震顫地球

靳小津

古人認為地球是個平面，麥哲倫環(huán)球航行推翻了這一點，隨后科學家指出地球是會轉的——地球每23小時56分4秒繞著它的軸心轉一圈，同時也繞著太陽在自己的軌道上轉動。然而地球非常需要存在感，除了自轉和飛奔以外，地殼之下無數巨石無休無止地相互摩擦，每一塊都不停地移動、伸展、晃動，制造了峽谷、山脈、江河、大海，并繼續(xù)不斷震顫搖擺。

擺在桌子上的地球儀是一個理想的球體，所以它能繞著自己固定的軸心順暢地旋轉。但地球并不是一個如地球儀般完美的球體。地球圍繞地軸旋轉，其理論傾斜角度為23.5?，但由于地球內部質量分布不均勻，因此地軸的傾斜角度也不會永遠固定不變，而是隨著質量分布的變化而變化。這導致了地球自轉所繞的軸心和南北極也總是搖擺不定。

當然，除了一定級別的地震以外，大部分時間我們不用擔心天塌地陷，但是我們對地球的舞蹈知道得越多，就越能了解地球內部的運行機制，越能便捷地進行追蹤、定位，降落宇宙飛船，以及預測地震海嘯。

來吧！讓我們看看以下7項能讓地球震動的事。

錢德勒震顫

關于地球震顫，學術界最有影響力的當屬“錢德勒震顫”。美國天文學家塞斯·卡洛·錢德勒在1891年發(fā)現地球兩極每14個月會移動9米左右，科學家將這種現象稱之為“錢德勒震顫”。對此你可以這樣想象：一支巨大的圓珠筆刺穿地心，從南極點插入地球，再由北極點出來，而在北極正上方的一個空間站上有一張紙，圓珠筆可以在上面畫線，一天之后圓珠筆將畫出一個圓圈軌跡而非一個點，這說明地球在自轉時自轉軸并非固定指著一個方向。而每經過14個月，這支筆會畫出一條螺旋線。

20世紀的科學家們認為錢德勒震顫是由一系列原因引起的，比如：大陸水系儲存量的變化、大氣壓力變化、地震、以及地心和地幔間的交互運動。然而對于其產生的確切原因，科學家們還不能完全確定。

美國地球物理學家查德·格羅斯在2000年時解決了這個難題。格羅斯就職于美國國家航空與航天局的噴氣推進實驗所。他做了一個實驗，從1985年起，將新型氣候和洋流模型用于觀測錢德勒顫動，到1995年結束。他計算得出：2/3的震顫都是由海底壓力波動引起的，而只有1/3是由大氣壓力變化引起的。

氣候因素和水的作用

對地球震顫影響第二大的就是氣候因素。這是因為季節(jié)變化會引起地理區(qū)位上雨、雪、濕度的不同。不要小看了水和冰的作用，大量水和冰的移動就和地球內部的巨型石塊移動一樣會影響地球的旋轉。例如，受北美、歐洲和亞洲的大量冰原影響，地球北極點以每年大約10厘米的速度沿著西經79度方向向南移動。

在2016年4月發(fā)表的一份研究中，格羅斯的兩位同事將極點位置的GPS測量值與來自GRACE（GRACE是一項使用衛(wèi)星來測量地球周圍質量變化的研究）的數據進行比較，發(fā)現：近期北極點轉移的主要原因是格陵蘭和南極冰蓋的融化，次要原因是歐亞大陸失水。

說是次要，但歐亞大陸失水量實際占了水量變化的三分之一。海區(qū)域持續(xù)受到含水層枯竭和干旱的影響，失去了大量的水。然而最初涉及的水量似乎太小，沒有引起人們的重視。后來格羅斯和他的同事發(fā)現極點的運動對于緯度大約±45度的地方的水量變化非常敏感，而這正是歐亞大陸失去水的地方。

另外他們還發(fā)現，在2002年和2015年之間，歐亞大陸的干旱年份里地球旋轉軸向東波動，而潮濕的年份向西運動。

人造曲折

雖然水和冰的這些運動是由自然過程和人類行為的結合引起的，但影響地球晃動的其他變化是我們人類自己造成的，稱為人造曲折。

2016年，格羅斯的同事研究發(fā)現，氣候變化對地軸傾斜角度的影響遠比過去認為的要嚴重。冰川融化后的大量淡水注入海洋會造成地球傾斜。據他估計，目前格陵蘭冰層融化會導致地軸以每年2.6厘米的速度傾移，并且這個速度在未來還會加快。

早在2007年的一項研究中，他們模擬了二氧化碳增加對海底壓力和循環(huán)造成的海洋變暖的影響。發(fā)現這種變化會將質量轉移到更高緯度，這將使每天縮短0.1毫秒（1 / 10，000秒）以上。到了2009年，他們又有新的發(fā)現——這種變化也會造成地球傾斜。

根據聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會所做的預測，2000年至2100年的100年間，地球大氣中二氧化碳會增加一倍。那么，根據這個預測，地球會產生什么樣的變化呢？對此他們進行了模擬研究。結果發(fā)現，隨著海水變暖，海洋會不斷擴張，越來越多的海水將被推到海洋大陸架淺區(qū)。在下世紀，將使地軸北極點每年向阿拉斯加和夏威夷方向移動1.5厘米。

科學家指出，雖然這種影響還相對較小，地球極點還不會因此而瘋狂地漸行漸遠，但這種變化還是確定無疑的，在研究地軸偏移時必須加以考慮。而跟蹤地球兩極的運動有助于在未來幾十年監(jiān)測海平面的總體上升水平。

2010年智利地震

北京時間2010年2月27日14：34（當地時間2月27日凌晨3點34分），智利發(fā)生里氏8.3級特大地震（美國地質勘探局將地震定為8.5級，后調整至8.8），震中位于智利首都圣地亞哥西南339千米，震源位于地下55千米。

格羅斯研究了這次地震。在尚未發(fā)表的研究中，他計算出板塊的運動使地球的平衡軸偏移了約8厘米。然而，這只是一個基于模型的估計。目前為止，這個結論未必很準確，因為這項研究的假設刪除了所有影響地球旋轉的其他棘手因素。格羅斯和其他人在此之后嘗試觀察地球旋轉方式的實際變化，通過跟蹤GPS衛(wèi)星數據中的地震來繼續(xù)研究。

當構造板塊互相碰撞時會影響一天的長度。這有點像一個冰上舞者的定點旋轉：她可以通過收攏她的手臂加速，從而將她的質量更集中于她的軀干，或相反通過伸出手臂來減速。例如，格羅斯計算，2011年日本發(fā)生的9.1級地震將日長縮短了1.8微秒（1微秒等于一百萬分之一秒）。

“天氣炸彈”

地震發(fā)生時產生的地震波會通過地球內部傳遞能量，而激烈的暴風可以起到與地震同樣的效果。因為科學家在追蹤海上波浪的起源時發(fā)現，海上的波浪起源于一場劇烈的北大西洋風暴，因此這種暴風稱為“天氣炸彈”。

“天氣炸彈”指的是一種小型且發(fā)展迅速的溫帶暴風，這種暴風會產生極難探測到的地震波。

據目前的研究，2014年格陵蘭島和冰島之間出現過天氣炸彈，產生了一個壓力脈沖，傳播到海床并轉變?yōu)槲⒌卣鸩ā环N由自然現象造成的地球深層震蕩——在地表和地球內部泛起了漣漪。

微地震波可以作為表面波（質點振動所引起的波動傳播只在固體介質表面進行）或體波（由震源振動直接產生在地球內部傳播的地震波）被檢測到。盡管表面波過了海岸之后一般無法再檢測到，但體波會穿過地球內部，可以被陸基地震觀測站檢測到，因此成為解析地球結構的理想工具。

四川省地震局、川滇國家地震監(jiān)測預報實驗場四川分中心的李大虎博士說，當波動以大圓弧路徑席卷地球并返回到地表后，地質學家們可以檢測并測量到它們。波動在傳播過程中，遇到重要的地球化學或物理結構分界面的時候，例如在地核和地幔之間的邊界（核幔邊界），它們會發(fā)生反射、折射，甚至停止傳播，這就意味著研究震后波的傳播有助于闡明地球的內部結構。

通過“氣象炸彈”風暴激發(fā)產生的微波記錄，可以構建高分辨率的地球內部結構圖像，還可以精確地計算出上下地幔之間邊界層的深度，重新梳理有關我們地球的結構信息，并可能影響到我們對于地幔對流和構造板塊運動的理解。雖然“氣象炸彈”類型的強烈風暴不像地震那樣常見，但可能發(fā)生在海洋中幾乎任何地方，這就意味著它們可為地球內部結構成像提供補充震源信息，并對地球的震顫產生影響。

月亮引起的潮汐

地球上的潮汐，是由太陽和月亮的“重力拔河”引起的，這對地質斷層施加了額外的壓力。研究人員發(fā)現全球范圍內，潮汐力增強期間，大地震發(fā)生的概率也提升了。

在2016年9月發(fā)表的一項研究中，東京大學的研究人員分析了過去20年大地震前兩周的潮汐壓力。他們調查了日本、美國加利福尼亞和全球三個獨立的地震記錄，發(fā)現發(fā)生在智利和日本東北的大地震，其發(fā)生時間都接近最大潮汐力，或者說是在新月和滿月期間，月亮和地球排成一線時，月球對地球的影響可能最大。

研究人員還發(fā)現，在最大的12次地震中，9次發(fā)生在接近滿月或新月，而對于較小的地震沒有發(fā)現這種關系。

理想的結論是，在這些時候施加的額外的重力可以增加作用在構造板上的力，如果板塊處于應力狀態(tài)，額外的力可能足以將小巖石破壞轉變?yōu)楦蟮钠屏褦嗔选?/p>

雖然這可能是巧合，對此許多科學家都持懷疑態(tài)度，因為這次的研究只考慮了12次地震。

太陽潮

更有趣的是，源自太陽深處的振動可以幫助解釋地球上的許多震動現象。冬至和夏至的黃赤交角達到最大值23.5度。在冬至，太陽潮的高潮點在南回歸線白天達到最大值，夜間變?yōu)樽钚≈?，太陽潮的高潮點在北回歸線白天達到最小值，夜間變?yōu)樽畲笾?，形成半日為周期的最大潮汐的南北擺動。在夏至正好相反。如果此時月亮的白赤交角也達到最大值28.6度，且與太陽、地球近似成一線，就會形成最強的潮汐南北擺動。這是強震易發(fā)生在冬至和夏至附近的原因。

如2004年12月26日月亮赤緯角為27.9度，為日月大潮，為印尼地震海嘯提供了較強的潮汐條件。

一些科學家以較為肯定的表態(tài)稱，太陽活動產生的射電輻射流等因素可誘發(fā)地球內部的能量變化，可能引起局部的微震，當地球內部能量和其他條件都具備時，就會引發(fā)大地震。而且高能粒子流、太陽風以及宇宙射線都會直接或間接誘導地球磁場的變化，激發(fā)某些地層活動的機制。

雖然現在有關地球震顫的原因還沒有精確的結果，但科學家們研究地球震顫的腳步不會停止，正如同地球永不停歇的舞步。