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火山和地震的成因科學探索系列15

   地球平均半徑約6372公里,粗分為固態內核、液態外核、上下地幔、地殼幾個層次,地殼的質量只占全地球0.2%。地殼是地球表層平均厚度約17公里的巖石結構,大陸地殼平均厚度有33公里,海洋地殼平均厚度只有10公里。比起地球半徑6372公里來,地殼十分單薄,好比雞蛋的蛋殼,雖然很薄但它是一個整體。后來由于某種原因破裂成為七大板塊和七小板塊,板塊在地幔上極其緩慢地運動,板塊運動造成板塊間彼此碰撞擠壓摩擦錯動和斷裂,在板塊邊界的斷層地帶導致最多的地震。這是現在地震科學的主流學說對地震成因的大致解釋。

   傳統理論認為地震是由于“板塊之間碰撞、擠壓”產生的。網友徐萬民先生就曾經質疑“板塊碰撞、擠壓應該是一種大面積的接觸,而實際情況地震都有一個點狀的震中,地震時的能量積聚和釋放集中于一點,而非呈線性分布”,指出“巖漿致震”的事實。如果說板塊碰撞是合理的解釋,那么板塊中間的地震怎么解釋?如果說板塊邊界的地震比較多,那么使板塊碰撞的動力又是什么?顯然傳統的說法并不能自圓其說。早在2010年筆者提出一種新的見解,經過4年多的沉淀、驗證,印證了許多新出現的知識,特別是歐洲公布的地球重力場模型,現在思想更加成熟,內容更加豐滿。



    支撐地殼的是熔融的地幔物質。任何流體只要存在局部溫度壓力的不同都會產生對流。地幔是一種粘稠的熔融物質,地幔物質也存在對流。流向一致的地幔物質叫地幔柱。上升的地幔柱主導使地殼隆起,同時削弱了重力作用,重力等位面向外擴張;下沉的地幔柱主導使地殼沉降,同時加強了重力作用,重力等位面向內收縮。圖A是地球重力場緯向展開圖,分層設色用重力描述的這個世界,紅色的部分是隆起帶,深藍色的部分是沉降帶。

     上升的地幔柱抵達地殼以后變成橫向徑流,溫度是逐漸降低的,在另一個地方匯聚的橫向徑流又變成下沉地幔柱。地幔柱在上升的頂點剝蝕作用較大,在下沉的拐點析出作用較大。所以隆起帶地殼往往變薄,沉降帶地殼反而加厚。

  隆起帶地殼薄弱到極限,地幔物質沖出地殼,就形成了火山。隆起以及火山爆發的過程中,地殼的巖石層發生斷裂,伴隨火山性地震。隆起帶容易形成火山,活動的火山肯定處于隆起帶。全世界活動的火山幾乎都在圖A中紅色部分,少數例外是因為圖A本身色階和精度還不夠高。反觀那些暫時沉寂的火山,已經成為死火山還是蓄勢待發,圖A能給出比較準確的答案。

  相反,沉降帶的地殼是日漸變厚的。沉降帶的地殼下沉,地球引力場擾動大氣層,利于形成低壓大氣團,繼而影響氣候,筆者稱為“沉降效應”。我國有一個地震研究員耿慶國發現“大旱過后容易地震”,總結出《旱震關系研究》,有一定的道理。因為他發現了一個真實存在的高概率現象。總的來說,干旱少雨之后未必地震,大震(下沉帶地震)之前多數干旱少雨。

   通常的地殼都有一定的彈性,在地幔物質長期的或推或拉的作用下,突破彈性極限就會造成地震。由于隆起帶的地殼一般比較薄,隆起構造積蓄的應力也小得多,除活火山之外一般危害很小;沉降構造積蓄的應力大,而且越是堅固、厚實的地殼發生的地震,往往級別也越高。沖積平原的地震就很小也很少。

   天體的潮汐作用可以誘發地震,但是潮汐作用頻繁但不持久,地震的應力卻需要漫長的積累;地殼的彈性達到了極限,潮汐作用才有可能成為壓垮駱駝的最后一根稻草。實際上超級城市、大型水庫、油田注水等人為因素也能產生沉降效應并且誘發地震。沉降帶的地殼彈性越小或者越接近彈性極限,地球引力場擾動大氣層的沉降效應越明顯。

    對于大部分地震來說,地震過程就是地殼應力積累、釋放的過程,通常都屬于淺源地震。根據地震波分析,有時候地震的震源超過60公里,甚至達到幾百公里。就有人認為,地震是一種地下的“爆炸”,是因為地球內部的高溫、高壓產生的“核聚變”——令人奇怪的是,“核聚變”怎么不是在溫度更高、壓力更大的地核發生的?要知道即使地下幾百公里仍然還是地球表層;而且很多大地震震源深度不過10來公里,比如汶川大地震震源深度為14千米,1976年的唐山地震的震源深度僅8公里,大陸地殼平均厚度33公里,那么這些發生在地殼里的地震怎么解釋?不僅日、月潮汐力能誘發地震,高壩水庫蓄水、油井注水等人為因素也能誘發地震,這個又怎么解釋?地震前后氣候、地磁、重力等異常現象,爆炸之說根本解釋不了。

   其實所謂深源地震就是發生在地殼“下表面”的另類“滑坡”所引起的地幔“振蕩”,是脫落或者剝離巖石體打亂地幔循環以后激起的“漣漪”。所以盡管中源地震、深源地震波及的范圍更廣,產生的破壞力卻很小。事實證明,震源越淺,破壞越大,但波及范圍也越小。淺源地震的發震頻率高,占地震總數的72.5%,所釋放的地震能占總釋放能量的85%。其中,震源深度在30公里以內的占多數,是地震災害的主要制造者,對人類影響最大。

   地幔物質的對流緩慢而持久。在很長的時間維度上,地幔物質的作用遷移或者改變,造成地殼的起起伏伏就是造山運動。巖石不斷地生成又斷裂,也不斷地造成地震。對于地球來說,造山運動是一種常態,所以地震也是常態。只不過絕大部分的地震因為釋放的能量小,不為人們所察覺。造山運動是無法逆轉的,所以地震這種災害不能被排除,只能采取預防和減災措施。有人聲稱,在地震帶轉出直達地幔的孔洞就能排除地震,本人回復:汽油磁力!

    陸的強震絕大多數處于沉降帶的邊緣,大地震之后有個普遍的規律:局部地殼的應力得到釋放,地面下沉適應了地球引力場,可以極大地緩解拉尼娜氣候。汶川大地震之前川中連續3年大旱,地震之后氣候顯著改善。

  人們常常發現,強震之后短時間常常伴隨暴雨,這種現象也不難解釋。除了火山地震大部分地震其實就是一種大規模的塌陷作用,本質是因為重力勢能釋放。時到如今,科學家已經觀測到“大地震可以加快地球自轉”,可以證明筆者這個論點。由于地球的引力場作用,地震之后會形成高壓大氣團,以及獨特的“地震云”天象;因為這個高壓大氣團是瞬時形成的,周圍的空氣短時間來補充,就造成了強對流的暴雨天氣。用空氣的質量彌補巖石的質量,響應能不強烈?

  監測前震的地震云,是一種規避主震的有效手段。

      地球重力場模型的建立,為軍事國防、衛星精確定位、大地水準面測繪、重力探礦、氣候變化、地球物理學和地質學等諸多領域開辟了新的途徑,對于地震學同樣意義重大。

   如圖A,我國緊鄰“西太平洋隆起帶”,以青海省為中心的“中國沉降帶”又覆蓋近半國土。當前海平面上升、地下水下降、高溫、干旱和霧霾與重力場作用加強密切相關,我的文章《沉降效應及拉尼娜》、《霧霾預示干旱》、《地球重力場模型的意義》多有解釋,這里專門開的地震專題,所以不再贅述

   圖A中,毗鄰的部分標記顏色相差兩級以上,過渡顏色又細又窄甚至沒有過渡顏色,中間過渡的邊界線筆者稱為“重力陡變線”。歷史上的大地震多發生在重力陡變線上。日本、智利、海城、唐山都在紅綠之間的黃色分界線上,海地、玉樹、汶川都在藍、綠之間的青色分界線上……“地震跟地球重力場有直接的關系,“重力陡變線“通常恰恰是地殼應力最集中的地方。換句話說,這張圖能表示“以后”的地震帶!



   由于圖A采用衛星技術,取得的太空數據或許很有價值,但是不可否認,地球重力場是隨時變化的;對于地球表面而言,“遙感”的數據又丟失了很多細節。小范圍的強度變化并不能體現,三山五岳竟給抹平了。正是因為這個原因,面積很小的重力異常區,實際的強度可能比圖中反映的更高。而實際情況偏偏是模糊的細節最重要,強震常常就發生在最小的絲縷上。從圖A可以看到,希瑪拉雅山脈被兩個沉降帶相夾,理論上傾向沉降。最新的觀測證明,希瑪拉雅山脈確實在沉降,珠穆朗瑪峰的高度在40年中降低了3.7米。“專家”還在用“插入”、“俯沖”理論解釋汶川地震,實在很牽強。

   我國的地震帶呈現“011”形。圖A高緯度地區經過插值處理,很難找一張同樣處理的行政地圖,按經緯度勉為其難地能找到大致的方向。沿海的“1”字形地震帶縱貫東北地區中東部(黑龍江、吉林省)筆直穿過臺海,非常清晰。從圖A找地震帶,還應該結合地形、地質條件。吉林省就比黑龍江地震預警級別高;所有孤懸海外的島嶼,本身就是地殼活動劇烈的地方,預警級別需要提高至少一級,臺灣就是這種情況;“0”字形地震帶以新疆、青海邊界為中心,就象一個參差不齊的的花環,邊緣長滿了危險的棘刺。2008年四川汶川不幸被刺中,人員和財產損失巨大。西半部分,新疆的昆侖山西口、于田近年已經發生過大地震,所幸人口稀少損失不大。南半部分,橫貫西藏的重力陡變線上同樣人口稀少經濟落后問題不大。預警級別較高的是四川北部、甘肅省,其次是內蒙古西部、河西走廊;中間的“1”字形是一條帶狀的重力梯度過渡帶,包括京廣線延長到內蒙古,是夏季干旱、冬季霧霾的重災區,屬于弱幾個等級的地震帶。此外,云南、貴州境內有一條“n"形重力陡變線,屬于印度洋沉降帶邊緣。由于活動斷裂密集,地質極不穩定,除了地震多發,也是滑坡、泥石流等地質災害最多的地區。

    按照圖A的色階,黃色和淺藍色標記的較狹窄地帶,基本上就是新概念地震帶。新概念地震帶經過的地方,所處緯度越高,一般預警級別越低;如果依靠高大的山脈(比如喜馬拉雅山脈南麓、安第斯山脈兩側),或者穿過孤懸海外的島嶼(比如日本、臺灣及印度尼西亞群島),類似的越富于變化、起伏越大的地形預警級別越高;相反,經過的地方如果屬于沉積帶或者沖積平原,預警級別降低。筆者認為,人口密集、經濟發達的地區預警級別應該相應提高,同樣符合自然規律。

  傳統理論解釋內陸地震動輒離不開“斷裂",言下之意就是“因斷裂而地震”。其實所謂的應力恰恰是同一個板塊承擔的重力不均衡產生的,正因為斷裂越多、小地震越多,大地震就越少,破壞性很大的強震恰恰發生在被認為堅固的地帶。地震的破壞力分別跟地震的強度、震源深度有關;地震的強度最直接的因素就是蓄積的應力,又跟當地地質及固有斷裂的延伸拓展、交叉剪切有關。一次大地震釋放的能量甚至相當于幾百、幾千次小地震。不同的地質,釋放應力的臨界點不同。大地震的爆發幾率,還跟同一條地震帶上其他地方小地震的次數成比例。

  總之,地幔物質的活動規律才是地震的內因。傳統的地震帶已經說明地幔物質活動有序列特點,而地球重力場可以清晰地呈現出地震的這種序列。在漫長的時間維度上,地殼發生著起起伏伏的造山運動,隨著地球重力場改變,地震的序列也在不斷改變。以上所說的地震帶就是這個意義的地震序列,和傳統的地震帶實屬不同的概念。

  有的地方地震頻繁,有的地方幾百年難遇。地球人都知道,地震目前是不能預報的,只能給出一個預警級別,可也不一定準確。不客氣地說,傳統的“地震帶”更多的是從前地震的“記錄”,而本文旨在探討的是“以后”的地震帶。雖然兩者有部分交集,可是意義不同。

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