地球气候变暖的地震地热说解析
(湖南省地震局, 长沙 410007)
摘要: 本文借助美国加利福尼亚地震中心ANSS地震目录的资料, 依据作者所倡导的地震地热说理论与方法, 通过对若干深源地震活动构造样本的壳下地震年度应变能距平值计算与分析, 得出了9条与全球平均温度距平同时段曲线高度契合的完美图像, 可以肯定地认为, 地球气候变暖并非人类生产活动所造成的破坏, 而是地球自转运动中自我调节的正常现象, 不以人类的意志为转移。目前人类可以做到的, 唯有避险和救灾。因此, 2016年的巴黎协定只是一个很好的环保协议, 应该调整当前的碳排放和碳清零政策, 做到既能保护好环境, 又能促进全球工业化的发展, 共同进步, 造福人类。
关键词: 地震地热说, 地震柱构造, 壳下地震, 气候变暖, 年应变距平值
DOI: 10.48014/cesr.20240403001
引用格式: 陈立军. 地球气候变暖的地震地热说解析[J]. 中国地球科学评论, 2024, 3(3): 99-112.
文章类型: 研究性论文
收稿日期: 2024-04-03
接收日期: 2024-04-07
出版日期: 2024-09-28
0 前言
当前,全球气候变暖是客观现实[1]。究其原因,人们普遍认为是人类碳排放所致,而且成为压制新兴国家发展生产的有力工具。本文利用美国加利福尼亚地震中心所提供的全球M4.0+地震的ANSS地震目录,依照作者独创的地震地热说原理与方法,试图对地球气候变暖的原因寻求真相。
图1 全球平均温度距平[1]
Fig.1 Global mean temperature anomaly[1]
作者自20世纪末开始震源深度资料的研究[2],在丁国瑜院士的指导下接触到地幔柱的研究方向,2012年作者利用较为成熟的地震震源深度资料,发现并定义了全球24个地震柱构造[3],见图2。地震柱构造影响区的划分见文献[3-6]。
这24个地震柱构造囊括了全球98%以上的M7.0+壳内强震和85%以上的(地震柱型[7])火山喷发。壳内强震和火山喷发正好处于全球人口的密集地区,给人类带来严重的生命安全和财产损失,继而对地震柱构造内壳内强震和地震柱型火山喷发的预测方法研究,积累了大量的总结案例[10-23]。
所谓壳下地震,是指全球地壳平均厚度35km深度以下的中、深源地震活动,最大深度约750km。由图2可见,全球唯有地震柱构造之内才具有呈规模的壳下地震活动。壳下地震活动是人类目前所能获得的上地幔深部热活动唯一得以实测的物理量。因此,壳下地震的活动特征与活动规律的研究,成为地震柱构造研究的重点内容和重要工具,可以借以开发壳内强震活动以及地震柱型火山喷发的预测方法,也可以对一些全球性灾难追根溯源。
从地震预测的角度,壳内强震一般取深度35km以内的M6.5+或M7.0+地震。所谓地震柱构造,是指以800km深度之内上地幔深部壳下地震活动为表征的、顶点向下而倒立的圆锥体或椭圆锥体。地震柱构造内部壳下地震活动的时序特征,表现出明显地自下而上、逐层驱动、逐层积累能量,在地壳底部储能层能量达到极限时,则寻找地表活动构造的薄弱部位或者易喷发的火山通道突然释放。
图2 全球地震活动的深度分布与地震柱构造影响区示意图
全球地震柱构造的编号与名称:01智利,02厄瓜多尔,03危地马拉,04海地,05白令海,06鄂霍次克海,07日本08中国珲春,09北马里亚纳,10马里亚纳,11台湾及琉球,12菲律宾,13所罗门,14西汤加,15汤加,16印尼17缅甸,18兴都库什,19地中海,20地中海西口,21南桑维奇,22马尼拉,23安达曼,24北美洲
Fig.2 Schematic diagram of the depth distribution of global seismic activity and the influence area of Seismic cone tectonics The number and name of Global seismic cone tectonic:01 Chile,02 Ecuador,03 Guatemala,04 Haiti,05 Bering Sea 06 Sea of Okhotsk,07 Japan,08 China Huichun,09 Northern Mariana,10 Mariana,11 Taiwan and Ryukyu,12 Philippines 13 Solomon,14 Western Tonga,15 Tonga,16 Indonesia,17 Burma,18 Hindu Kush,19 Mediterranean,20 Western Mediterranean 21 South Georgia and The South Sandwich Islands,22 Manilla,23 Andaman,24 North America
研究表明,壳内强震和火山喷发正是因为24个地震柱构造内部热活动的能量积累所致。壳内强震与火山喷发虽然具有极大的突发性,但其生成过程在壳下地震活动中留下了踪迹。通过地震柱构造内壳下地震活动的空间分布和时序进程的研究,可以总结壳内强震和火山喷发的历史经验和前兆信息。所以说,壳内强震是可以预测的,地震柱型火山喷发也是可以预测的。
地震地热说认为,所谓的全球气候变暖或变冷,同样也是人类所无法控制的自然现象。这里似乎存在一个误区,或许并非人类的碳排放之过。全球减排,可以改善人类的居住环境,是件大好事,但它改变不了地球气候变暖或变冷的趋势。
人们常说,厄尔尼诺现象是由于太平洋的水体温度变化造成的。地震柱构造内部的壳下地震活动时序图,在100km或300km或500km深度上下,具有明显的10年期或20年期的脉动,作者称之为地幔年代际震荡(MDO)[8,9],可能是影响太平洋水体温度变化(PDO)的真正根源。
综上所述,全球24个地震柱构造内部的热活动以其壳下地震活动为表征,或许能够构成一个全新的地震地热物理场,客观地展现出上地幔热活动的特征与大致规律,也可能影响到其他地球物理场的变化。通过这个地震地热物理场,或许可以揭示地球若干重大灾难事件的根源,包括壳内强震、火山喷发、地球冷暖变化、厄尔尼诺现象,以及地球磁场、电场变化等等,并且寻得它们的某种预测方法。因此,本文只是其中的一个例子。
1 资料的获取与处理方法简介
本文研究,依赖于具有较高精度震源深度资料的地震目录。虽然地中海、日本以及我国台湾省的地震目录能够满足精度要求,但都属于地方性的地震目录。作者唯一可以获取的只有美国USGS免费提供的全球范围内M4.0+的地震目录。
1.1 资料的获取
本文采用美国加利福尼亚地震中心所提供的全球范围内M4.0+的ANSS地震目录:时间段为1963—2023.8.7,共获得有效地震记录522,021个,最大震源深度735.8km。采用该地震目录,可以获得全球地震活动的强度分布如图3所示,其震源深度的分层分布见图4。
图3 全球地震活动强度的分布
(据加利福尼亚地震中心ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+地震)
Fig.3 Distribution of global seismic activity intensity
(According to the California Earthquake Center ANSS Earthquake Catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+)
图4 全球地震活动的深度分层分布
(据加利福尼亚地震中心ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+,最大震源深度735.8km)
Fig.4 Depth stratification distribution of global seismic activity
(According to the California Earthquake Center ANSS Earthquake catalog,
period 1963—2023.8.7,M4.0+,maximum focal depth 735.8km)
由图3可见,全球98%以上的M7.0+壳内强震皆分布在人口稠密地区,对人类伤害极大,地震预测研究刻不容缓。
对比图3和图2可见,全球M7.0+壳内强震几乎全部受到24个地震柱构造的控制。这就说明,强大的地震都是从地幔几百公里深部慢慢爬上来的,不是靠地表构造的蠕动能量积累或者某些地质块体的错动所能一蹴而就的。这才是壳内强震[10-20]与地震柱型火山喷发[21,22]的真正根源。
由图4可见,全球存在五个深度在600km以上的深源地震活动区,分别是:南美洲深源地震活动区(-115°~-50°W,-60°~25°N),北太平洋深源地震活动区(115°E~-135°W,35°~70°N),马里亚纳深源地震活动区(125°~160°E,5°~35°N),西南太平洋深源地震活动区(136 °E~-160°W,-55°~5°N)和东南亚深源地震活动区(75°~136°E,-20°~35°N),见图中方框所取的区域。
本文将以这五个深源地震活动区为例,来研究壳下地震活动应变释放值的年度距平与图1的对比。
1.2 研究方法简介
由图2可见,壳下地震密集区就是地震柱构造的明显标志。地震地热说认为,大凡全球性的事件,比如壳内强震、火山喷发、气候变暖或变冷,等等,皆与上地幔深部的热运动有关。因此,考察深部地震活动构造内壳下地震的活动密度与能量释放十分重要。
地震释放的地震波能量E与地震震级M有下列简化的古登堡(Gutenberg等,1956)关系(能量E的单位以尔格erg计):
LgE=11.8+1.5Ms(1)
则本尼奥夫应变能有
Lg=5.9+.75Ms(2)
为了避免能量E的计量单位纷扰以及忒大的数据量,将折合为M4.0地震的个数进行年度累计是可取的,则有年度累计值
为
t=1963-2023(3)
式中,t为统计年份,n为当年壳下地震总数。由此可求得年度的距平归一化比值
(t),则有
t=1963-2023(4)
式中,E0为多年平均值。
计算结果与图1中1963—2023年时段的全球平均温度距平曲线比对,从而做出二者关系的定性判别。
比值的平均值为0。
年度比值综合了地震频度与应变值的综合效应,对地球年均温度趋势变化较为敏感。
ANSS本是复合地震目录,采用多种震级标度,作为一级近似,本文将所有地震震级视为Ms。
本文选取了5个深源地震活动区和6个地震柱构造,分别加以研究,除3个样本需要复核外(详后),都得到了预期的效果。
2 全球五大深源地震活动区壳下地震活动年度应变值的距平分析
2.1 研究区的选取
本节选取图4中的5个深源地震活动区做年度应变值的距平分析,其相关参数见表1。由表1可见,这些活动区密集了全球或壳内最强或深部最强的地震活动。它们的壳下地震占比都在45%以上,最大震源深度都在650km以上,正是搅动上地幔热运动最为活跃的力量。
表1 全球五大深源地震活动区地震参数一览表
Table 1 List of seismic parameters in five deep seismic active regions of the world
研究区名称 |
地震总数 |
壳内 |
壳下 |
壳下占比(%) |
Mmax壳内/壳下 |
最大深度(km) |
备注 |
南美洲 |
81979 |
38986 |
42993 |
52.4 |
8.8/8.2 |
655 |
壳内最强 |
北太平洋* |
69527 |
36285 |
33242 |
47.8 |
9.2/8.3 |
678 |
壳内最强 |
马里亚纳 |
43527 |
20243 |
23284 |
53.5 |
7.6/7.8 |
686.39 |
|
西南太平洋 |
127609 |
54047 |
73562 |
57.6 |
8.2/8.2 |
735.8 |
深部最强 |
东南亚 |
112567 |
56879 |
55688 |
49.5 |
9.1/7.9 |
678 |
壳内最强 |
*资料待核查(详后)
五大深源地震活动区中,只有北太平洋一个样本得出的结果不够好,可能是选取地域太大而引入了什么干扰因素,有待校订(详后)。
2.2 四个深源地震活动区年度应变值的分析结果
南美洲、马里亚纳、西南太平洋和东南亚等4个深源地震活动区的分析结果分别如图5~图8所示。
图5~图8具有一个共同特征,即60年来距平值一直呈趋势上升,与图1中同时段的图像保持步调一致。
根据全球GPS资料呈半球运动的模式,即东半球呈顺时针旋转而西半球呈逆时针旋转[3],则图5南美洲的图像更多地会影响到本土和大西洋地区的地壳活动趋势。
图6马里亚纳是东半球顺时针旋转影响最大的地方,距平曲线波动幅度较大。2023年距平值的突降似乎意味着什么。
图7西南太平洋处在东西两个半球分界的地方,是全球壳下地震活动深度最大,壳内火山喷发最为猛烈之所。在长期趋势上升的背景下,1970年代和2010年代两个高峰值之间夹着一个近20年的低峰,似乎意味着近20年期的上地幔年代际震荡。
图8东南亚在2004年印尼M9.1地震之前似乎存在多年的另类低峰值异常。
其中,图5中2010年智利M8.8地震、图7中2022年前后汤加的强烈火山活动,以及图8中2004年印尼M9.1地震、2009年菲律宾马荣火山等事件,在相关的距平图上均有特异值表现,但都不在本文的讨论之列。
图5 南美洲深源地震活动区年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.5 Curve of annual strain anomaly in the deep seismic active region of South America
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图6 马里亚纳深源地震活动区年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.6 Annual strain anomaly curve in the Mariana deep seismic active region
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图7 西南太平洋深源地震活动区年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.7 Curve of annual strain anomaly in deep seismic active region of Southwest Pacific Ocean
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图8 东南亚深源地震活动区年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.8 Curve of annual strain anomaly in deep seismic active region of Southeast Asia
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
3 全球六个地震柱构造壳下地震活动年度应变值的距平分析
3.1 研究区的选取
本节选取图2中的01#智利、06#鄂霍次克、07#日本、12#菲律宾、15#汤加和16#印尼等6个地震柱构造做年度应变值的距平分析,其相关参数见表2。由表2可见,这些地震柱构造密集了全球或壳内最强或深部最强的地震。它们的壳下地震占比都在50%以上,最大震源深度都在600km以上,是全球最强的壳内强震与火山喷发的活动基地。
六大地震柱构造中,只有06#鄂霍次克地震柱和07#日本地震柱两个样本得出的结果不够理想,原因待查(详后)。
表2 全球六大深源地震柱构造地震参数一览表
Table 2 List of seismic parameters of six deep seismic cones in the world
地震柱编号及名称 |
地震总数 |
壳内 |
壳下 |
壳下占比(%) |
Mmax壳内/壳下 |
最大深度(km) |
备注 |
01#智利 |
33681 |
11706 |
21975 |
65.2 |
8.8 / 8.2 |
650 |
壳内最强 |
06#鄂霍次克* |
23270 |
11757 |
11513 |
49.5 |
8.3 / 8.3 |
678 |
|
07#日本* |
19760 |
8274 |
11468 |
58.0 |
9.1 / 7.7 |
631.9 |
壳内最强 |
12#菲律宾 |
35284 |
13440 |
21844 |
61.9 |
7.9 / 7.6 |
678 |
|
15#汤加 |
66660 |
26104 |
40556 |
60.8 |
8.1 / 8.2 |
721.8 |
深部最强 |
16#印尼 |
46637 |
22874 |
23763 |
51.0 |
9.1 / 7.9 |
675 |
壳内最强 |
*资料待核查(详后)
3.2 四个地震柱构造年度应变值的距平分析结果
01#智利、12#菲律宾、15#汤加和16#印尼等4个地震柱构造的分析结果分别如图9~图12所示。
图9~图12和图5~图8同样具有一个共同特征,即60年来距平值一直呈上升趋势,与图1中同时段的图像保持一致。但是,比较起来,似乎单一地震柱构造的结果比区域性的样本更为单纯与直观。
图9为01#智利地震柱,是一个向东倾斜的构造,如果去掉两个大于1.0的奇异值,则与图1同时段的图像更为贴切。
图10为12#菲律宾地震柱,是一个向西倾斜的构造,2009年马荣火山喷发前似乎存在另类的低值异常。
图11为15#汤加地震柱,是一个直立的构造,深部地震与地表火山活动极为强烈,如果去掉两个大于1.0的奇异值,则与图1同时段的图像会更为贴切。汤加地震柱构造是全球地震活动最深、最强烈的构造。
图12为16#印尼地震柱,也是一个直立的构造,与12#菲律宾地震柱相邻,2004年M9.1地震之前似乎与后者经历了同样的低峰值异常活动。
其中,图9中2010年智利M8.8地震、图10中2009年菲律宾马荣火山,图11中2022年前后汤加的强烈火山活动,以及图12中2004年印尼M9.1地震等事件,在相关的距平图上均有特异值表现,但都不在本文的讨论之列。
3.3 年度应变值的异常分析结果的验证
为了验证北太平洋、06#鄂霍次克、07#日本这3个样本的结果,重新选取西北太平洋的样本,其相关参数见表3。该样本包含了06#、07#以及08#中国珲春、09#北马里亚纳等4个地震柱构造的影响区。
计算结果中出现一个奇异值,2011年的距平值为4.717,似乎与日本当年的M9.1地震活动有关,修订为1.717,于是得到结果图像如图13所示。
图13中直线拟合的相关系数R值仅为0.10461,但整个图像和其他样本一样地展现了趋势上升的态势,与图1相同时段的图像保持一致,令人满意。
直线拟合的相关系数R值大小,与研究区距平值的跳动大小有关,也就是说与研究区内壳内强震和火山喷发的活跃程度有关。
图9 01#智利地震柱构造年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.9 Annual strain anomaly of Chilean seismic cone No.01
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图10 12#菲律宾地震柱构造年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.10 Annual strain anomaly of Philippine seismic cone No.12
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图11 15#汤加地震柱构造年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.11 Annual strain anomaly curve of Tonga seismic cone No.15
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图12 16#印尼地震柱构造年度应变距平值曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.12 Annual strain anomaly curve of Indonesia earthquake cone No.16
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
图13 西北太平洋年度应变距平值的修订曲线
(据ANSS地震目录,时段1963—2023.8.7,M4.0+壳下地震)
Fig.13 Revised curve of annual strain anomaly in the Northwest Pacific Ocean
(According to ANSS earthquake catalog,period 1963—2023.8.7,M4.0+ Subcrustal earthquake)
表3 西北太平洋深源地震活动区地震参数一览表
Table 3 List of seismic parameters in deep seismic active area of northwest Pacific Ocean
研究区名称 |
地震总数 |
壳内 |
壳下 |
壳下占比(%) |
Mmax壳内/壳下 |
最大深度(km) |
备注 |
西北太平洋 |
51673 |
23991 |
27682 |
53.6 |
9.1 / 8.3 |
678 |
壳内最强 |
4 讨论
4.1 地球气候变暖的真相
综上所述,地球气候变暖的真相,是由于上地幔深部壳下地震活动能量无法耗散,造成年度应变距平值持续上升而推动的,是地球运动的必然现象。地球作为一个天体,受到的周边影响十分复杂,自转的自我调节(包括壳内强震与火山喷发的能量释放),空间影响的不断变化,在地球的运动史上时而变暖又时而变冷,都是自然规律。这种变化,不以人类的意志为转移。人类的力量在大自然面前是有限的,渺小的。人类不可能阻止600km深度下发生8级地震,连地表的2级、3级地震也无法阻止。因此,人类的生产活动,包括碳排放、森林砍伐、水污染等等,在大自然面前都只能是局部地区的环境破坏而已。
4.2 巴黎气候协议的意义
然而,人类的生产活动会破坏环境,污染大气和水资源,使得人们越来越不适应居住。因此,巴黎气候协议提倡碳减排、保护植被、可持续发展等理念[24],具有正面的、积极的意义,也在环境保护层面上取得了很大的成效。
但是,巴黎气候协议的愿景是把地球年平均气温控制在2℃以内,不但在理念上与地球气候变暖的成因相悖,也大大超出了人类与天斗的能力极限。2016年减排以来,人们的生活过得越来越美好,图1的曲线却反而上升了。因此,减排和植保并不能阻止地球气候继续变暖,或者有朝一日却又会持续变冷。如果单靠人类的一纸协议,就可以扭转地球气候变暖或变冷,那么同样也可以用一纸协议来阻止8级、9级地震的发生。这显然不是人类能力可为的。因此,从某种意义上来说,巴黎协定只是一个很好的环境保护协定,应该以保持和改善人类的居住环境为宗旨。
5 结论
本文借助美国加利福尼亚地震中心ANSS地震目录的资料,依据作者所倡导的地震地热说理论与方法,通过对若干深源地震活动构造样本的壳下地震年度应变能距平值计算与分析,得出了9条与全球平均温度距平同时段曲线高度契合的完美图像,可以肯定地认为,地球气候变暖并非人类生产活动所造成的破坏,而是地球自转运动中自我调节的正常现象,不以人类的意志为转移。目前人类可以做到的,唯有避险和救灾。因此,应该调整当前的碳排放和碳清零政策,做到既能保护好环境,又能促进全球工业化的发展,共同进步,造福人类。
致 谢
感谢美国加利福尼亚地震中心提供的ANSS地震目录。
利益冲突: 作者声明没有利益冲突。
[①] 通讯作者 Corresponding author:陈立军,seisman@foxmail.com
收稿日期:2024-04-03; 录用日期:2024-04-07; 发表日期:2024-09-28
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Analysis of Global Warming by the Seismo-Geothermics
(Hunan Earthquake Agency, Changsha 410007, China)
Abstract: Based on the data of ANSS earthquake catalog of California Earthquake Center and the author’s theory and method of Seismo-Geothermics, this paper analyzes the annual strain energy anomalies of several deep seismic activity tectonic samples beneath the shell. The analysis yields 9 images that exhibit a high degree of correlation with the concurrent curve of global mean temperature anomalies. The warming of the earth’s climate is not the damage caused by human production activities, but a normal phenomenon of selfregulation in the rotation of the earth, and is not diverted by human will. At present, humanity is primarily focused on risk mitigation and disaster relief efforts. Thus it can be seen that the 2016 Paris Agreement is a good environmental protection agreement, which should adjust the current carbon emission and carbon zero policy, so as to protect the environment, promote the development of global industrialization, common progress, and benefit mankind.
Keywords: Seismo-Geothermics, seismic cone tectonic, subcrustal earthquake, climate warming, Annual strain anomaly
DOI: 10.48014/cesr.20240403001
Citation: CHEN Lijun. Analysis of global warming by the Seismo-Geothermics[J]. Chinese Earth Sciences Review, 2024, 3(3): 99-112.