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地震电磁成因假说

科学奥秘 / 2015-05-20
一、利用静电信息成功预报地震的启示
地震预报是举世公认的世界难题,它的复杂性令人望而生畏。部分学者甚至已经悲观地宣称:地震是不可预测的。然而,之所以形成如此局面,有可能是因为我们对地震问题的基
 
本认识有误,是“因果倒置”造成的结果。
关于地震,目前一种已被多数地震学家接受的假说的主要观点是:“地震是地壳岩石受力变形、突然破裂的过程”,作者把它简称为“岩石破裂说”。其代表性理论是美国学者H。
 
F。Reid基于对1906年旧金山大地震中地面出现的最大断层错距为6米的大断裂的观察,于1911年提出的著名的“弹性回跳理论”。
然而这个基于对地震的表面现象的简单判断而得出的理论是否反映了自然真实呢?由于该理论尚不能很好地解释各种地震现象,而且该理论也没有给地震预测预报带来成功的手段
 
和希望,其理论基础并不稳固,致使各种新的地震成因理论或假说层出不穷。
长期的科学观测已充分表明,每一次地震前后尤其是发震过程中,都存在电磁异常现象,这些异常不仅包括电磁波、地电场、地电流以及对应的大气电场的异常变化,也包括地光
 
、地声、地热、红外辐射、地形变以及狂风暴雨之类的气象异常。多数地震学家把这样的电磁异常视为地震的伴生现象,即所谓地下岩石破裂产生的“压电效应”导致的。并做了
 
许多实验“证实”这样的观点。然而如果仅仅通过对地应力的观测,却并不能对地震作出可靠的预报。人们倒是通过对地电的观测,找到了地震预测预报的希望所在。
作者自2002年至2004年近三年的时间内,利用国家图书馆新建的计算机检索系统和中国期刊网CNKI数字图书馆检索、查阅了涉及地震学、地震震例观测报告、地震基本理论、地震
 
电磁现象以及相关的电磁学、静电学、等离子体物理、空间电学、大气电学等多学科的几乎所有能查阅到的书籍及论文资料,并进行综合归纳分析后认为,电磁效应可能是地震的
 
主要成因,而不只是伴生现象。
众所周知,电的能量是十分巨大的,但当电流在导体中流动时我们却并不能感受到它的威力所在,即使测量导体周围的电磁场和电磁波(如在高压输电线周围)也会发现它们都很
 
微弱。只有当电流推动巨大的电动机运转时我们才能感受到电的能量的巨大。地震的情形可能也是这样:当带电粒子(等离子体)在地下流动或处于相对“静止”状态(形成静电
 
场)时,我们感觉不到它的威力,也只能检测到微弱的电磁信号,甚至在发震时检测到的电磁波的能量也并不大,只有当地电场达到一定条件,像强大的电流推动电动机运转一样
 
推动地壳强烈运动(旋扭、晃动、震动)即发震时,我们才能感受到它的能量的强大。
已有大量观测事实充分表明地震本质上是一种电磁现象。
作为地震预报的手段之一,20世纪60~70年代我国许多厂矿、学校和农村都开展过地电观测,虽然由于技术水平的限制,我国于20世纪80年代初,决定暂时淘汰土地电方法,但有
 
少数单位继续坚持观测数十年,并取得了一些引人注目的成果。
 
二、岩石破裂说存疑
事实上,对于“岩石破裂说”,一些地震学家基于自己的研究成果,也指出一些存疑之处,如:
1.板内地震。即远离现代板块边界,发生在大洋板块或大陆板块内部的地震。如1556年陕西关中大地震和1976年唐山大地震,均属于板内地震。地震学家们对“为什么在稳定大陆
 
内的一个地区能释放如此巨大的能量展开了研究,但缺乏地表断裂,阻碍了科学研究,因为无法寻找弹性回跳的证据。”因此“板内地震的原因目前还不十分清楚”[4]。
2.地震应力降问题。“地震专家们长久以来只认为地震是地壳中的应力积累达到其破坏强度而破裂产生的,……对这种认识产生怀疑的理由有二。一是有些强震多发的地区,地壳
 
中应力并不很高,如美国西部加利福尼亚州发育有著名的圣安德烈斯活动断层,自1800年以来在这个地区已发生70多个Ms6.0以上的强震,平均每3年发生一个强震,但这里的地壳
 
应力并不比少震弱震区高。二是,如果强震只是应力积累达到高值而发生,那么强震之后震中区应力因能量释放而应力降低很多,但事实并非如此,例如1976年7月28日唐山Ms7.8
 
级地震前后的应力降仅为(12~30)×105Pa。这样的事实告诉我们,地震的孕育与发生未必只是应力加强的结果,可能还伴随有其他作用。[5]”应该说,这些事实是对岩石破裂
 
说的强有力的挑战。这一点无可争辩地说明了观测事实与该理论是不相符的,矛盾的。这是一个不容回避的问题。“地应力积累”是“岩石破裂说”立论的基础,然而事实却证明
 
这个理论基础与自然界的真实情况并不相符,它经不起实践检验,因此这个立论的基础就不存在了。这就从根本上动摇了这个学说。对于这样显见的错误,那么多的专家居然长期
 
视而不见,岂非咄咄怪事?
3.地震持续时间。事实表明,地震时的地面震动往往长达数分钟,甚至更长。显而易见的是,如果是由地应力积累导致的“岩石破裂”,即便存在“弹性回跳”也决不可能持续这
 
样长的时间。地壳“板块”的“推挤”、“碰撞”(如果存在的话)或地应力的积累是一种缓慢运动的静压力,它所导致的“岩石断裂”也只能是一瞬间的过程。地壳上面覆盖着
 
的巨厚土壤的沉重压力也使它无法长时间地“回跳”。
4.地震波的“点源”特征与“岩石破裂”说不符。观测证实,“每次地震都有震中,地震波都从震中出发,并沿球面均匀地向四周传播。”[6]这说明地震波是一个“点源”,而如
 
果是岩石破裂发出的地震波,则应该在很大面积的地震区出现长长的“线源”(一条或数条)地震波。而这正是“岩石破裂说”的一个致命弱点。仅此一点,也足以证明它是站不
 
住脚的。
对此问题,马龙先生曾作深入分析,他指出:“地震活动的特点是:具有一个体积不是很大的震源;所积累的能量即可以巨大到令地动山摇,也可微弱到让人毫无感觉;在强烈地
 
震发生的前后往往伴随着许多小地震或余震,有时在强烈地震发生前还会出现地声和地光。根据地震所具有的以上特点,如果地震能量是通过固体状态的岩石弹性变形方式积累的
 
,那么,有实验表明,一个强烈地震向外释放出的能量,已经远远超出了体积不是很大的震源材料通过弹性变形所能积累的能量极限,其地应力作用更绝对超出了任何一种固体材
 
料的弹性限度,为什么震源不通过一系列较小的地震活动把积累起来的能量分批释放出来呢?难道震源附近的材料强度都更高,足以承受一次甚至几次强烈地震所具有的地应力作
 
用,只有震源处较脆弱;而与此同时,震源附近的岩层在发生强烈地震时又会产生大范围震动和断裂,在发生强烈地震前震源附近的岩层也可以出现一系列微震或弱震,表明震源
 
附近的材料强度同样都脆弱不堪,根本经受不了比所发生的强烈地震还要低的微震或弱震所具有的地应力作用。如果强烈地震的能量还有来自远离震源几十公里以外处的大体积固
 
体岩石弹性变形积累的能量,则震源应随震级的提高而趋于多点的长带状分布。即使地震所积累的能量很少,震源也不应该呈单一的点状,但我们从未发现强烈地震能够多地点同
 
时爆发,难道造成地动山摇那么巨大的应力是完全集中于一点的?
事实上,即使是人工精心生产的弹性材料和装置,其在超高压作用下通过弹性变形积累的能量密度也是非常低的,这也是直到今天人类还没有研制出高效储能装置的原因之一。天
 
然岩石即使全部是清一色的优质弹簧钢,如果不经过极其精心的设计加工和组装,其通过弹性变形积累的能量,在释放时也根本不可能在地下长时间地产生多次往复震动。如果地
 
震是固体状态的岩石发生破裂造成的,则其破裂时间只能用瞬间来描述,即使是大体积的岩石多处发生破裂,岩石材料的性质决定了破裂只需很短的瞬间就已完成。固体状态的岩
 
石发生破裂造成的震动应该跟一次大爆炸产生的震动类似,不可能像地震那样长时间地高频低幅震动,以至于时间能够超过十秒以上。山体大塌方造成的震动可以延续较长时间,
 
但那是山坡较长的缘故,地壳深层岩石在地震时难道是沿破裂带作远距离滚动运动的?此外,地壳深层的岩石并非弹性极好的单一材料,当地应力作用超过岩石的弹性限度时,由
 
于地壳深层岩石的非单一性,它所积累的能量会优先以部分材料非弹性变形的形式释放出来,不可能成为强烈地震。地应力作用越强,受到地应力作用的范围就越大,也就会有更
 
多地方的岩石发生非弹性变形,将能量释放出来。在地应力作用远远超过岩石的弹性限度,早已经巨大到令地动山摇的情况下,地壳深层的岩石材料在强烈地震爆发前那段时间,
 
为什么不在地应力作用下随着震级提高成比例关系地产生非弹性变形呢?难道有一种超自然的外力作用,不让震源附近的岩石材料缓慢变形,却允许呈单一点状的震源在一个特定
 
的时间开始作高频低幅强烈震动。事实上,双重的真理标准在自然界中并不存在,地壳深层的岩石材料在地应力作用下会不断地产生非弹性变形,随时将岩石材料发生弹性变形积
 
累的能量不断地释放出来,绝不可能在受到超过岩石材料弹性变形应力的作用时不发生变形……”①对这样的质疑,是十分值得引起人们注意、深思的。
同时,人们注意到,“化学爆炸和核爆炸也产生地震波。”[3]这恰恰清楚地表明,“爆炸”效应才是地震波之源。地震波反映的可能主要是地下的某种爆炸过程,而“岩石破裂”
 
则可能只是一种伴生现象。
5.地震时一个十分突出的特征是地面出现强烈旋转运动,以致地震后地面裂缝和建筑物也呈左旋或右旋的旋扭状
有大量观测事实表明这一点。如1976年7月28日中国唐山大地震时,强烈地震过去之后,人们发现震区特别是极震区的地面出现许多变化:有的地方上升,有的地方下沉,有的地方
 
发生平面扭动。强烈地形变区集中在地震断层的两侧。在这个形变条带内,最大垂直错距达1米左右;地震断层水平形变呈顺时针扭动,两侧的点位相对位移量约为2。5米,裂缝出
 
现不同的扭动水平错距与上下沉降落差。一些地方由于受挤压,地面出现鼓包、鼓台。一些地方的扭动使道路、路旁树木错开。[7]
1951年西藏当雄8级地震中,“一组扭性地裂与形变带总体走向基本一致,裂面隐蔽且平直,具右旋性质。”[8]1927年甘肃古浪8级地震,1920年宁夏海原8.5级地震,1902年新疆
 
阿图什8。25级地震,1833年云南嵩明8级地震,[8]1811~1812年美国新马德里3次8.0~8.5级地震,1886年美国查尔斯顿8级地震,1891年日本美浓、尾张8.4级地震,1897年印度
 
阿萨姆邦8.7级地震[9]等等,都有地面裂缝呈明显的左旋或右旋特征的记载。同时有许多建筑物、烟囱出现旋扭,铁路、公路、行道树被旋扭弯曲、错开,人被抛掷过河,感觉头
 
晕等等大量记载。
而且,唐山大地震时,(强大的螺旋力)“……使抱住树的人绕树转了好几圈,行进中的汽车旋转一百八十度。”[10]
“看到大地从北边往南边翻动,来回地滚,就像面条抖动似的。南面人行道边的大树,树梢被晃得挨着了地面,先是向北一扫,接着向南一扫,来回扫地,颠得人根本站不住。”
对地震的这一特别重要的显著特征,用“弹性回跳理论”显然是说不通的,震源深达数千米乃至数十、数百千米的岩石无论怎样“剪切破裂、走滑、粘滑”,也不会使人绕树转好
 
几圈,汽车旋转180°,不会使大地像面条似地来回翻滚,使大树晃得树梢扫地。而这显然都是电磁力作用的结果。
另外,原中国科学院学部委员、地球物理研究所名誉所长傅承义先生在1988年《科学》杂志第2期上撰文指出地震断层成因说存在的几个问题(详见附录)。
“岩石破裂说”与事实之间存在如此巨大的差距,强烈地提示了它可能存在的严重谬误。
三、等离子体能否在地壳内积累
翻阅记录地震实例的资料,立刻就会感到有关地震的电磁现象的信息扑面而来,目不暇接。诸如地光、火球、地声、地震时的热异常、气象异常等等。并且,有大量观测事实表明
 
,可以导致地球电场显著变化的太阳活动与地震关系密切,地震与地电变化同样有密切联系。[12]这一切如此鲜明地警示人们:自然界中惟一强大的长程作用力(引力虽然也是长
 
程力,但过于微弱)——电磁力,可能是导致地震及一系列自然灾害的根源,而不只是伴生现象。
事实上,20世纪70年代前苏联学者就提出了地震成因的“电击穿说”[6],却没有受到应有的重视。
困扰“电磁说”的主要问题有两个:一是能量问题。一般认为,自然界中的静电能很小,不足以产生大地震;二是电荷能否在电阻率较低的地壳内积累的问题。(需要指出,由于
 
“静电荷”(带电粒子)在一般条件下即是“等离子体”,只是不同学科中使用的概念不同而已。为表述方便,本文将“静电荷”与“等离子体”作为等价概念使用。)
一般认为,地球基本上是一个导体,电阻率一般为10~103Ω·m,因此地球上自由电荷必在10-6s内消散,不能积累。[13]
对此认识,若只就地壳局部的静电荷而言也许是正确的,但当把地球作为一个整体来看待时,情况就发生了变化。如所周知,在地球大气层的上方,存在由等离子体组成的电离层
 
和磁层,按照等离子体物理理论,等离子体宏观上总是呈“准电中性”的,但这种准电中性常常会由于带电粒子的热运动和外界带电粒子的闯入而发生偏离,从而引起强电场。研
 
究表明,“实际上,当电子密度ne(以及离子密度n?)足够高时,即使是等离子体电荷有很小的空间分离,也会出现非常强的电场。”[14]另外,“强磁场产生两个重要后果。…
 
…另一个后果是,任一(带电粒子)横越磁场的运动容易产生强电场。……于是宇宙中的电场化到实验室尺度时也常是很强的。”[15]
对地球电离层、磁层而言,等离子体自身的热运动、太阳、宇宙线辐射、太阳风携带的大量带电粒子的涌入,都会使它偏离电中性而产生强电场。由此产生的电离层、磁层电场与
 
地球本体发生电磁感应,由于趋肤效应的存在,将使电荷(等离子体)集中于地球表层即地壳上。而等离子体之所以能在地壳中的某些电阻率较低的区域高密度积聚,可能是由于
 
:地球磁场俘获了空间等离子体而形成了地球辐射带(范艾伦带),地球辐射带形成的磁场反过来又将地球内的等离子体俘获在地球的某些区域(由于这样的磁约束机制,使带电
 
粒子在电阻率较低的地壳内也得以积聚,无法消散)。二者互为因果。同样,范艾伦带以外的电离层、磁层产生的磁场也会将地内等离子体俘获在地球表层的某些区域。
当某个地区的地壳表层中积聚了大量电荷——等离子体,并由于电场演化而达到了等离子体复合的条件(复合率超过电离率)时,地内积聚的大量等离子体就会发生集体复合,并
 
释放出巨大能量(等离子体复合是电离的逆过程,这个过程会将物质电离时吸收的能量重新释放出来),如此就形成了地震。
科学家们已经发现,在导电性能良好的海底也有闪电。这是前苏联的科学家在日本海底发现的。灵敏的电场仪表明,海底放电的频率与大气中闪电频率相同。[16]这清楚地表明,
 
即使在导电性良好的物体中,也可以有等离子体的积累。
而太阳、宇宙线辐射的能量则维持了电离层、磁层电场的长期存在。所以,地震释放的能量,最终主要来源于太阳辐射。据估计,一年中地球从太阳接受的能量约为6×1017千瓦小
 
时。尤其是太阳活动剧烈,爆发大量的黑子、耀斑、太阳风、质子事件……时,太阳对地球电场的影响更为显著。在这些太阳活动中,耀斑释放的能量最为巨大。一次特大的3B级
 
耀斑所输出的总能量为6×1032尔格。而且太阳耀斑所传播的能量80%以上是荷电粒子。所以对地球的影响更大。[17]另外,太阳风也是荷电粒子,同样能对地球电场产生显著影响
 
其次是地球的内能产生的等离子体。地球内能一是来自地球的引力收缩能,由于引力的作用,地球中心的物质在高压下达到极高的温度,据科学家们估算,地心温度可达6000°C以
 
上。这样高的温度足以使物质发生电离,形成大量荷电粒子;二是来自地内放射性同位素如铀、钍等的放射性辐射,这些同位素在放射性衰变时也会释放大量荷电粒子如α粒子、
 
β射线等。这些粒子与其它物质发生碰撞,又会使之发生电离,形成更多的荷电粒子。另外,所谓潮汐能、地球自转能、地壳内的种种物理、化学变化、海水运流、大气运流、雷
 
电活动等等,都可以为地壳提供大量的静电能。
 
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