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壳、幔弦动论(7)

王金甲 (wangjinjiag@sohu.com) 上传2007.01 浏览430


在研究日月引力对地震影响的研究中,潮汐现象很快进入了人们的视野。海水每日的涨潮和退潮,每月的大潮和小潮,其活动规律完全由月球的天体位置来控制,而初一、十五必有大潮。我国东汉时期早有记载:涛之起也,随月盛衰,大小满损不齐同。

提到潮起潮落,我们很自然地就会想到海水的涨潮、落潮。确实,在我们生活的这个70%以上的面积都覆盖着海水的地球上,海水的潮动是非常直观而且明显的,但实际上,不光是海水,就连我们生活的固体地壳,也在时刻不停地潮汐波动着。

月球对地球的引力不仅引起了海洋潮汐。其实,固体地壳也同样发生“潮汐”(称“固体潮”)。用精密仪器检测可以发现,在月球的引力作用下,固体地壳也会有0.5-0.6米左右的潮汐振幅。虽然地震是地球内部活动的反应,但当它蓄势待发而未发时,夜间月球引力所产生的固体潮便起到了一触即发的作用。地震不仅多发于夜间,还常发生在农历初一、十五前后月相为朔望的时刻。这也是因为这时月球对地球的引力潮汐会达到较大值的缘故。来自月球引力的固体潮,便起到了导火线一样的作用,使积蓄已久的地震潜在的能量,在很短的时间里迸发出来。

固体潮确实是我们所不容易察觉的一种地球运动,但它对人类的影响却是非常大的,准确地认识固体潮,对地球科学的研究乃至国计民生都有非常重要的意义。固体潮现象直到19世纪才被人所知,人们由此确定地球是一个弹性体。随着现代科技的发展,人们发现固体潮实际上影响着与地球相关的学科的方方面面,比如卫星发射、地震预报等等。

早期,人们曾怀疑过海潮的涨退诱发了地震,但这种观点很快被否定。钱塘江口和南美亚马逊河口并为世界最著名的观潮点,而劳地湾(美国)15米的潮高与阿丰河口(英国)12米的潮高均为世界之最,但这个地方都不是地震活动区。而喜马拉雅山等等强烈地震活动区都远离大海,均与海潮的涨落和渗流无缘,那么,固体的地壳、地幔在日月的引力下会有类似海潮的运动与变形吗?

1970年佘山地震基准台在原有地震、地磁观测的基础上增加了地形变观测,仪器有水管倾斜仪和水平摆倾斜仪。1976年地形变观测从山顶迁至山脚下,全部仪器均安装在安山岩质山洞中,并增设了GS-15型重力仪,进行地球重力固体潮观测,由于洞体顶层覆盖较厚,洞室年温差可保持在±0.1℃以内,相对湿度一般小于90%。1983年因遭雷击重力仪停止观测。现投入工作的仪器有石英水平摆倾斜仪(SQ-70c) ,地球倾斜固体潮汐记录清晰,记录幅度达70毫米。   

当您了解“壳、幔弦动”后,或许您会恍然大悟:我们脚下貌似坚实的大地,竟然和海洋一样,随着日、月引力的变化而潮涨潮落,只不过固体潮的涌动不像大海潮汐那样明显,以至于人们很难觉察到它的存在,地壳和地幔的弦动比起海洋运动更加复杂。在地震史上,地球的南、北极地区还从未发生过任何级别的地震,这一奇异的地质现象一直是地质学界的一个未解之谜。实际南、北极地区的地震极少就是因为南、北极地的固体潮汐幅度小甚至是零。

地震虽然是地球内部运动的反映,但有时当它蓄势待发而未发时,月球引力所产生的固体潮便起了一触即发的作用。使积蓄已久的地震能量一下子迸发出来。地震不仅多发生在夜间,而且还常发生在农历初一、十五月相为朔望的前后,月球的引力潮汐会达到较大值的缘故。如1995年日本神户地震正是农历十七,1993年9月30日正是农历八月十五中秋佳节时发生,1976年7月28日唐山地震,则是农历七月初二。1990年2月10日凌晨1点57分,太仓5.1级地震,正是发生在农历正月十五的元宵佳节。显然这些都不是偶然的,而是有其内在的必然联系的。

地震研究专家蔡亚先介绍说,他们研制开发出的数字地震仪能够同时观测到高频地震波、长周期地震波、地球自由振荡乃至固体潮汐。如由于受月球引力的影响,即固体潮汐的作用,地球表面的伸缩达0.6米,但由于是发生在24小时内,一般仪器和人类无法感受到,但这台数字地震仪就能够精确地进行记录。

潮汐作用有两个潮峰,面向月球的潮峰容易解释,是由于G变卵形体尖端向月球,即G最小,膨胀最大所致。但为什么还有一个对立的潮峰呢?这显然与地球自转有关,是自转轴保持平衡的结果。如果相对月球没有自转,就不会出现第二个潮峰。也因此两个潮峰不完全对称(见固体潮汐移动曲线图)。

固体潮汐随纬度的升高而振幅减小,极点为零。地壳表面线速度,随纬度的升高而降低,是造成南极大陆和北极的格陵兰岛内陆地区没有发生地震的主要原因。据多年观测统计,南极大陆和格陵兰岛的冰雪覆盖面分别达到90%和80%,且冰层厚度大。由于冰层的压力,其底部几乎处于"熔融"状态,同时由于冰层面积大且份量重,在垂直方向产生强烈的压缩,而这种冰层形成的巨大压力,与地层构造的挤压力达到了平衡。   

钱塘江口和南美亚马逊河口并为世界最著名的观潮点,而劳地湾(美国)15米的潮高与阿丰河口(英国)12米的潮高均为世界之最,但这些地方都不是地震活动区。而喜马拉雅山等等强烈地震活动区都远离大海,均与海潮的涨落和渗流无缘,但喜马拉雅山等等强烈地震活动区是处在固体潮汐移动曲线(见固体潮汐移动曲线图)大区域低纬度及板快结构的边缘,故而是强烈地震活动区。 (待续)

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作者:王金甲

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