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2014-09-10

如何认识地球的“喜怒哀乐”

李开乐

       最近有幸阅读了以汤懋苍先生为主所发表的一些有关地热涡思维的文章【1】~【9】,那才真正代表了地球科学的认识前沿。汤先生是中科院兰州高原大气物理研究所研究员,他把气候变化与地幔对流、地壳岩石圈的温度变化、地倾斜造成的地表“凸凹度”、地震的发生等现象都紧密联系在一起,看成是地球系统内部彼此相互影响的各种表现,这体现了内因论、系统论的哲学理念,对地震、气候预测,对人类逐渐全面认识好地球的“喜怒哀乐”有着重大意义。

       笔者也用新的思维方法,从新的角度进行思考,才写成了全新观点的《大自然寻真》书稿(40多万字),内容包揽了宇宙、天文、地球、海洋、大气各领域,用物理、力学、唯物辩证、逻辑推理等知识,合理解释了大自然领域中几乎能想到的重大疑难问题。用笔者的观点看,就觉得汤懋苍先生虽然还未能揭示地热涡等概念形成原因的内在机理,却看到了各种现象之间的根本关系,这已经使地学前进了一大步。笔者将汤懋苍先生所讨论的各种地球变化现象简单归纳进了附表中,其中黑体字且打括号的内容是笔者按照自己观点另外添加的。下面就用《大自然寻真》的观点和方法对各种现象的成因及相互关系做些具体解释,希望能真正揭示它们内在机理的本质。

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       笔者认为,要真正认识地球的现在,就必须先了解地球的过去,了解它的来历和演变。所以,最好能先阅读《大自然寻真》(已经全书发表于人大经济论坛网站,见欢迎信可了解各部分内容的链接:https://bbs.pinggu.org/thread-2992116-1-1.html),尤其要阅读第14章 地球的诞生与海陆的形成:https://bbs.pinggu.org/thread-3008435-1-1.html

       正如笔者在附表中所述:“地心附近永不停止的热核反应才是地球系统一切变化现象的动力来源和根本内因”,这是哲学根本规律所决定了的。月亮诞生于地球,地球又诞生于太阳,这种诞生次序决定了地球的内外构造和表面景观的形成,也决定着地球当前各种现象的发生和相互关系。笔者完全否定了天文学中的星云说有关太阳系的形成理论,认为不论生命界还是非生命界,诞生现象都只能发生于远离平衡态的开放系统,能量微弱的离散性物质(宇宙星云)绝不可能自动凝聚成为大天体。地球刚从太阳诞生出来的初期,也像目前的太阳一样,是全热熔状态的自转液态球。热力学第二定律决定着热熔状态的初生地球不断向太空辐射掉热量,而地心里的高温又不断向外传出来热量,这种情况一直维持至今从未停止。虽然地表面已经由于冷却作用而逐渐凝固成了硬地壳,但地核依然还保持着六七千度以上的高温,这就充分说明了地热是不断外传的,否则就会是里外温度一样高。当然,尽管地热外传是时刻不停,却不可能是随时间均匀地进行,而只能是时强时弱地发生变化。“弱”属量变过程,是常态;“强”是质变过程,采用了爆发的形式。因为能量的外传有了突发性的爆发过程,于是就有了地震等一系列现象的发生了。笔者分析当前的地球系统发生质变时所表现出来的一系列现象的前因后果,具体阐述如下。

       可以按照附表自上而下的顺序进行解释,首先是地核附近所积聚的热核反应能量突然向外爆发,具体表现是一大团好几千度的高温气体(主要是甲烷)沿着低纬度的地球半径从里向外逐渐加速地冲了上来。由于岩浆的粘度大,使得气团上升速度的加速十分艰难,所以在第一个高温气团突破了地心里的高压开始上升之后,其后部就不断跟上了继续加速热核反应所产生的气体,使加速外排的高温气体变成了从里向外的加速上升气柱,而并非一个孤立的上升气团。速度大就压强小,所以这个上升气柱一边上升又一边吸引着周围的熔岩朝着气柱的方向流了过来。由于地球的自转,科里奥利力便对汇聚流向气柱的周围熔岩起作用,于是,气柱的上升不仅带动着周围的岩浆一起上升,而且都是旋转着从里向外地冲了上来,其流场正像是一个大气龙卷风在地面底下的倒影。北半球是逆时针旋转,南半球相反。旋转着的高温气柱和熔岩上冲来到地球表层,却碰上了硬地壳挡住了,结果便是地壳的内壁不断地挨着冲撞、旋磨、烘烤,而且接受面是圆形的(汤懋苍先生称地壳上的这个圆形区为地热涡,称地幔里的液态涡为地幔涡)。由于太平洋是冲喷出月球的地方(见《大自然寻真》第13章 月球的诞生:https://bbs.pinggu.org/thread-3007724-1-1.html),说明地心附近发生强烈热核反应的位置偏心于地球的太平洋这一侧,太平洋地震特多也说明了这一点。因此,全球概念的地震和地球自转的周期变化主要从太平洋开始表现出来:

       1. 当地球内核的能量从太平洋方向(尤其西太平洋较强)爆发上来时,太平洋地壳忍受了一段时间之后必然发生破裂而将高压气体释放掉。如果地壳的破裂只是暂时发生在内层而地表面尚未爆开,那么将只是发生一般地震而已,没有海啸产生;如果地表面被爆开而释放出了大量气体,那么海啸的形成就是必然的了(见《大自然寻真》第22章 海潮与海啸:https://bbs.pinggu.org/thread-3012723-1-1.html)。

       2. 当遇上地球内核强烈爆发周期时,地转速度必然受到影响。可以简单地想象得到,本来是匀速旋转的地球,却突然从里向外闯出了与转动方向相垂直的力量不断进行干扰和削弱,此时的地转速度不被减慢下来才怪哩!

       3. 正当地转受了影响而逐渐减慢的时候,太平洋地壳的内壁受了烘烤而升温也很快上传到了海底地表(要知道太平洋海底是一个能够迅速传热的“金属大锅”),于是低纬度海水的温度也升高了。

       4. 地转的突然减慢,海水温度又突然升高,海洋环流当然就跟着全乱了,于是厄尔尼诺现象也跟随发生了(见《大自然寻真》第21章 地球自转与厄尔尼诺:https://bbs.pinggu.org/thread-3011472-1-1.html)。

       5. 虽然厄尔尼诺现象既是海洋异常现象,也是气候异常现象,但气候变化要滞后得多,所以才造成了全球气温的升高比地转速度的减慢推迟了5年(根据汤懋苍先生的结论)。

       6. 地转速度的减慢引起了大气环流的混乱,进而引起了降水年景的大气候变化,这要比全球气温的变化快得多,不须推迟5年,只在一两年内就能见到旱涝不均等气候异常现象。

       请接着继续关注附表的最下面4行的情况。除了太平洋是否处于地震活跃期(其实就表征了地核反应是否处于爆发期),从而就引起了上列所述的全球性的一系列特征变化之外,在外地核和地幔的某局部朝着陆地方向的某局地所产生出来的非全球性的次级爆发,也经常造成了局地地壳变化和局部气候变化(特别是降水)。当旋转着的高温气柱和熔岩上冲来到地球表层,正面挡住了气柱的硬地壳内壁不断地挨着冲撞、旋磨、烘烤之后,地温就逐渐升高了。当然,地球的陆地部分与太平洋底面的组成成分不同,它当初是热熔状态的地球表面的轻浮物,越靠近表面层,导热性能就越差。与海洋相比,陆地其实是隔热层。如果没有了这一层,人也无法在地面上生活。尽管陆地是隔热层,底下热气柱的持久烘烤所上传到地表的微量热能一样被人类的精密仪器探测到了。而且,整个地壳层有几十公里厚度,其整层的升温和热胀冷缩的结果当然也就使地面凸了起来,而且凸起的位置必定与地温升高的位置完全相互吻合。必须注意,是深厚地壳整层热胀冷缩的原理使地面凸起,并非“上地慢对流涡的上升运动区必然要顶托着地壳向上凸起”。相对脆弱和有过破裂史的地方,在受了冲撞、旋磨、升温膨胀之后,到了承受不了之时就肯定要出现程度深浅不同的破裂而发生地震。同时,由于局部的地温升高,就肯定加强了这一地域空气的上升对流,于是降水也必然增多,但由于中国所处纬度相关配合的高空降雨云系的特定移动方向,增加降水或容易产生涝灾的地方应该在地温升高或强震源地域的东北偏东方向,而不是两者相互吻合。

         ( 文章未完,请继续见于下面一楼 )

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2014-9-10 18:56:40
---------紧接上面内容:

       另外还要再解释几小点。①.为什么“在华北北部的地幔涡,其相应的最强地震总出现在涡中心的南—西南方(方位角为180~230°)”,“华南沿海的地幔涡,与其对应的最强地震总出现在方位角为40~90°的扇形区中”;②.为什么“地幔涡东移出我国国境集中在三个地区,即长江口、黄海和东北地区”呢? 我们从①和②便可以知道地幔涡是移动的,而且有着比较稳定的移动路径,我们通过对地面所能观测到的地热涡的丰富而详细的资料,完全可以准确地绘制出地内岩浆表层的全球陆地范围内的岩浆环流图。为什么能这样说呢?细分析起来,从①便可知,华北北部那里的地幔涡是沿着南-西南而朝向了北-东北方向移动的。因为地幔涡初到达之时也是相应地壳从里向外逐渐升温之始,等到地温缓慢升至最高使地壳承受不了而发生爆裂和地震时,地幔涡早已向前移动了相当距离了。这一点既说明了地幔涡是移动的,又明确了其移动方向,而且速度可以根据观测资料准确计算。华北北部的地幔涡是从南-西南移向了北-东北,这近似于大气中的气旋移动方向。华南沿海地幔涡的情况,又类似于大气环流中低纬度的东风波漩涡系统的移动方向。当然,由于地内环境与大气周围环境不同,两者的环流模式不可能完全一样。从②的情况看,地幔涡也与大气中的温带气旋中心或者冷高压中心的出海情况相似。这些情况都充分说明了笔者在《大自然寻真》书稿中的思路是正确的:地球除开了硬地壳之外,里面依然是液体状态。而且,不论是地内的岩浆,或者是地表的海水和大气,都同样在星球自转力学原理的操控下运动,都保持着永不停止的环流,环流总趋势都是“两极赤道截面上涌赤道表面两极(见《大自然寻真》第18章 地下环流与典型海岸地形:https://bbs.pinggu.org/thread-3010499-1-1.html)。

       ③.为什么“地磁场变强(弱)与全球气温上升(下降)相对应,但气温变化滞后于地磁场的变化”呢?这得首先从地磁场的形成说起。由于地球的自转又配合了地心不断有热量从低纬度上传到达地表层,就使得地内岩浆环流也类似于大气环流,在中纬度的地壳内侧形成了两圈相对高速的岩浆急流。岩浆的高温和电离,又使那两圈自西向东的岩浆急流呈现为两圈强大的环形电流(电子流,带负电),于是地磁场也产生了(见《大自然寻真》第19章 地下环流与地磁场:https://bbs.pinggu.org/thread-3010602-1-1.html)。每当地核的能量向外大爆发的时候,低纬度岩浆的上升对流就特别加强,从而整个地内环流都跟着加强了,而且最后的结果都把能量集中汇入了中纬度的那两圈岩浆急流,于是,地磁场也当然跟着变强了。地磁场的变强肯定不会比地核的能量向外大爆发时推后了太长时间,但因“全球气温的升高比地转速度的减慢推迟了5年”,因此,地磁场变化就必然还是超前于全球气温变化的。

       地球从太阳诞生出来之后就自己成了一个独立的系统,它的一切行为都主要由本身产生。虽然它依然与太阳有着密切关系,但太阳对它的影响属外因,是它一切行为的次要原因。这正如父母亲虽然对子女的行为有影响,但成年子女的行为必然由自己决定,也要自负其责。初生的地球系统是开放系统,组成它的物质都远离了平衡态,直观上是热熔状态。地球依靠着自转而维系了球体内部的有序环流模式,迅速有效地将极度高温的球心热量顺畅地从低纬度排出球面,再释放向太空,即与环境进行了能量交换,维持了生动活泼的系统状态。地球系统的有序运作,也与简单的贝纳德实验和煮开水过程一样,都以热能为能源,都是耗散结构系统,其中的详细奥妙都在《大自然寻真》的书稿中有阐述。虽然目前的地球由于硬地壳的形成使它无法再与环境进行物质的自由交换,却由于大海洋底面主要由金属组成,热量可以顺畅地释放出来,即能量依然可以与环境进行自由交换,所以地球还是个标准的封闭系统。由于能量的对外开放,地球就还是个有序运行的系统,它的里里外外都密切联系在一起,它所表现出来的各种现象都是相互联系的。如果我们脱离了系统观念,又放弃了内外因辩证思维,就无法看到地球上各种现象的相互关系,也无法抓住现象变化机制的本质,无法找到发生灾害的根本内因。这样一来,你只能随着地球的表情变化去盲目乐观,或者碰到大灾难时仰天大哭,想要去逐渐认识地球的“喜怒哀乐”,那是异想天开,谈何容易。上述这小段包含了太多的哲学道理,要想更深刻地理解这些哲学道理,还请阅读《大自然寻真》第25章 非生命宏观大自然辩证分析探讨:https://bbs.pinggu.org/thread-2994807-1-1.html第26章 大自然辩证实质概述:https://bbs.pinggu.org/thread-3002586-1-1.html

       参考文献:
【1】汤憋苍,高晓清:气候变化的“地心说”—关于短期气候预测的新思维。地球科学进展,1995.2,10(1)
【2】郭维栋,汤懋苍:地形变场与现代地壳垂直运动及地震活动关系初探。西北地震学报,2002.3,24(1)
【3】李超,欧阳首承,汤懋苍:地温‘流’泛导的溃变与地震预报。应用数学和力学,1998.3,19(3)
【4】汤懋苍等:天灾成因的外核对流说。地球物理学进展,2014,2,29(2)
【5】汤懋苍等:长江、黄河大洪水前期地球系统演变的分析。高原气象,2000.11,19(4)
【6】汤憋苍,高晓清:气候变化预测的新探索。科学,研究论坛,2014,46(6)
【7】汤憋苍,张建:地温突升与短期气候变化初探。高原气象,1990.12,9(4)
【8】汤憋苍:岩石圈强迫对气候变化的作用。气象科学,1995.12,15(4)
【9】高晓清,柳艳香,董文杰,汤懋苍:地磁场与气候变化关系的新探索。高原气象,2002.8,21(4)
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