地震的定义和形成的原因(形成地震的主要原因是什么)
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关于地震成因的解释,至今没有确定的科学结论,有的只是各种假说。自20世纪初魏格纳板块理论建立以来,学术界对地震主要有四种观点。
板块运动诱发地震理论是指由于活动板块之间的相互挤压、碰撞、摩擦、分离,使岩石破碎、断裂、错位,从而导致地震。
根据板块运动理论,全球岩石圈不是一个整体,而是被山脊和海沟分割成漂浮在软流圈上的六个板块。然而,这些板块不是静止的,而是相互移动的。板块之间的相互运动会引起地震。但由于板块运动的原因不同,板块运动诱发地震的理论可分为以下两种不同的理论。
地球由地核、地幔、地壳三部分组成,是同心圆,从里到外依次是地核、地幔、地壳。每个板块都位于软流圈。因为靠近地核的地幔温度高于靠近地壳的上地幔温度,这种显著的温差导致了地幔的对流和板块的运动。板块运动有两种不同的方式,即相邻板块的分离和碰撞。
板块之间的相互挤压、摩擦、拖拽和碰撞是地震发生的根本原因。由于板块之间的相互作用,在岩石中产生应力(静挤压力),其应力在岩石中积累。当应力积累超过岩石弹性极限时,会导致岩石断裂、破碎和错动,从而产生地震。当应力释放后,经过一段时间的余震,可以实现新的机械平衡。这就是挤压导致断裂,断裂导致地震的构造理论,也叫弹性回弹理论。
板块构造一直是地震成因的主流理论。自20世纪形成以来,已被中国地学广泛接受,并对中国地学产生了深远影响。主要文章有张振春的《地质学基础》,潘少欢的《板块构造学说与地震》。
根据地球自转理论,不同板块的质量不同。当地球自转速率发生变化(地球自转角速度发生变化)时,漂浮在软流圈上的板块会相互移动,产生板块之间的相互作用。这是地震的根本原因。
(1)“分离”。当地球自转速度发生变化时,质量较重的板块会与质量较轻的板块断开,产生分离。这种“分离”将导致正常断层型地震。
(2)“碰撞”。当地球自转速度变化时,不同质量的板块运动速度会不同。质量较重的板块移动较慢,质量较轻的板块移动较快,会导致板块之间的“碰撞”。
(3)“摩擦”。因为南北极附近的自转速度较小,南北板块的运动速度较慢或接近匀速。这就导致了远离两极的板块与南北板块之间的错位摩擦,出现了“摩擦”的效应。这种情况会导致走滑断层型地震。
主要文章有陈学忠、李燕娥、赵小燕《地球自转、地震成因与地震预报》、陈学忠《地球自转与汶川地震的成因》等。
爆炸诱发地震理论主要认为地球内部会因不同因素发生爆炸,导致地壳和岩石圈碎裂,引发地震。
根据这一理论,地震是地壳中的一种雷电现象,即地震是由于地壳中积累了过多的静电荷,极化,导致地壳中出现雷电现象,从而导致岩石破裂,发生地震。这可以看作是雷电爆炸的现象。
根据雷电理论,地下雷电主要有两个来源:自然电场。天然电场主要是由电子导电地质体的自然电化学作用、电离子在地下水中的过滤扩散以及大地电流、雷暴放电等因素形成的。包括地下水的氧化还原电场、过滤电场、地壳中的压电效应、热电效应等。太阳活动产生的电荷。带电的
持有这一地震成因理论的主要文章是张宝英的《地震是一种“地壳雷电效应”?—地震成因新探》和《地震电磁成因假说》以及姚成的《地震是地下雷电》。
地核热能过多引起的地震,主要是指地球吸收的能量大于地球释放到太空中的能量,所以地核中储存的能量会逐渐增加,地核中的压力会越来越高。当局部地核中的能量增加到一定极限时,就会发生爆炸,以火山爆发和地震的形式释放能量,造成地震等灾害。
地热能过剩的现象是多种因素共同作用的结果,主要有以下几个原因:地球中的雷电是产生地热能的重要因素。地球内部是一个封闭的回路。当地球围绕太阳公转或自转时,会相对星际磁场运动,在地球内部产生微弱的电流,通过地球自转的方式输送到地核,形成热能。太阳辐射聚集在地核形成热能。由于地球的特性,太阳辐射到地球的热能大部分被地球吸收,储存起来,聚集在地核形成热能;另一种情况是煤、石油、天然气、电等能源。人类在日常生活中使用的热能被地球吸收形成热能。前两点是核心热能形成的主要原因。
因此,持这种观点的学者认为,只要在适当的地方尽可能多地开采地热资源,就可以人为减少火山爆发和地震。
关于这一理论观点,笔者没有找到任何专业的学术论文,只有一篇关于这一观点的文章:张的《地震成因新观》。
这种发震假说认为,地壳的断裂带是地震发生的地方。由于断裂带提供了气体聚集的空间,气体在封闭的地壳中由于空间有限会发生膨胀和压缩。当压力积累到一定程度或被其他原因触发时,这些气体会沿着断层的薄弱裂隙爆炸性释放,引发地震。
这个假说否定了板块运动引起的地震,主要基于以下四个原因:地震往往是突然发生的,地表没有任何征兆。只有当气体在地下深处缓慢积聚时,这种突然的现象才能产生这种效应;地震是瞬间完成的,只有高压气体才有足够的能量触发瞬间的能量释放;余震是由于地壳中气体的释放需要一个过程,需要逐步释放,而不是一次释放。地震前
后会有降温现象,是由于气体膨胀吸热的缘故。
代表文章有岳中琦的《汶川地震与山崩地裂的极高压甲烷天然气成因和机理》,张恩学的《地震的特征、原因及触发机制》。
由于地幔的长期沉淀、析出、分层,在地球深处形成较纯净的核裂变(如铀等)物质圈,同时由于地幔对地表的液态、气态物质(如海水、石油、空气等)的吸入、热解,或者内部物质的生成析出,在地幔的上层(地幔、地壳之间)聚集了较为纯净的核聚变物质(如氢、氦等)。
地幔的对流会造成核裂变物质相遇,发生核裂变,如果此时附近存有核聚变物质,进而引发核聚变。核变要在极短时间里释放极大的能量,产生高温膨胀即产生高压,导致地壳因为这种压力而产生破碎、断裂,形成地震。
余震的产生机理有两方面因由。大地震发生后,一方面核变产生温度熔化地幔,并同时造成地幔温度的不均匀,加速其对流,提高了核裂变物质相遇的概率,引发余震;另一方面核变产生温度可以熔化地壳使一些曾经被冻结的核聚变物质被重新释放,同时又可以提高含氢化合物(如海水蒸汽)的热解比例,增加核聚变物质的含量,产生了余震。直到该地区下方地幔中几乎所有相遇可以超过临界体积的核裂变物质及其附近的核聚变物质全部发生核反应,余震才会停止。
其认为地球内部存在着大量不同于外界的强还原性气体,这种气体在巨大压力的迫使下不断钻入岩石裂隙的最尖端,通过H+H→H2反应产生上万大气压,压力使裂隙急速雪崩式地向前劈裂,当岩石的强度不足以抵挡这种压力时,遂发生破断地震。也可以算作是一种气体爆炸现象。
地球排气理论已有一个多世纪的研究历史,不算新近形成的理论,但是直到20世纪90年代后,才形成规模的、系统的一种理论,逐渐被人们所认知、接受。
地球排气观点认为地球内部含有巨大的气流和幔汁潮,而且在数量和能量上都不是大气、海洋可比拟的。杜乐天先生认为地球内部至少还存在4个规模很大的气圈,它们由深至浅依次是:外地核氢气圈;上地幔气圈;中地壳气圈;上地壳气圈。大气和海洋都是地球十几亿年内部排气的产物,气圈和水圈是地球排气的次生物。
由于地球内部巨大压力,使气体向上运动,向外排气,这种排气是造成地震、旱灾、地磁异常、特大暴雨、部分森林火灾等全球特异自然灾害的根本原因。
主要的文章有杜乐天的《地球排气作用—重大自然灾害孕因和地下巨大天然气来源》、《地球排气作用的重大意义及研究进展》,杜乐天、强祖基的《特异自然灾害发生的内因》。
流体活动致震说是指由于地球内部的高温熔融物质(即流体)在不同作用下导致了地壳岩石的破碎,引发了地震。
地球内部存在着高温熔融物质,这些物质由于地球内部不同的温度差、密度差、压力差等差值,导致流体的上升活动,侵入地壳薄弱部位。当地壳岩石圈薄弱部位不能承载流体的冲撞力道之时,就会导致地壳岩石破碎,形成地震。
流体致震说是建立在地球内部存在大量熔融物质基础上的学说,其否定了板块碰撞导致地震的说法,解释了板块运动所不能解释的大陆内部板块稳定地带地震频发的现象。
代表文章主要有刘武英、吴建华、郭永霞等的《关于岩浆活动在地震过程中的作用的讨论》,车用太、刘五洲、鱼金子的《地壳流体与地震活动的关系及其在强震预测中的意义》,车用太、张培元、谷元珠等的《地震预测的新理论与新 探索》。
其认为流体上的岩石具有极大的重力势能,当地球内部某一处封闭的熔融流体物质的温压发生变化或者沿地壳裂缝散逸之后,流体上覆的岩石圈的稳定状态就会被打破,就会导致地壳岩石圈因重力势能向下运动,发生塌陷、错位、形变等情况,引发地震。
这种观点认为流体对地壳主要有两方面的作用:高温高压流体会降低岩石的刚性,引发地壳岩石从脆性向塑性变形转变,因而大地震通常在脆性中上地壳内发生;流体会降低破碎岩体或者断层之间的摩擦力,地震发生后会获得较大的速度和动能,使塑性的地壳产生位移或者错位、形变。
代表文章是徐常芳的《壳内流体演化及地震成因说》和《地震流体成因说及其应用研究》。
天体引力致震说是指由于月亮、太阳等对地球的引力作用,导致地震的产生,古来就有根据太阳、月亮的变化来预测地震的 。
关于天体引力对地震的影响,都是直接引起了地球上某些运动的发生,间接的产生了地震,所以可以根据天体引力引发的不同运动,又可以将天体引力致震说分为以下三种学说:
漩涡活动致震说是一种将天体引力和地球内部流体结合起来的地震假说。主要是指地球内部软流圈内的流体物质在太阳、月亮引发的潮力作用下,与地球表面的的海水、大气发生同步运动,以漩涡的形式在地球内部形成有规律的升降,即所谓的固体潮,从而导致地震。
这种在天体引力作用下形成的漩涡升降活动主要有以下两种方式:自地球内部向地表盘旋上升的漩涡,它是流体在由低纬度区向高纬度区流动过程中形成的。当这种漩涡形成时,来自地球内部深处的热能就像是钻头一样不断的冲击、融熔岩石层,并使之抬升。当这种上升盘旋的势能积累超过岩石层的强度时,便会导致岩石层顶部的破裂,形成上冲型地震。由于上冲型地震的震源距离地表较浅,因此这种地震也被称为浅源地震。
自地表向地球内部旋转的下降漩涡,它是流体岩浆在由高纬度区流向低纬度区的过程中形成。当这种下降式的盘旋发生时,对地壳岩石层的支撑力降低,地壳岩石层在自身重力和向下吸附力的作用下,必然产生向下沉降的运动趋势。当向下沉降的势能积累超过岩石层的强度时,岩石层在底部的莫霍面上破裂,就会形成陷落型地震。由于震源距离地表较深,因此陷落地震被称之为深源地震。
强潮汐致震说是指受天体引力的影响,地球上的海水会发生大规模、强烈的潮汐活动,这些潮汐活动会引发海平面的上升或者下降运动,引起了地下流体活动,而流体的活动会引发地震的产生。
天体引力引发地球上海水运动变化导致地震的说法主要表现在两方面:一方面是指海水的潮汐运动发生时,大规模潮水移动离去,重力势能的减弱,使海水离开的这一地区内的地壳受到流体的冲击而抬升,在地壳裂缝或者薄弱地带就会发生地震或者火山情况;另一方面是随着强潮汐转移到所在的区域内时,此地所受的重力势能增大,地壳会相对下降,挤压下面的流体向两边运动,导致两边地壳内的流体增多,同样受到流体的冲击、抬升,导致地壳撕裂、张开,从引发地震、火山等状况。
地球上海洋运动的变化,并不是天体引力一方面的作用,但是强潮汐的形成却与天体引力密切相关,是形成地球海洋强潮汐的重要原因。
代表文章有杨学祥、韩延本、陈震、乔琪源的《强潮汐激发地震火山活动的新证据》和杨学祥、杨冬红的《潮汐激发地震的最新研究》。
这种观点认为天体引力只是地震形成的一种次要因素,并不是主要原因。天体引力只是对地震的发生起到一种触发作用,即是一种加快地震发生的因素。
这种触发作用因为地震成因主要原因的不同,其触发机制也不甚相同。如坚持应力积累是导致地震成因主要原因的学者认为,天体引力可以通过对地壳的撕裂和提升作用,加速应力的积累,致使地震的提前发生;坚持流体是地震发生主要原因的学者认为天体引力强大时会引发地球流体剧烈的活动,导致地震的提前发生。虽然其观点不甚相同,但却都认为天体引力对地震有触发作用。
代表文章是张尚勤的《太阳月亮与地震》,胡辉、王锐、郭晓明的《日月引潮力与地震》。
以上的四种地震成因假说,虽然各不相同,但其目的是一样的:旨在地震预测,解决地震预测难的问题。本刊的立场主要倾向于气体爆炸致震学说,本期涉及的文章也多与气体爆炸致震学说有关。
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