靳小津

古人認(rèn)為地球是個平面，麥哲倫環(huán)球航行推翻了這一點(diǎn)，隨后科學(xué)家指出地球是會轉(zhuǎn)的——地球每23小時(shí)56分4秒繞著它的軸心轉(zhuǎn)一圈，同時(shí)也繞著太陽在自己的軌道上轉(zhuǎn)動。然而地球非常需要存在感，除了自轉(zhuǎn)和飛奔以外，地殼之下無數(shù)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(zhuǎn)。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(zhuǎn)，其理論傾斜角度為23.5?，但由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，因此地軸的傾斜角度也不會永遠(yuǎn)固定不變，而是隨著質(zhì)量分布的變化而變化。這導(dǎo)致了地球自轉(zhuǎn)所繞的軸心和南北極也總是搖擺不定。

當(dāng)然，除了一定級別的地震以外，大部分時(shí)間我們不用擔(dān)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(nèi)部的運(yùn)行機(jī)制，越能便捷地進(jìn)行追蹤、定位，降落宇宙飛船，以及預(yù)測地震海嘯。

來吧！讓我們看看以下7項(xiàng)能讓地球震動的事。

錢德勒震顫

關(guān)于地球震顫，學(xué)術(shù)界最有影響力的當(dāng)屬“錢德勒震顫”。美國天文學(xué)家塞斯·卡洛·錢德勒在1891年發(fā)現(xiàn)地球兩極每14個月會移動9米左右，科學(xué)家將這種現(xiàn)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(diǎn)插入地球，再由北極點(diǎn)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(diǎn)，這說明地球在自轉(zhuǎn)時(shí)自轉(zhuǎn)軸并非固定指著一個方向。而每經(jīng)過14個月，這支筆會畫出一條螺旋線。

20世紀(jì)的科學(xué)家們認(rèn)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(yùn)動。然而對于其產(chǎn)生的確切原因，科學(xué)家們還不能完全確定。

美國地球物理學(xué)家查德·格羅斯在2000年時(shí)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(jìn)實(shí)驗(yàn)所。他做了一個實(shí)驗(yàn)，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(jié)束。他計(jì)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?yàn)榧竟?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(nèi)部的巨型石塊移動一樣會影響地球的旋轉(zhuǎn)。例如，受北美、歐洲和亞洲的大量冰原影響，地球北極點(diǎn)以每年大約10厘米的速度沿著西經(jīng)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(diǎn)位置的GPS測量值與來自GRACE（GRACE是一項(xiàng)使用衛(wèi)星來測量地球周圍質(zhì)量變化的研究）的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)：近期北極點(diǎn)轉(zhuǎn)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(shí)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(xiàn)極點(diǎn)的運(yùn)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(xiàn)，在2002年和2015年之間，歐亞大陸的干旱年份里地球旋轉(zhuǎn)軸向東波動，而潮濕的年份向西運(yùn)動。

人造曲折

雖然水和冰的這些運(yùn)動是由自然過程和人類行為的結(jié)合引起的，但影響地球晃動的其他變化是我們?nèi)祟愖约涸斐傻?，稱為人造曲折。

2016年，格羅斯的同事研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化對地軸傾斜角度的影響遠(yuǎn)比過去認(rèn)為的要嚴(yán)重。冰川融化后的大量淡水注入海洋會造成地球傾斜。據(jù)他估計(jì)，目前格陵蘭冰層融化會導(dǎo)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(xiàng)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(xiàn)這種變化會將質(zhì)量轉(zhuǎn)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(xiàn)——這種變化也會造成地球傾斜。

根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會所做的預(yù)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(jù)這個預(yù)測，地球會產(chǎn)生什么樣的變化呢？對此他們進(jìn)行了模擬研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著海水變暖，海洋會不斷擴(kuò)張，越來越多的海水將被推到海洋大陸架淺區(qū)。在下世紀(jì)，將使地軸北極點(diǎn)每年向阿拉斯加和夏威夷方向移動1.5厘米。

科學(xué)家指出，雖然這種影響還相對較小，地球極點(diǎn)還不會因此而瘋狂地漸行漸遠(yuǎn)，但這種變化還是確定無疑的，在研究地軸偏移時(shí)必須加以考慮。而跟蹤地球兩極的運(yùn)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(shí)間2010年2月27日14：34（當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月27日凌晨3點(diǎn)34分），智利發(fā)生里氏8.3級特大地震（美國地質(zhì)勘探局將地震定為8.5級，后調(diào)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(jì)算出板塊的運(yùn)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(jì)。目前為止，這個結(jié)論未必很準(zhǔn)確，因?yàn)檫@項(xiàng)研究的假設(shè)刪除了所有影響地球旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方式的實(shí)際變化，通過跟蹤GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的地震來繼續(xù)研究。

當(dāng)構(gòu)造板塊互相碰撞時(shí)會影響一天的長度。這有點(diǎn)像一個冰上舞者的定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)：她可以通過收攏她的手臂加速，從而將她的質(zhì)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(jì)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(shí)產(chǎn)生的地震波會通過地球內(nèi)部傳遞能量，而激烈的暴風(fēng)可以起到與地震同樣的效果。因?yàn)榭茖W(xué)家在追蹤海上波浪的起源時(shí)發(fā)現(xiàn)，海上的波浪起源于一場劇烈的北大西洋風(fēng)暴，因此這種暴風(fēng)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(fēng)，這種暴風(fēng)會產(chǎn)生極難探測到的地震波。

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

微地震波可以作為表面波（質(zhì)點(diǎn)振動所引起的波動傳播只在固體介質(zhì)表面進(jìn)行）或體波（由震源振動直接產(chǎn)生在地球內(nèi)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(nèi)部，可以被陸基地震觀測站檢測到，因此成為解析地球結(jié)構(gòu)的理想工具。

四川省地震局、川滇國家地震監(jiān)測預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場四川分中心的李大虎博士說，當(dāng)波動以大圓弧路徑席卷地球并返回到地表后，地質(zhì)學(xué)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(xué)或物理結(jié)構(gòu)分界面的時(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。

通過“氣象炸彈”風(fēng)暴激發(fā)產(chǎn)生的微波記錄，可以構(gòu)建高分辨率的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，還可以精確地計(jì)算出上下地幔之間邊界層的深度，重新梳理有關(guān)我們地球的結(jié)構(gòu)信息，并可能影響到我們對于地幔對流和構(gòu)造板塊運(yùn)動的理解。雖然“氣象炸彈”類型的強(qiáng)烈風(fēng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)成像提供補(bǔ)充震源信息，并對地球的震顫產(chǎn)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(zhì)斷層施加了額外的壓力。研究人員發(fā)現(xiàn)全球范圍內(nèi)，潮汐力增強(qiáng)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(xiàng)研究中，東京大學(xué)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(diào)查了日本、美國加利福尼亞和全球三個獨(dú)立的地震記錄，發(fā)現(xiàn)發(fā)生在智利和日本東北的大地震，其發(fā)生時(shí)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(shí)，月球?qū)Φ厍虻挠绊懣赡茏畲蟆?/p>

研究人員還發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)這種關(guān)系。

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

雖然這可能是巧合，對此許多科學(xué)家都持懷疑態(tài)度，因?yàn)檫@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(xiàn)象。冬至和夏至的黃赤交角達(dá)到最大值23.5度。在冬至，太陽潮的高潮點(diǎn)在南回歸線白天達(dá)到最大值，夜間變?yōu)樽钚≈?，太陽潮的高潮點(diǎn)在北回歸線白天達(dá)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(shí)月亮的白赤交角也達(dá)到最大值28.6度，且與太陽、地球近似成一線，就會形成最強(qiáng)的潮汐南北擺動。這是強(qiáng)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(qiáng)的潮汐條件。

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

雖然現(xiàn)在有關(guān)地球震顫的原因還沒有精確的結(jié)果，但科學(xué)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。