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来源:奇闻异事

地质活动气象学(地动热转移效应):旱震相关性的科学原理

在世人毫无准备的情况下,在地震管理部门无震预报的情况下,2008年5月12日14时28分,一场突如其来的8.0级大地震降临在青藏高原东部边缘的四川省汶川映秀-北川-青川地震带(应命名为北川地震),造成巨大生命财产损失,遇难者近10万人,受伤者超过30万人,500万人失去住所而逃离家园,受灾人口超过1000万人,经济损失近10000亿元,北川等多座城池被夷为平地,众多地震滑坡堰塞湖和受损水库大坝威胁岷江下游成都平原,地震还波及到北京、上海、、海南等地。

最令人痛心的是,对于512北川大地震来说,事前并非没有相关预报。耿庆国先生根据旱震相关性提前预报了此次大地震(包括中长期预报和短期预报),国外科学家也有相应的中期预报。从法律角度来说,地震管理部门不作有震预报,就等于是在作无震预报;既然作出了无震预报,一旦发生破坏性地震,就等于是错报,就是严重的失误、失职、渎职,必须受到政纪和法律的严肃追究。鉴于目前地震预报水平,笔者主张国家地震局应建立随时向全社会提供“地震发生概率预报”的制度,详情见笔者《地震预报应借鉴气象预报,提供“地震发生概率预报”服务》、《地震发生概率预报实施细则:在地震来临之前拉响警报!》等文。

一 、旱震关系研究

旱震关系研究的领军人物是耿庆国先生(曾任国家地震局分析预报中心研究员),他从1972年开始深入研究旱灾与地震的对应关系,《中国科学》(B辑)1984年7月第7期发表了耿庆国的论文《旱震关系与大地震中期预报》,该文论述了作者在研究孕震过程中的气象效应问题时发现:6级以上大地震的震中区,震前一至三年半时间内往往是旱区。旱区面积随着震级大小而增减。在旱后第三年发震时,震级要比旱后第一年内发震增大半级。据此提出运用旱震关系进行大地震中期预报的方法原则。

事实上,1975年2月4日,即1972年华北及渤海地区大旱后两年零一个月,在辽宁锦州—岫岩特旱区内发生了海城Ms=7.3级强震;于1976年7月28日,即1972年华北及渤海地区大旱后三年半,在河北唐山特旱区内发生了唐山Ms=7.8级大地震和滦县Ms=7.1级强震。而2008年5月12日的北川大地震,也是发生在2006年四川盆地大旱之后的两年。

对于旱震关系的原理,耿庆国的解释如下:在大地震的孕育过程中,可能存在着影响气象的因素。地震作为地球内部(特别是地壳和上地幔)矛盾运动的产物,直接的因素仍然是地应力的集中所致。在孕震过程中,不仅有力学过程存在,而且同时伴随有热、电、磁等物理化学过程存在。在孕震过程中,在震源体积内及其前兆异常场区域中,可能有地下放出的热能、电磁能、化学能(即载热、载电的物质)上升到地表,这些都可能造成了低空大气的异常现象。而地下旧有的断裂带和断裂带在孕震过程中新产生的微破裂,有可能提供地下物质和能量上涌的通道。即在大地震孕育过程中,由于地热增高,使近地面出现干热特征,导致空气中水汽含量大大降低,平均绝对湿度变小,不但改变了云的状况,而且由于根本缺乏水汽条件,因而不易产生降水,出现了地表面的干旱局面。孕震过程中造成干旱的原因,除地热变化这一根本因素外,地球内部电场和低空大气电场的相互作用,也是一个重要的因素。

二 、从四川盆地木桶效应到旱震说

2006年四川盆地(重庆市和四川省)发生百年未遇的特大高温干旱,嘉陵江水位下降几近断流,长江水浅几近断航,大批水库见底,数以百万计的民众吃水困难。笔者根据人造地形气候学原理指出,三峡大坝的出现,相当于把四川盆地这个木桶的一条最短的木条加高,对太平洋水汽进入四川盆地形成风阻效应,从而导致特大高温干旱的发生。此说一出,立即引起国内外广泛关注,中央电视台“新闻周刊”曾邀请笔者参加有关讨论。

有必要指出的是,当时笔者估计三峡大坝风阻效应对四川盆地高温干旱的贡献作用约占10-30%,其它因素则与大气环流、地质活动等有关。为此,笔者特别关注四川盆地的地质活动,但是仅限于对地震活动的注意,以及地下是否有热量释放到地面,应该说并没有发现明显的异常,诸如温泉增加、岩浆上升等。

与此同时,笔者对耿庆国的旱震说,虽然早有所闻,也认为有道理(大面积干旱会导致重力变化),不过仍然把旱震说视为一种统计概率,认为它缺少深层次的科学原理支持。但是,512大地震的发生,让笔者重新思考2006年四川盆地大旱与地质活动的关系,以及旱震说的真正形成机制。

三 、热传输的第四种方式“动热转移”揭开旱震说的科学原理

众所周知,热转移或者热传输主要有三种方式,即热传导、热辐射、热对流。其实,热传输还有第四种方式,即机械能转变成为热能。我们都知道,压缩空气时,空气会放热;用力弯曲铁丝时,铁丝会发热;两只手相互摩擦时,能够提高手温;这都是在把机械能转变成为热能,只不过我们习惯上往往不把这类现象视之为热传输,而是视之为热生成。有鉴于此,笔者建议,把机械能转变为热能的现象,归入到热传输里,即第四种热传输方式,可以命名为“动热转移”。

耿庆国在解释旱震说时的理由“在孕震过程中,在震源体积内及其前兆异常场区域中,可能有地下放出的热能、电磁能、化学能(即载热、载电的物质)上升到地表,这些都可能造成了低空大气的异常现象”,给人的感觉是语焉不详:什么是“地下放出的热能”?其实,笔者在解释四川盆地2006年大旱的原因时,除了三峡大坝的风阻效应之外,也在寻找地下的原因,亦即“地下放出的热能”,可惜当时并没有找到明显的异常。

但是,当笔者把“动热转移”现象用于解释地质活动时,一下子就恍然大悟:旱震说所谓的“地下放出的热能”,并不一定需要有什么载体携带热量上升,而实际上在很大程度上就是地质活动的机械能直接转变成为的热能!具体来说,在地质活动活跃期,地壳的移动、板块的移动、地层的相互挤压,都会把巨大的机械能转变成为热能并释放到地表,从而给该区域带来额外的热能,宏观表现形式即大面积干旱。事实上,自从1976年8月松潘地震之后,松潘地区的沼泽湿地(红军当年过草地的地方)就在持续萎缩,如今已经几乎见不到多少沼泽地了;此前笔者对这种现象的解释是岷江流域的一系列水库大坝对水汽形成风阻效应,现在看来还有必要增加地壳运动导致的“动热转移”效应。

据此可知,所谓旱震说,实质上是由两个阶段构成的。第一个阶段是“地动热转移造成干旱”,干旱区的面积和干旱强度(即总热量)与该区域地壳运动机械能直接相关。
第二个阶段是“干旱结束前发生地震”,所谓“干旱结束前”,实际上标志着此次的地壳运动达到一个极限点,其位移或者挤压力达到顶峰,这时不会继续释放热能,因为地壳运动的机械能已经基本结束,当然也就不会再继续转变成为热能了。值得注意的是,“干旱结束前发生地震”,对作出短临地震预报是非常重要的参数。此次512北川大地震,正是在2006年四川盆地大旱、2007年四川盆地继续干旱,到2008年春季转为雨水增加的背景上发生的,其作用机制则是青藏高原地块对四川盆地的挤压地动热转移效应。

当然,我们还要考虑到其它影响到干旱形成和结束的因素,例如热带风暴的出现。与此同时,这也就意味着,“地动热转移造成干旱”的现象实际上是叠加在其它气象机制的背景上的。也就是说,当其它气象机制的作用超过“地动热转移造成干旱”的作用时,虽然不会表现出大面积干旱,但是却仍然有可能发生地震。有鉴于此,如果我们有手段监测到地下“地动热转移”的过程和强度(例如利用红外观测仪),那么我们就可以不借助干旱这种宏观现象,同样能够准确的预报地震。

四 、地质活动气象学

根据“地动热转移造成干旱”现象,笔者认为学术界有必要构建一门新学科,即“地质活动气象学”,或者称之为“地质活动气候学”,简称“地质气象学”或“地质气候学”。此前,学术界比较关注地热、火山、造山运动等地质现象对气候的作用。现在看来,地质运动、地壳运动、板块运动的机械能转变成为热能的过程,同样会对气候产生直接和间接的巨大作用。

事实上,我们地球的内部是一个5000摄氏度高温的熔岩球,其热量在不断地向地表释放,既通过热传导、热辐射、热对流方式释放,也经由“动热转移”方式在释放。从这个角度来说,板块运动、地壳运动、地质运动和地震活动的动力(包括其形成机制),除了地球自转、公转等天文因素之外,在很大程度上乃是取决于地球内部热量向地表的不均匀释放。
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