6 年周期。杨冬红和杨学祥指出，全球 8 级以上地震存在 9 年和 18.6 年周期。图 1 1895-1977 年 8 级以上地震的 9 年和 19 年周期图 1 是根据公元 1896 年至公元 1980 年全球 8 级以上地震目录编绘的。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。 1890-1924 年和 1947-1976 年的拉马德雷冷位相对应 8 级以上地震频发期， 1925-1946 年的拉马德雷暖位相对应 8 级以上地震的减少时期。应该说明的是， 1960 年 5 月 22 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。 20 世纪共有 4 次 9 级以上特大地震都发生在一个很短的时期内： 1952 年 11 月 4 日堪察加发生 9 级地震， 1957 年 3 月 9 日阿拉斯加阿留申群岛发生 9.1 级地震， 1960 年 5 月 22 日智利发生 9.5 级地震， 1964 年 3 月 28 日阿拉斯加威廉王子海峡发生 9.2 级地震。因此，在 1952-1964 年和月亮赤纬角最小值时的 1959-1960 年地震活动也很强烈。解朝娣等人采用 1850 — 2012 年期间 USGS 全球 M ≥ 5.0 地震目录资料 , 构成全球地震能量 - 时间序列 , 进行小波变换和准周期分析 . 结果表明 , 全球地震能量释放的时间序列存在 9 年、 19 年和 45 年的 3 个准周期 , 其中 ,45 年准周期最为突出 . 结合起潮力周期的物理背景 , 对长周期潮汐起潮力与地震能量释放准周期的关系进行了探讨 , 没有发现全球地震活动的能量释放与潮汐短周期相关的准周期 . 图 2 （ a, b)1850-2012 年全球 5 级以上地震能量 - 时间序列小波变换图及其准周期分析图；（ c, d) 1850-2012 年全球 7 级以上地震能量 - 时间序列小波变换图及其准周期分析图全球地震的 9 年和 19 周期得到证实。这两个周期就是 18.6 年周期及其半周期。 45 年周期也是 9 年周期的倍周期。潮汐形变是短期地球自转速度变化的主要原因。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 59 和 60 年木星、土星、水星相似会合周期，振幅分别为 0.162 、 0.141 、 0.521 、 0.189 、 0.434 、 0.521 、 1.239 毫秒，显示地球自转与行星潮汐的对应关系。最新研究结果表明，地球的质量正在引起和维持了太阳上的微小 “ 潮汐 ” 涨落，影响太阳自转，这也为行星潮汐影响地球自转提供了证据。此种解释的矛盾是，与土星相比，木星质量大，距离地球近，产生的地球自转振幅却仅为土星的四分之一。如果加上潮汐的 11.137 、 18.6 、 19.96 、 22.3 、 29.94 、 59.88 年周期，就有很好的对应性和可比性。地球自转周期 18.6 、 29.783 、 59.555 年的振幅是最大的，月亮赤纬角在 18.6 年内由 18.6 度变为 28.6 度，完成一个周期循环。在月亮赤纬角为最大值 28.6 度时期，地球的平均扁率变小，地球自转加快；在月亮赤纬角为最小值 18.6 度时期，地球的平均扁率变大，地球自转变慢。潮汐的 11.137 、 18.6 、 19.96 、 22.3 、 29.94 、 59.88 年周期使潮汐影响地球自转的解释更加合理。表 1 地球自转变化的长周期 Table 1 The long circle of the change in earth’s rotation 自转周期（年）振幅（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； 178.4 潮汐周期 * 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； 59 和 60 ，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 倍 * 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（ 2.0533 、 2.2014 、 2.2087 ）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 ，木星相似会合周期 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 * 号者为作者计算得出。比较图 2 和表 1 ，我们可以明显看到相同的数字特征，相同的周期： 9 、 19 和 45 年。这难道是巧合吗？ 2. 潮汐形变导致的地球自转速变化和地壳胀缩机制计算结果表明，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，外层转速逐渐减小（见图3）。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。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。根据这一变化规律，在引潮力使地球扁率变大时，赤道上空的高速气流，产生与地球自转方向相反的由东向西运动，加大赤道东风带的风速，在外空间看来几乎静止不动；在引潮力使地球扁率变小时，大气赤道突起减小并向两极流动，在南北纬35度线以上的中高纬度地区，形成两极突起，旋转方向与地球自转方向相同，速度加快，加大中纬度地区的西风带风速。这一变化规律与星体大小以及形变规模无关。图 3 地球变扁南北纬 35 度线长度不变（杨冬红， 2009 ）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，低纬度全扩张，高纬度圈；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。天气变化主要与对流层气体运动有关。吸收太阳辐射热量所在空间的温度和高度控制了对流层的气体密度和气压。一般在空气受热强的地区，形成低密度的低压区；而在受热弱的地区，形成高密度的高压区。在近地面水平方向上，赤道地区为低压区，两极地区为高压区；在垂直方向上，靠近地面的热空气为低压区，高空冷空气为高压区。气压的不均匀性导致气体运动，形成大气环流。受这一规律控制，一般空气在地面从两极流向赤道，在高空则从赤道流向两极。实际的气流分布并不这样简单，除赤道和两极外，还出现了 30 o 、 35 o 和 60 o 三个特征纬度，表明太阳能量分布差异不是大气环流形成的唯一因素。上述计算表明，气流分布出现了 0 o 、 30 o 、 35 o 、 60 o 和 90 o 五个特征纬度，与潮汐形变引起的地球扁率变化以及相关纬度大气的自转速度变化相关。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 3. 地震预测的可间断周期概率计算地震的能量积累是通过潮汐模式的海底扩张。大震的形成需要长期的能量积累，所以在地震活跃期，地震的潮汐周期就非常明显，在地震的间歇期，地震就会发生中断，形成地震的可间断周期。通过对汶川地震预测的检验，我们得到如下规律（见表 1-4 ）。可间断周期的地震发生概率计算方法可参考博文：风险依旧存在：重新审视世界上最大的帕克菲尔德地震预测实验。 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1115963.html 部分计算结果可参考博文：帕克菲尔德地震预测实验继续：可间断周期发生概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116087.html 2008 年汶川地震预测争论：可间断周期概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116325.html 2008 年汶川地震预测争论： 11 年可间断周期概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116414.html 2008 年汶川地震预测争论： 9 年可间断周期概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116469.html 2008 年汶川地震预测争论： 12 年可间断周期概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116706.html 2008 年汶川地震预测争论： 22 年可间断周期概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116743.html 2008 年汶川地震预测争论： 20 年可间断周期概率的计算结果 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116767.html 计算结果见表 2-7 ：表 2 22 年周期的川滇地区大于等于 6.7 级地震发生概率（ 2000-2021 年）年份样本数概率年份样本数概率 2000 4 0.00 2011 4 0.75 2001 4 0.50 2012 4 0.00 2002 4 0.25 2013 4 0.25 2003 4 0.25 2014 4 0.50 2004 4 0.25 2015 4 0.25 2005 4 0.25 2016 4 0.25 2006 4 0.00 2017 4 0.50 2007 4 0.25 2018 4 0.75 2008 4 0.25 2019 4 0.00 2009 4 0.00 2020 4 0.25 2010 4 0.25 2021 4 0.50 表 3 19 年周期的川滇地区大于等于 6.7 级地震发生概率（ 2000-2032 年）年份样本数概率年份样本数概率年份样本数概率 2000 4 0.25 2011 5 0.20 2022 5 0.00 2001 4 0.25 2012 5 0.80 2023 5 0.00 2002 4 0.00 2013 5 0.00 2024 5 0.40 2003 4 0.00 2014 5 0.40 2025 5 0.00 2004 4 0.00 2015 5 0.20 2026 5 0.40 2005 4 0.50 2016 5 0.00 2027 5 0.60 2006 4 0.00 2017 5 0.60 2028 5 0.60 2007 4 0.25 2018 5 0.40 2029 5 0.00 2008 4 0.75 2019 5 0.20 2030 5 0.20 2009 4 0.50 2020 5 0.20 2031 5 0.60 2010 5 0.00 2021 5 0.00 2032 5 0.20 表 4 20 年周期的川滇地区大于等于 6.7 级地震发生概率（ 2000-2021 年）年份样本数概率年份样本数概率 2000 4 0.00 2011 4 0.25 2001 4 0.50 2012 4 0.25 2002 4 0.25 2013 4 0.50 2003 4 0.25 2014 4 0.25 2004 4 0.00 2015 4 0.50 2005 4 0.25 2016 4 0.75 2006 4 0.00 2017 4 0.00 2007 4 0.25 2018 4 0.00 2008 4 0.50 2019 4 0.25 2009 4 0.25 2020 4 0.25 2010 4 0.50 2021 4 0.50 表 5 12 年周期的川滇地区大于等于 6.7 级地震发生概率（ 2000-2021 年）年份样本数概率年份样本数概率 2000 7 0.43 2011 8 0.00 2001 7 0.43 2012 8 0.38 2002 7 0.14 2013 8 0.25 2003 7 0.43 2014 8 0.13 2004 7 0.00 2015 8 0.38 2005 7 0.30 2016 8 0.00 2006 7 0.14 2017 8 0.22 2007 7 0.43 2018 8 0.11 2008 7 0.57 2019 8 0.38 2009 8 0.38 2020 8 0.63 2010 8 0.25 2021 9 0.33 表 6 11 年周期的川滇地区大于等于 6.7 级地震发生概率（ 2000-2021 年）年份样本数概率年份样本数概率 2000 7 0.43 2011 8 0.38 2001 8 0.38 2012 9 0.33 2002 8 0.25 2013 9 0.22 2003 8 0.38 2014 9 0.33 2004 8 0.25 2015 9 0.22 2005 8 0.25 2016 9 0.22 2006 8 0.25 2017 9 0.22 2007 8 0.50 2018 9 0.44 2008 8 0.13 2019 9 0.22 2009 8 0.13 2020 9 0.11 2010 8 0.38 2021 9 0.33 表 7 9 年周期的川滇地区大于等于 6.7 级地震发生概率（ 2000-2021 年）年份样本数概率年份样本数概率 2000 9 0.22 2011 10 0.10 2001 9 0.11 2012 11 0.27 2002 9 0.11 2013 11 0.36 2003 10 0.30 2014 11 0.36 2004 10 0.40 2015 11 0.45 2005 10 0.40 2016 11 0.27 2006 10 0.50 2017 11 0.27 2007 10 0.30 2018 11 0.18 2008 10 0.20 2019 11 0.09 2009 10 0.20 2020 11 0.09 2010 10 0.10 2021 12 0.25 综合全部计算结果，我们可以明显看到相同的数字特征，再根据其他实测数据，就可以得到科学的判断。参考文献解朝娣，吴小平，雷兴林，冒蔚，孙楠。长周期潮汐与全球地震能量释放。地球物理学报。 2013 ， 56 （ 10 ）： 3425-3433. 刘国华，王一博，高泽永，文晶。 1957-2012 年青藏高原五道梁盆地气候变化趋势分析。兰州大学学报 ( 自然科学版 ) 。 2014 50 （ 3 ）： 410-416. 郭增建，郭安宁，周可兴。地球物理灾害链。西安地图出版社， 2007 ： 111 ～ 114 ， 146 ～ 158 。杜品仁。 18.6a 地震轮回及其成因初探。地球物理学报， 1994 ， 37 （ 3 ）： 36 ～ 369 。胡辉，赵洪声，和宏伟。日月影响与云南未来地震趋势研究。云南天文台台刊。 2003 ，（ 4 ）： 49-55 蓝永超，丁永建，康尔泗，等。黄河上游径流长期变化及趋势预测模型。冰川冻土。 2003 ， 25 （ 3 ）： 321-326 。郭增建 , 秦保燕 , 郭安宁 . 地气耦合与天灾预测 . 北京 : 地震出版社 ,1996. 165-188, 116 － 117, 135 － 138, 198. 杨冬红 , 杨学祥 . 澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关 . 地球物理学进展 , 2007,22(5): 1680-1685. 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， 2011 ， 54 （ 4 ）： 926-934 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 , 2008,23(6): 1813~1818 杨学祥 , 韩延本 , 陈震等 . 强潮汐激发地震火山活动的新证据 . 地球物理学报 , 2004,47(4): 616~621 杨冬红 , 杨学祥 . 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性 . 地球物理学进展 , 2014,29(2): 610-615. http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-930149.html 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. 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