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文献荟萃：潮汐、日食和地震的关系
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日全食引地震？台“气象局”驳：没科学依据
2009-07-18 08:37:46 华夏经纬网
华夏经纬网7月18日讯：据台湾媒体报道，下个星期三将有本世纪历时最长的日全食天文奇景出现、许多天文学家都在引颈期盼，不过现在网络上却有人在谣传，说日全食的引力会造成地震，这就是为什么最近台湾很多地震的原因。不过这样的说法让天文站的专家听得啼笑皆非，认为地震就是正常能量的释放，跟日全食一点关系都没有。
据报道， 7月16日凌晨，芮氏规模6.3的地震，让好多人吓得睡不着，接着几天大大小小的余震，更让人心惊胆跳，网络上有人煞有其事地散发文章，表示之所以最近有这么多地震，是因为即将要发生本世纪历时最久的日全食，日全食的引力真的会引发地震吗？专家听了觉得很无奈。
“气象局”天文站主任郑俊岳：“真的是要去去做关联的话，不知道从哪边，应该玄学上面可以做关联吧，但是这个跟我们的科学是完全，我们科学人是完全不会去做这方面的关联。”
http://www.huaxia.com/xw/twxw/2009/07/1501948.html
起因又有新说法 猛烈的潮汐可能引发地震
www.XINHUANET.com 2004年10月26日 08:36:03 来源：科技日报
美国加州大学洛杉矶分校的科学家，21日在《科学》杂志网络版上发表文章指出：地球上的潮汐可能会引发地震。该文章将刊登在11月出版的《科学》杂志上。
在月亮以及太阳的引力作用下，海水不断地潮起潮落，地球断面层上受到的压力也因此每天有大约两次的起伏。该文章的作者伊丽莎白?哥奇兰说：“猛烈的潮汐在地震的引发过程中发挥了很大的作用，地震发生的时间会因潮汐造成的压力波动而提前或推迟。”
科学家已经就潮汐对地震的影响猜测了很长的时间，但到目前为止还没有人论证过它对全球范围的影响效果，以前只发现在海底或火山附近，地震与潮汐才呈现出比较清楚的联系。该文章另一位作者，加州大学洛杉矶分校地球与空间科学系教授约翰?维大说：“地震起因还是一个迷，而这一理论可以说是其中的一种解释。我们发现海平面高度在数米范围内的改变所产生的力量会显著地影响地震发生的几率，这为我们向彻底了解地震的起因迈出了坚实的一步。”
哥奇兰等人首次将潮的相位和潮的大小合并计算，使用的计算方法比3年前所能做到的精确了很多。哥奇兰对地震和潮汐压力数据进行了统计学分析，采用的计算方法来自于日本地球科学与防灾研究所的地震学家田中，全球地震数据来自于哈佛大学的地震学家。他们分析了1977－2000年间全球2000多个5.5级以上的地震。
他们重点研究了发生在消减带的地震，在这里，构造板块互相挤压，断面层的位置也更容易判断。哥奇兰和维大发现地震的发生与断面层潮汐压力处于高度密切相关，而这种相关性偶然发生的几率不到万分之一。他们发现猛烈的潮汐在浅断面层施加了足够的压力从而会引发地震。当潮很大，达到大约2－3米时，3/4的地震都会发生，而潮汐越小，发生的地震也越少。
他们同时发现，发生在美国阿拉斯加、日本、新西兰以及南美洲西部的海岸附近的地震都显示出了与潮汐的相互关系。不过，维大也承认，在美国加利福尼亚以及世界上大多数地方，地震与潮汐的联系却相当的小，在加利福尼亚，潮汐对地震的影响最多只有1％或2％。他认为这是因为所研究的断面层距岸边有数英里，而且潮也不是特别大的缘故。（张亮）
（责任编辑:刘媛）
http://news.xinhuanet.com/st/2004-10/26/content_2138709.htm
潮汐激发地震的最新研究
作 者：杨学祥，杨冬红 上传日期：2004-10-30
摘 要：最近中国新闻媒体纷纷报道强潮汐引发地震的新观点，并称之为国外首创。国内主流科学三缄其口，使最新科技评论成为一片空白。事实上，我们在2003年就建立了潮汐引发地震的全球数学模型，并给出大量证据。强潮汐和厄尔尼诺使东西太平洋海面高度分别升降40-60cm, 水均衡作用使洋壳反向升降13-20cm. 由此形成的东西太平洋地壳跷跷板运动是潮汐、厄尔尼诺现象与地震火山活动一一对应的原因.
关键词：厄尔尼诺,水均衡作用,跷跷板原理, 潮汐，地震, 火山.
1．问题的提出
1994年，李宪之提出了一个令人深思的问题：为什么1991年大地震时间特别集中并且发生在火山爆发期？
日本云仙岳火山和菲律宾皮纳图博火山以及塔阿尔火山，同在一个断层构造带上。当岩浆向上冲击时，容易同时爆发。云仙岳火山在1991年5月24日、6月3日和6月8日三次爆发；塔阿尔火山自1991年3月12日起频繁颤动，于4月2日一天中震动了27次。接着，皮纳图博火山在4月4日爆发，6月9日、6月15日和6月26日又有三次爆发。在4月5日至6月20日两个半月内亚太地区发生了5次大于7级的大地震：4月5日秘鲁东北部马丁省（59oS，77.1oW），震级7.3；4月22日哥斯达黎加-巴拿马发生了7.5级大地震；4月29日格鲁吉亚首府第比里斯发生了7.1级大地震；5月30日阿留申群岛（54.6oN，161.7oE）发生了7.2级大地震；6月20日印尼发生了7.2级大地震，震中在苏拉维西
海里（1.2oN，123.1oE）。大地震较多、地点分散、时间集中，是显著特点。这样特殊的现象，按一般地震理论是难以解释的[1]。
1991年5月16日发生了厄尔尼诺事件[2]，它是1991年春夏两季自然灾害的主要原因。而李宪之给出的天体影响、岩浆运行、火山喷发和半球间宏观天气系统与厄尔尼诺密切相关。
2．厄尔尼诺事件中太平洋水均衡运动与跷跷板现象
厄尔尼诺/拉尼娜并非是孤立的海洋现象，它们是热带海洋和大气相互作用的产物。正常情况下，赤道太平洋海面盛行偏东风(称为信风)，大洋东侧表层暖的海水被输送到西太平洋，西太平洋水位不断上升，热量也不断积聚，使得西太平洋海平面通常比东部偏高40cm，年平均海温西部约为29oC，而东部沿岸仅24oC，东西两侧海温差异在3~6oC之间。但是，当某种原因引起信风减弱时，维持东低西高的支柱被破坏，西太平洋暖的海水迅速向东蔓延，原先覆盖在热带西太平洋海域的暖水层变薄，海温在太平洋西侧下降，东侧上升。东太平洋的气压也随之下降，赤道信风被进一步削弱，更有利于海温上升，这就形成一种正反馈机制，促使暖水发展和厄尔尼诺形成[3]。
赤道太平洋海表水温变化与全球大气环流尤其是热带大气环流是紧密相关的。其中最直接的联系就是日界线东侧的东南太平洋与其西侧的西太平洋到印度洋海平面气压之间的反相关关系，即南方涛动现象。在厄尔尼诺期间，东南太平洋高压明显减弱，印度尼西亚和澳大利亚的气压升高。拉尼娜期间的情况大致相反。鉴于厄尔尼诺/拉尼娜与南方涛动之间的密切关系，气象上把两者合称为ENSO（音“恩索”）。有人称南方涛动为南太平洋高压和印度洋-澳大利亚低压之间的“跷跷板”现象[4]。
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3-6oC，高差为40cm[3]、。当厄尔尼诺到来时，情况发生逆转。由于地壳均衡原理[5, 6-8]，有
hρ1 = Hρ2 （1）
其中, h为洋壳上升高度,ρ1为洋壳密度，H为海面下降高度，ρ2为海水密度。有上式可算的，东西太平洋地壳在厄尔尼诺前后将分别升降13cm，引发地震活动和火山活动。有人把由海平面变化引起的大洋地壳升降运动称为水均衡作用[5],这种运动的实质是陆海地壳在地下流体中的相对运动和内核在液核中的相对运动[6-8]。厄尔尼诺引发的地壳均衡运动不仅具有陆海地壳相对运动的特点，而且具有东西太平洋地壳反向升降的特点。我们称之为太平洋地壳“跷跷板运动”，与南方涛动的跷跷板现象一一对应。它是环太平洋地震带非常典型的构造运动形式，是地下流体周期地在西太平洋和亚洲大陆地壳下、东太平洋和美洲大陆地壳下、以及东西太平洋之间的地壳下往返流动的动力。
太平洋地壳“跷跷板运动”的特点是，厄尔尼诺现象发生时间较短，短的仅半年，最长的不超过一年半，而厄尔尼诺周期比较长，一般为2 - 7年。因此，信风使暖水集聚在赤道西太平洋，使赤道西太平洋海面增高40cm，在厄尔尼诺发生时突然逆转形成重力位能转移，短期内释放大量能量，这是厄尔尼诺与地震火山对应的原因。
设跷跷板支点为坐标原点，如图1所示，东西太平洋海面斜线的近似表达式为
y = Hx/L （2）
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 （3）
dM = xydx （4）
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/cm3。在区间[0，L]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 = HL2/3 （5）
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 （6）
将H = 20cm，L = 10000km代入公式得p = 6.67×106 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。
当赤道信风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，挤压地下流体向西部大陆和东部大洋的地壳下流动；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，形成海底火山和陆地火山，加热表面海水及其上方空气，降低大气压，减弱信风，使西部暖水东流（若东太平洋海隆火山喷发强烈，也会伴有初期的东部暖水西流），形成厄尔尼诺。与此同时，信风减弱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；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。这就是环太平洋大地震和日本火山菲律宾火山在1991年与厄尔尼诺同时发生的原因。若火山在中太平洋莱恩群岛一带喷发，则会出现中太平洋表面海水首先增温的情况。
3．火山地震活动影响厄尔尼诺的证据
厄尔尼诺与火山地震活动密切相关。我国气象工作者对1763年以来的19次强厄尔尼诺事件进行了统计，发现70%以上的厄尔尼诺事件都发生在太平洋地震活动年，特别是1900年以来的7次强厄尔尼诺事件几乎无一例外地全都出现在太平洋地震活动年[9]。统计还表明，70%以上的厄尔尼诺年都为火山活跃年[10]。侯章栓等对近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测的结果表明，火山活动是影响ENSO（厄尔尼诺和南方涛动）的最重要的外强迫因子[11]。它不但揭示了地球流体、构造活动与气候变化的关系，而且使厄尔尼诺的海底火山说[12]、引潮力说[13]和地球扁率
变化说[14]得到有力的支持。
东太平洋海隆有加拉帕戈斯三合点，中太平洋莱恩群岛一带有活火山分布。太平洋暖池与地幔热气排放相关[15, 16]，海底火山在秘鲁和厄瓜多尔西边海域的加拉帕戈斯三合点和热点喷出会加速厄尔尼诺现象形成[12-14]。Herbert Shaw等估计，海底火山比大陆火山要强烈得多，平均每年至少有100km3的岩浆溢出海底，释放的热能为4.5×1021J[17]。侯章栓和李晓东对近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测表明，火山活动是影响ENSO的最重要的外强迫因子[3]。刘厚赞等模拟出海底火山喷发形成类似1986~1987年和1991~1992年厄尔尼诺事件形成发展的全过程[12]。模拟试验表明，冷水下沉和热水上升，都是沿类似热幔柱状的连续通道上下运动，与周围热交换极少，符合刘厚赞等模拟计算结果，即地幔排出的热液会很快覆盖海洋表面[18]。
4．天文条件的影响
对地球潮汐形变的模拟计算结果表明，月亮在赤道时产生的半日潮使气圈、水圈和液核分别有54181864、43275和3103km3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。由于地形的阻挡，形成大气、海洋和液核的涡旋、湍流、环陆运动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10599km3的体积胀缩，是其中熔融部分流动、上涌和喷发的动力。太平洋与大西洋的区别在于有集中的火山地震带和大于90o的两侧经度差，形成太平洋东部与西部的潮汐高低潮的反相位。因此，78cm的强潮汐(日月大潮和月亮近地潮的叠加)高差在东西太平洋的反复振荡可抵消东西太平洋暖水海面高差（40cm[3]），强迫冷水上翻和暖水东向运动，强烈的振荡混合作用降低东西海水温差，加强赤道逆流，形成厄尔尼诺。我们称之为“强潮汐海温均衡效应”。东太平洋海底火山在强潮汐作用下强烈排液排气，是增高东太平洋表面海温、形成厄尔尼诺的激发因素[19]。地球扁率和赤道潮汐在春分和秋分达到最大值，使地球自转变慢，形成地球自转的季节性变化。其中，每年4月9日~7月28日(110天)及11月18日~1月23日(66天)为加速阶段；1月25日－4月7日（72天）及7月30日－11月16日（109天）为地球减速阶段[14]。
从我国的寒潮和强冷空气出现的次数来看，东北最多，次为华北，再次为西北和长江流域，华南最少。寒潮和强冷空气每年有两个高峰值，3-4月（与春分点3月20~22日赤道最大潮对应）和10-11月（与秋分点9月22~24日赤道最大潮对应）。其中3~4月最强。近50年来我国共出现全国性寒潮和强冷空气300多次。夏季也有寒潮到来，夏季低温是东北地区农业生产的主要灾害性天气，全区的低温冷害年有1954，1957，1969，1972，1976，使东北粮食总产减产3成以上。其中1969年最严重，粮食减产约65.5亿公斤[9]。它们与厄尔尼诺年明显相关。1997年发生在春分和秋分附近的4次交食和行星冲日，加大两极冷水入侵赤道西太平洋使暖水东移的强度，形成了1997年的强厄尔尼诺事件[14, 19]。
厄尔尼诺与地球自转减慢相对应。在厄尔尼诺形成和发展时期，增强的哈得莱环流和减弱的沃克环流使赤道海面涌升，增大地球转动惯量，使地球自转速度减慢。1997年4月通过卫星的观测，发现一条几千千米的热带暖水舌正在向南美海岸缓慢移动，热带太平洋也比正常年份的水位高出10-20cm[20]。郑大伟等采用MSF和LSAR技术对日长变化△LOD序列作带通数字滤波，滤波后的△LOD曲线十分清晰的表明，这种地球自转的年际变化与表征El Nino事件的东太平洋赤道带（180o-80oW，5oS-5oN）海面水温（SST）的月距平曲线存在相当好的一致性。在赤道带海温增
暖时期（称为El Nino形成时期），地球自转年际速率减慢；海温减暖时期（称为非El Nino时期），地球自转速率加快。每次El Nino事件几乎都发生在地球自转年际速率由加速变为减慢之后。两次海温最大增暖的强厄尔尼诺事件发生在1972年和1982-1983年间，日长增长达0.3ms。用全球带风气象资料（至1989年7月）归算的大气角动量（AAM）年际变化的极值点时间与△LOD和SST年际变化的分析结果是一致的[21] 。我们的模拟计算得到数量级相同的结果[14, 19, 22]。
地震和火山等构造活动与18.6年周期变化的固体潮相关，被称为岩浆潮[23]。火山喷发物到达的高度为1—40 km；持续时间为几星期至10多年。低纬度火山喷发能扩散到全球，在中高纬度保持最大浓度，最后在极冠落下。火山灰减弱太阳辐射，对中高纬度的影响最大。1963年3月印度尼西亚巴厘岛上的阿贡火山（8.5 oS,115.5 oE）爆发，1980年5月美国圣海伦斯火山（St. Helens; 46 oN,122oW）大爆发，造成次年太阳直接辐射减少量都在15%以上，使北半球平均温度下降，滞后于火山喷发18个月，我国有一个显著的低温期。1951年到1985年，我国东北地区有6个夏季低温冷害年，其中5年都发生在2级以上火山喷发后1－2年[13]。据任振球的研究[4]，建国以来到1990年，最严重的4个夏季低温冷害年为1957，1969，1972，1976年，与厄尔尼诺事件同时发生。火山灰遮蔽阳光使气候变冷，在向两极地区集中降落过程中严重影响极区太阳辐射量，与该地区发生日食影响El Nino的效果相同[24]，是控制厄尔尼诺事件发生的延迟(低纬喷发)或激发(高纬喷发)因子。据林振山等人的研究[24]，每次高纬或极区的日食都将使极地下沉气流减弱，从而使赤道东风减弱。1－2年内在中纬以上地区连续发生3－6次日食，将使赤道东风减弱逐次得到加强，从而诱发厄尔尼诺现象。日食发生时将产生日月大潮，也是火山地震的激发因素。
二十年代到五十年代，是火山活动的低潮期，也是世界大洋厄尔尼诺现象次数较少、强度较弱的时期；五十年代以后，世界各地的火山活动进入了活跃期，与此同时，大洋上厄尔尼诺现象次数也相应增多，而且表现十分强烈。据近百年的资料统计，75%左右的厄尔尼诺现象是在强火山爆发后一年半到两年间发生的。
5．国外研究证据
美国加州大学洛杉矶分校的科学家，21日在《科学》杂志网络版上发表文章指出：地球上的潮汐可能会引发地震。该文章将刊登在11月出版的《科学》杂志上。科学家已经就潮汐对地震的影响猜测了很长的时间，但到目前为止还没有人论证过它对全球范围的影响效果（），以前只发现在海底或火山附近，地震与潮汐才呈现出比较清楚的联系。哥奇兰等人分析了1977－2000年间全球2000多个5.5级以上的地震，发现猛烈的潮汐在浅断面层施加了足够的压力从而会引发地震。当潮很大，达到大约2－3米时，3/4的地震都会发生，而潮汐越小，发生的地震也越少[25]。
事实上，我们在2003年就建立了潮汐激发地震的全球模型并列举大量证据[26-33]。
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