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地震活动能量锋带分析研究

作者: 辛宝恒

  摘 要:该文通过大气能量锋带与地震能量锋带的分析、类比,揭示出了地震活动可能的发生机制,并阐明地震预报须跟踪监测地热变化和地热释放,方能达到预报目地。
  关键词:能量锋带 地震活动 预报目地
  关键词:大气能量锋带 地震能量锋带 地热变化和释放 地震成因 地震预报
  中图分类号:P315.5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)03(c)-00-03
  该文对地震活动能源供给,地震能量锋带的形成,重视非均匀加热场作用的研究等问题,予以了阐述和讨论。
  大气环流以及天气动力学理论的建立和完善,只是近几十年来的事情。依据此理论所创建的一整套天气图预报技术,早已被证实为行之有效的天气预报工具,并显示出具有强大的生命力。随着卫星云图和雷达等探测技术的发展,再配合所绘制的对流层以下各个高度上的等压面图和地面天气形势图。全球的大气环流,高空的槽、脊分布形态,可十分清晰地呈现在人们
  面前。
  板块构造学说(亦称全球构造学说),该学说是法国地质学家勒皮雄1968年提出的。板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上,又根据大量的海洋地质、地球物理、海底地貌等资料,综合分析而得出的。因而,有人把大陆漂移学说、海底扩张学说和板块构造学说称之为全球大地构造理论发展的三部曲。板块构造学说是近代最盛行的全球构造理论,是当代地学的最重要的理论成就,并被认为是地球科学的一次革命。特别是它以整个地球岩石圈的活动方式为依据,建立起了世界范围的构造模式,这是其他以大陆范围地质现象为依据建立的大地构造学说无法比拟的。特别是,该学说很好的解释了火山、地震多发生在活动断层内及其分布规律。
  众所周知,当今国内外地震预报难关还没有突破,基本上还处于被动防御的地步。尽管如此,笔者认为,国内外地学家们孜孜不倦地探索研究,所积累起的宝贵的经验和所创建的地球构造理论及板块运动学说,为打开地震预报大门提供了坚实的理论和技术支撑。
  1 天气预报与大气能量锋带
  由于太阳辐射会使得赤道低纬度地区的空气不断加热升腾,极地高纬度地区的空气不断冷却堆积。就北半球而言,这样就会形成南北越来越大的温差。然而,这样的局面不可能一直持续下去,必然会出现冷暖空气的相互运动,以达到维持一种新的南北热量平衡机制。地球上的空气运动,在地转偏向力作用下维持着当前的大气环流运行状态。冷、暖气团相互运动的普遍形式,也就是干冷气团斜插在暖湿气团的下部,并不断驱赶抬升暖湿气团向前移行,迫使暖湿空气在冷空气垫上爬升,因而产会生天气变化。冷、暖气团对比越明显,所造成的天气变化越剧烈。
  1.1 短期天气预报的工作程序
  短期天气预报的的工作程序,就是每日重复绘制实时的若干天气图表,在图表上找出上游地区的高空槽线和地面冷锋所处位置,综合分析判断出槽线、冷锋向东移行的速度,就可大致估计出天气系统影响本地区的时间。再根据卫星、雷达等探测到的实时天气实况资料,就可对外发布天气预报了。天气预报实践表明,这种半经验性外推的预报方法,其准确率是高于任何形式的数值预报和统计预报的。
  1.2 大气能量锋带的跟踪、监测
  由于高空槽线和地面冷锋正处于斜插的冷、暖气团的交界面上,沿交界面狭窄的过渡带内存在着较大的温度差异,或者说具有较大的温度梯度。在气象学上,把冷、暖气团交界面内存在的较大的温度梯度带,称之谓“大气能量锋带”,温度梯度越大,其大气能量锋带越强,所造成的天气变化越剧烈。大气能量锋带正是天气变化的触发机制和制造者。本质上,天气预报技术就是运用一切可能的手段跟踪、监测大气能量锋带踪迹的。由于牢牢抓住了大气能量锋带这个根本,天气预报获得成功是在预料之中的,特别是对较大范围趋势预报,其把握性更大。当然,由于天气变化过程的复杂性和多样性,特别是在影响系统的周边地带,空报、漏报还时有发生。以上的天气预报模型已被广大天气工作者所认可,并长时间被天气预报实践证实为行之有效的天气预报工具。
  2 地震预报与地震能量锋带
  已知天气变化和地震活动都是地球上经常发生的一种自然现象。由于天气变化发生在地表以上,地震活动孕育发生在地表以下。显然,其能源供给是各异的。大气环流及其伴随的一切天气变化,在地转偏向力的作用下,都是太阳对地球辐射加热分布不均造成的。而太阳辐射加热只影响到地表浅层15 m深处,不大可能是地震活动和火山爆发的直接能源。
  2.1 地震活动的能源供给
  在自然界中,已知分布于地球内部物质中的放射性元素衰变产生的能量,对地热的产生是存在的客观事实。而根据钻探可知,除地表浅层外,地心引力(重力)随地表以下深度的增加而温度增高,每向下钻探1公里的深度,温度大约增高约30 ℃,可以推测,直到深度为40 km处,而温度增高1200 ℃。该温度正是岩石熔化的临界温度,促使地球内部地幔物质的形成。除地表浅层以外,地壳随深度增加温度增高的原因,应是地心引力和放射能共同作用的结果。地心引力随深度导致的压力(重力)增加,促使岩石分子的排列更加密实,从而导致温度的增高。直到温度达到1200 ℃时,岩石分子排列的晶格结构遭到破坏,岩石分子之间晶格结合能被释放出来,而岩石变成半流体岩浆形态。本质上,地热是由地心引力(重力)能和放射能转化而来的。该推论,与应用地震波探测地球内部结构的结果,是相吻合的。
  根据地震波探测地球内部结构表明,地球分为地壳、地幔和地核三部分组成。大陆地壳厚度为40 km是固体形态,地壳底部与地幔相接面称为莫霍面,地幔为半流体岩浆形态。莫霍面以下的温度随深度仍然越来越高,必然导致地幔物质缓慢的翻腾对流。同时,太阳系大环境的任何可能变异,都会导致地球自转角速度的非均匀变化,而产生震荡。
  原则上,地心引力(重力)导致的地下热能是取之不尽和用之不完的。因而,地球上的火山和地震活动一刻也没有停止的迹象。通过这种火山和地震活动的地热释放机制,维持着地球自身现有的稳定的结构形态。   2.2 地震发生与地震能量锋带形成
  漂浮在地幔物质层以上的地壳各个板块,受地幔物质热力对流和震荡的冲击,各板块之间必然呈现出相互拉伸、挤压和错动等复杂的运动形态。在某一区域,当两个板块之间相互挤压、错动达到一定的猛烈程度时,沿交界面之间,必然会同时产生出大量的热量(地热),挤压力越大,所产生的热量就越多,甚至使得岩石介质达到熔融的地步。显然,此处的地热是由板块运动的机械能转换而来,本质上仍是由地心引力能和放射能提供的。地壳板块之间,所呈现出的炽热的交界面,在狭窄的过渡带内与两旁的地壳板块温度相比较,呈现出了巨大的温度差异或者说巨大的温度梯度。地壳板块交界面间的巨大温差与冷、暖气团交界面处的大气能量锋带有着惊人的相似之处。在此,我们称之为“地震能量
  锋带”。
  众所周知,大气能量锋带是剧烈天气变化的触发机制和制造者,天气预报技术的实质,就是跟踪、监测大气能量带踪迹的。不禁要问,地震预报是否也要跟踪、监测地震能量锋带呢?答案是肯定的。根据物质热胀冷缩的原理,处于炽热状态交界面处岩石介质与两旁地壳板块之间巨大的水平温差,必然导致地壳岩石介质膨胀系数的巨大差异。因而,会产生出不可抗拒的爆破力。沿交界面水平膨胀系数对比最大处,就有可能触发火山、地震的发生。该膨胀系数对比最大处,也正是震源所在的地方。处于沿交界面不同部位的其他膨胀系数对比较大处,也为后来的余震发生埋下了不稳定因素。
  在此,应着重指出,只谈地壳板块沿交界面的挤压、错动,而不谈有热量的参与是不可想象的,火山爆发的喷射力、地震活动的破坏力决不会有那么大,这很可能是地震预报难关迟迟不能突破的症结所在,也不符合能量转换定律。因此,地震能量锋带也必然是地震活动的触发机制和制
  造者。
  2.3 重视非均匀加热场作用的研究
  总之,在水平方向上,太阳辐射对赤道低纬度和极地高纬度区域之间的非均匀加热,是造成大气环流运动和天气变化的原始驱动力。在地壳内部的垂直方向上,地心引力(重力)随地下深度增加而温度增高的非均匀加热,是造成火山、地震活动的的原始驱动力。地球上一切自然现象的发生、发展,都和非均匀加热场密不可分,重视非均匀加热场作用的研究是很有科学意义的一项研究课题。
  还应特别指出,我们只能借助天气变化的大气能量锋带来类推地震锋带的存在,这是笔者多年来跟自然打交道知识和经验的累积而导出的。众所周知,在当今还无法直接获取有关地震能量锋带信息的观测证据下,应当客观地看待这一不可逾越的问题,不一定非得要马上拿出证据不可。实际上,由于一切自然事物变化规律的共性所在,借助经典的万有引力定律、能量转换定律等推导的一些结论是无可非议的,也是很合乎逻辑推理的。何况每次重大科学事实的发现,都是首先经过这种设想和推理这个步骤的。
  3 如何跟踪,监测地震能量锋带
  地震能量锋带如何才能跟踪、监测到?这需要我们改变一下传统的思维模式和探测手段。由于地震能量锋带是由地壳板块运动,在交接面内产生的大量热量形成的,这就为在发震前孕震过程中有部分热量沿既存断裂和新裂隙上窜,逃逸到地表浅层或地表以外提供了天然通道。
  3.1 地震前有关地热释放的一些研究
  1976年7月28日唐山7.8级大地震发生后不久,笔者受命亲赴唐山震区考察发震前后有无气象异常的使命,仅就当时的气象台站观测记录,就发现震前4 d唐山、昌黎两个测站80 cm深地温日变化,分别突升1.1 ℃和1.2 ℃的事实[1-2]。这决非偶然。因为,通常情况下多在0.4 ℃以内上下摆动。为了避免外界因素的干扰,当时40 cm、20 cm和地表地温记录都没有被采用。临震前,沿西南―东北的构造断裂方向,唐山到昌黎的“地热显示区”已赫然呈现在人们面前。唐山地震已过去36年了,留给世人的惨痛教训和珍贵的资料信息是无价的。不只是唐山地震前有地温突升现象,国内外有许多震例临震前都有地温、水温突升记录[3]。
  3.2 组建地温观测网与卫星热红外遥感相融合的地热监测系统
  2008年汶川8.0级大地震后,笔者一再积极倡导,组建地温观测网与卫星热红外遥感相融合的天地一体化地热监测系统[4-10]。并着重指出,从我国的国情出发,无需太大的投资,而是充分利用现有气象部门2800个测站,地震部门1400个测站,必要时成千上万个自动气象站和无数个地震群策点,统一部署组建80 cm深以下地温观测网,并纳入到地震监测网。可以预料,我国当前现有的的监测地震活动的能力和水平,必将会得到大幅度提升。
  还指出,地热是地震活动能量的主要来源。突破地震预报,特别是临震预报的着眼点应当回到对地热变化、地热释放的研究和探测这个主题上。同时,要设法避开或摆脱外界天气变化等干扰因素的影响,因为地震活动和天气变化不是来自同一个能源。抓住地热变化、地热释放这个主题再配合地电、地磁异常变化以及动物的异常反应等手段,这一切也都显得十分必要。因为,无论哪一次地震也无论哪里的地震,这些都是临震前必然发生的自然现象,这是由孕震、发震的物理过程和本质所决定的。
  总之,牢牢抓住地热变化、地热释放这个主题,地震成因、地震预报似乎已变得十分清晰、明朗,也很符合物理法则。很可能如同天气预报牢牢抓住了大气能量锋带的踪迹一样,为今后临震预报开辟出一条崭新的途径。
  4 结语
  天气预报之所以能获得成功,是因为牢牢抓住了大气能量锋带,而大气能量锋带正是天气变化的制造者。因此,地震预报也必然通过跟踪、监测地震能量锋带,方能达到目的。由该文可以归结出,天气变化和地震活动发生的简单模式。太阳的非均匀加热,导致大气环流和冷、暖气团的运动,冷、暖气团交界面内的大气能量锋带,导致一系列天气现象的发生。而地幔热力对流,导致地壳板块的运动,板块交界面内形成的地震能量锋带,导致地震等一系列构造活动发生。
  参考文献
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  [9] 辛宝恒.重视非均匀加热场作用的研究[J].天津枫叶,2011(4);44-45.
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