地震为何会导致地球自转改变.docx

2010年2月27日，智利发生里氏8.8级地震，并且引发了海啸。这次特大地震对地球的长期影响引起了人们的关注。美国NASA的地球物理学家理查德格罗斯，通过计算机模拟实验证明，智利8.8级地震将地球上每一天的时间缩短了大约1.26/1000000秒(1.26微秒)。当然，这样小的变化量对于人类和自然界并不会造成很大的影响，人们也无法直接感觉到这样小的变化量。实际上，迄今人们对地球一天时间变化的测量只能精确到大约百万分之五秒，1.26微秒只是这个数据的约四分之一，由此可以想见这个量有多么微小。然而，地震为何会导致地球自转加速呢？很多人都有这样的生活经验，观察一个在冰面上表演的花样滑冰运动员，当运动员把一双手臂伸展开来时，他旋转的速度也就变慢了；反之，如果他将手臂收缩贴紧身体，那么他旋转的速度就会加快。造成这一现象的物理原因是旋转系统的角动量守恒定律，即，旋转速度和系统转动惯量的乘积总是保持不变的。转动惯量是质量分布的度量，它等于质量和系统尺度的乘积。当系统质量分布向中心收缩时，转动惯量减小，为了保持角动量守恒，自转速度必须增加。这次智利大地震就对地球造成了类似的影响，即，地震发生时，地下构造中的板块运动驱使了部分地下物质向地心方向靠拢，因而导致地球的转动惯量微微减小，因此在角动量守恒定律的作用下，地球自转速度稍稍加快，于是每天时间被缩短了。哈佛大学教授理查德奥康奈尔说：“智利地震肯定影响到了地轴。”地轴的一种变化被称为“钱德勒摆动”，上世纪70年代奥康奈尔曾经撰写过一篇论文，证明大地震会使地轴发生摆动，影响到地球的自转速度，使一天的长短发生变化。还有报道认为，这次智利大地震还使得地极发生了位移，移动的距离大约为8厘米。关于地球的类似变化，普林斯顿大学教授亚当马洛夫曾经指出，过去1.2万年以来，由于地球的冰川一直在融解，这一现象致使地极每年产生约1英寸(2.54厘米)距离的变化。这种变化累积起来将非常惊人，尽管人们在日常生活中或许无法觉察。地球也是一个天体，天体的质量分布变化导致自转速度变化并非地球所独有。天文学家早已在致密星体脉冲星的观测中发现了类似的现象。本来，由于电磁辐射，脉冲星的自转周期总是在平稳地增长。但是人们发现，有一些年轻脉冲星的脉冲周期会突然变短(变化速率为10-610-10秒/秒)。随后，自转周期会迅速地变慢，直到恢复过去的平稳增长状态。这种现象称为Glitch现象，即“突跳”现象。迄今已发现约100个脉冲星出现Glitch现象(共约300余次)，至少有8个脉冲星的Glitch幅度超过10-6。在发生多次Glitch之后，相继两次Glitch的时间间隔会逐渐变长，Glitch的幅度也会下降。对Glitch现象的物理学解释如下，脉冲星突跳是中子星的壳层和内部超流两个分量作用的结果。物理学家可以通过突跳现象来猜想中子星的壳层状态。转动的中子星的形状在赤道方向拉长，呈椭球态。随着自转速度下降，固体壳层要恢复到球形，因此应力不断堆积。当应力到达临界值，固体壳层断裂，完成球形形变，此时自转就会突然加快，发生Glitch现象。这种中子星星震服从角动量守恒定律，转动惯量与自转角速度成反比关系，二者乘积保持不变。通常，脉冲星的周期是极端稳定的。1969年首次发现脉冲星PSR0833-45的周期Glitch突跳现象。PSR0833-45比较年轻，年龄约10万年，观测到的周期突跳事件最多，共12次，约2年一次，周期突跳的幅度大，恢复时间常数约为30天。自转突然加快正是中子星内部和壳层相互作用的结果。只有年轻的脉冲星有突跳现象，至今还没有观测到年龄大于10万年的脉冲星有周期跃变现象。当然，地球和脉冲星是两类截然不同的天体。地球没有脉冲星那样的因电磁辐射导致的自转减慢效应(地磁辐射的贡献极小)。然而，地球的壳层也可能处于活动期，地球自转和其它机制，如冷却等，会导致大陆板块的变化，发生漂移、碰撞等相互作用。在地球壳