科学家首次证实南极冰川临界点

作者：文乐乐 来源：中国科学报 发布时间：2021/4/10 14:41:38 

以南极洲为中心的地球    图片来源：Anton Shahrai/stock.adobe.com

       研究人员首次证实，南极洲西部的松岛冰川可能会越过临界点，导致其迅速且不可逆地后退，这将对全球海平面产生重大影响。

       松岛冰川是南极洲西部一个快速流冰的区域，其流失的面积约为英国的2/3。该冰川尤其令人担忧的是，相比南极洲其他冰川，它流失得更多。目前，松岛冰川及其邻近的思韦茨冰川的流失量占全球海平面上升量的10%。

       科学家一直认为，南极洲的这一地区可能会达到一个临界点，从而进入不可逆的后退阶段。这样的后退一旦开始，可能会导致整个南极西部冰盖的崩塌，那里的冰层足以使全球海平面上升3米以上。

       现在，英国研究人员首次证明了事实确实如此。相关研究成果日前发表于《冰冻圈》。

       利用自主研发的先进冰流模型，诺森比亚大学冰河学研究小组开发出了能够识别冰原内临界点的方法。

研究表明，松岛冰川至少有3个明显的临界点。第三个也是最后一个由海洋温度上升1.2摄氏度引发，将导致整个冰川不可逆转地后退。

       研究人员说，环极地深水的长期变暖和浅滩化，加之阿蒙森海风向的变化，可能使松岛冰川的冰架在温暖的海水中暴露更长时间，使温度变化幅度越来越大。

     “全世界不同的计算模型都在试图量化气候变化对南极洲西部冰盖的影响，但在这些模型中确定一段时间的后退是否为一个临界点具有挑战性。”该研究的主要作者、诺森比亚大学地理和环境科学系的Sebastian Rosier解释说，“然而，这是一个至关重要的问题。我们在这项新研究中使用的方法使我们更容易识别未来潜在的临界点。”

     “松岛冰川进入不稳定后退状态的可能性以前就有人提出过，但这是这种可能性首次得到严格确定和量化。”参与这项研究的冰川和极端环境学教授Hilmar Gudmundsson补充说。

      “但这项研究结果也让我担心。如果冰川开始不可逆地后退，对海平面的影响将以米为单位衡量，正如这项研究显示的那样，一旦退缩开始，就不可能阻止它。”Gudmundsson说。

相关论文信息：https://doi.org/10.5194/tc-15-1501-2021 

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/4/455720.shtm

1.       有史以来我国共发生过18次8级地震 

我国是个地震多发国家，有记载以来发生震级M≥8.0地震共有18次，自公元前1177年至公元1969年，除资料不确切外，共发生震级M≥5.0地震2097次（部分数据为史料推断）。1970年至2007年年底，中国（含边界附近）共发生震级M≥5.0地震约4500余次（真实记录）。

从表1中可以发现，中国8级地震的分布特征非常明显：小冰期时期集中在中国东部，温暖期时期集中在中国西部（台湾除外）。这为我国抗震防震指明了方向：温暖期强震频发值得关注（1303-1833年的530年间小冰期有7次，平均每年0.013次；1902-2008年的106年间温暖期有11次，平均每年0.1次。后者为前者的7倍）。 

表1 中国M≥8.0地震基本信息表（部分为推算震级） 

（资料来源科学出版社1977年出版的《地震学基础》第9～10页，部分资料来自中国地震目录，CEIC.ac.cn制图）

http://www.ceic.ac.cn/contents/background/background4.jsp

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-423286.html  

2.       冰川地壳均衡运动是8级地震频发的主因

北京地区6级以上地震的统计规律是发生在小冰期时期和太阳黑子延长极小期的概率最大，值得相关部门关注。小冰期造成的冰盖增大和海平面下降，将产生洋壳上升和载冰陆壳下降，形成规模不等的地壳均衡运动，是中国东部8级地震发生的主要力源。

同理，温暖期造成的冰盖融化和海平面上升，将产生加载的海洋地壳下沉，卸载的原冰盖陆壳上升，形成洋壳下降和陆壳上升的均衡运动。青藏高原冰川的融化是中国西部地震频发的主导力源。

因为考虑到全球变暖导致的海平面上升可能超过历史的记录。由此导致的地壳均衡运动也可能超过历史的规模。这是比温室效应更危险的变化趋势和变化后果。

 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-310914.html  

3. 地球物理机制分析

强震与全球气候变化关系的地球物理解释是：全球变暖导致的海平面上升，破坏了地壳的重力均衡，引起加载的海洋地壳均衡下沉（如同轮船加载，吃水线加深一样），由此而引发的深海强震和海啸又将迫使深海冷水上翻到海洋表面，从而将会引发全球变冷；全球变冷导致海洋100-200m海水层变为两极2000m厚的冰盖，将地壳压扁，形成赤道圈最大的径向张裂，喷出岩浆，形成海洋锅炉效应，导致全球变暖。这就是大自然的自调节作用^[9-11]。

根据地质学的地壳均衡理论（单位均衡面上的物质柱体质量相等），大陆冰盖融化，负载减少，大陆地壳要均衡上升；海平面上升，负载增大，海洋地壳要均衡下降。斯堪的纳维亚半岛在1万年前有2000米厚的冰盖融化，已经均衡上升了500米，并将继续上升200米。同样，全球平均海平面上升了130米，洋壳均衡下降了43米（地壳与水的密度比大约为3：1）。所以，斯堪的纳维亚半岛并没有因为海平面上升而被淹没。对于没有冰盖的大陆，海平面的实际上升仅87米，减少了三分之一。洋壳下降挤压下方岩浆流向大陆地壳底部，使沿海大陆均衡上升。由于地球表面是球面，洋壳下降，球面半径缩小，洋壳将插入到大陆地壳之下，使大陆边缘受到挤压和抬升。

气候变化导致的冰川期与温暖期交替，形成地表巨量海水（大约100-200米深海水层变化）在两极冰盖、大陆冰川和大洋海盆之间往返转移，相应的地壳均衡运动迫使地下软流层发生反向流动，推动地壳运动，达到地壳重力均衡。在地球的球面上，地壳均衡不仅能产生地壳的垂直运动，而且能产生地壳水平运动^[9]。

气候变化导致的冰川期与温暖期交替，形成地表巨量海水（大约100-200米深海水层变化）在两极冰盖、大陆冰川和大洋海盆之间往返转移，相应的地壳均衡运动迫使地下软流层发生反向流动，推动地壳运动，达到地壳重力均衡。在地球的球面上，地壳均衡不仅能产生地壳的垂直运动，而且能产生地壳水平运动^[9]。

由图1中可以看到，两极生成的巨厚冰盖可以压裂地壳，形成两极地壳下沉和赤道地区的最大张裂；冰盖消失后，形成两极地壳的上升和赤道地区的挤压。相同的圆心角在不同半径的球面所对应的弧长是不同的，由于海水增加，海洋地壳AB弧下降到CD弧时，圆心角变大，只能发生两种结果^{[1, 9]}：

其一、大洋地壳AB弧的多余部分插入大陆地壳之下，形成俯冲消减带，是地震频发的地区，其类型为环太平洋俯冲消减带和地震火山带。

其二、大洋地壳AB弧的多余部分象楔一样劈开大陆，推动大陆向两边分离，由AB弧扩张到AE弧，其类型为大西洋两岸的快速扩张。

其三、反之，当海洋地壳CD弧上升到AB弧时，由于弧长增大，其增大部分BE弧就是海底扩张产生的新洋壳。

垂直运动和水平运动

              a 大洋海水减少                            b 大洋海水增加

1-新洋壳，计算时因忽略了与陆壳连接部分，因而计算值比实际值小；

2-旧洋壳，插入大陆壳下或推动大陆分离部分。

       图 1  重力均衡造成的垂直运动和水平运动（据杨学祥，1988）

当全球变暖使海平面上升积累到一定高度时，地壳均衡使洋壳下降收缩，强烈的挤压导致环太平洋地震火山带8.5级以上强震频发，形成拉马德雷冷位相；当全球变冷两极冰盖增大使海平面下降到一定高度时，地壳均衡使洋壳上升在大洋中脊处扩张，这是强震在拉马德雷暖位相较少，甚至不发生的原因。

   我在2008年6月1日指出，地球是一个扁球体，一处地震变形，为另一处的地震变形提供了条件。这就构成了强震的路线图。表1（见网址）的地震从中国开始，又回到中国，这一闭合路线为下一次强震的发生提供了有价值的线索。

       青藏高原是世界屋脊，近30年冰盖融化显著，自然是地壳均衡最强烈的地区。中国地震后，陆海地壳的负荷在内陆地区得到大致调整，接下来就是在陆海连接处的岛弧发生强震。岛弧强震是全球范围的，遍布东西太平洋和印度洋。这就完成了一个循环。

       如果上述规律成立，下一个8级以上强震就必定发生在陆海连接处，按路线图，危险性的排列为：日本、印尼、堪察加半岛附近高纬度地区、南北美太平洋沿海地区。其中，日本、俄罗斯和印尼发生强震的风险最大，其后是南北美太平洋沿海地区。

       http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-27387.html

       事实上，此后发生的8.5级以上地震有：

        2010年2月14日智利8.8级地震；

        2011年3月11日日本9级地震；

        2012年4月11日印尼苏门答腊8.6级地震。

        南美太平洋沿海（智利）、日本、印尼苏门答腊的大震都应验发生了，只有俄罗斯的堪察加半岛和美国的西海岸还在蠢蠢欲动：

        据中国地震台网测定，北京时间2013-05-24 13:44 在鄂霍次克海（在堪察加半岛西部沿海）（北纬54.9，东经153.3）发生8.2级地震，震源深度600.0公里。

        中新社旧金山8月30日电当地时间8月30日上午，美国阿拉斯加州阿留申群岛发生7级地震，之后再发生数次4.7级至5.4级余震，美国地质勘查局称未引起海啸。

        下一次8.5级以上地震在哪里？

        如果本规律正确，最大的可能性是在美国和日本，日本将有连续大震发生的可能。俄罗斯为第三位。

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4.  下次小冰期高峰在3107-3452年

图1 潮汐强度1800年气候变化周期（据查尔斯·季林，2000）
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1199018.html

2000年查尔斯·季林（Keeling）提出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷，形成的全球气候波动周期大约为1800年。在十五世纪小冰期时期，潮汐强度为最大值，以后开始减弱，直到3100年潮汐强度又将达到最大值。潮汐调温效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到二十四世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷^[2]。潮汐高低潮还有200年左右的明显周期变化。其中，1425年、1629年两次峰值对应小冰期时期，1770年的峰值对应18世纪的低温，1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷。特别是潮汐54-56年周期（与太平洋十年涛动的50-70年周期对应），在全球气候变化中有非常明显的作用。

5 结论  

  下次小冰期高峰在3107-3452年，潮汐调温效应使地球的温暖期从现在一直持续到二十四世纪。400年的变暖时期增大了全球冰川大融化的风险，南极洲西部的松岛冰川可能会越过临界点，导致其迅速且不可逆地后退，这将对全球海平面产生重大影响。

  我国是个地震多发国家，有记载以来发生震级M≥8.0地震共有18次，其中，1303-1833年的530年间小冰期有7次，平均每年0.013次；1902-2008年的106年间温暖期有11次，平均每年0.1次。后者为前者的7倍。 

2021-2035年为全球地震活跃期，发生概率较高的国家依次为：美国、日本、俄罗斯和中国。

就统计规律而言，2021-2035年为全球地震活跃期，中国西部和台湾可能发生8级地震，中国东部可能发生7级地震。

考虑到全球变暖导致的海平面上升可能超过历史的记录。由此导致的地壳均衡运动也可能超过历史的规模。所以，中国必须做好预防7-8级地震发生的准备。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1281041.html

参考文献

1． 杨学祥. 地壳形变与海平面变化. 地壳形变与地震. 1994,  14(4):29-37.

2． 杨学祥. 地壳均衡与海平面变化. 地球科学进展.1992, 7(5): 22-29.

3． 杨学祥。对全球海面变化均衡模式的改进。地质科学。1992，（4）：204-408

4． 杨学祥. 汶川地震中的地壳均衡运动. 发表于2008-6-1 7:41:17科学网。

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=27377 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-27387.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-489273.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-920707.html 

5. 杨冬红，杨学祥。全球波动变暖北京强震休眠：全球变暖有喜有忧。2019天灾预测总结研讨学术会议文集，中国地球物理学会天灾预测委员会，翁文波基金，北京工业大学地震研究所。北京。2019：127-132.

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1281041.html 

6. 杨冬红，杨学祥。“拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害。西北地震学报。2006，28（1）：95-96

7. 杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006，21（3）：1023-1027

8. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

9. 杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07上：8-9.