地球的地震和月球引力有什麼關係?

2020-12-03 老粥科普

到目前為止沒有科學證據證明月球的引力與地球上發生的強烈地震有必然聯繫,同時科學家們設在全球各地的地震監測設備也在固體潮發生期間探測到震顫異常波,這種複雜的地球脈動信號已經被證實與一些慢地震的發生有關聯。

地月系統

我們都知道地球有一個天然的衛星,那就是月球。

科學家們認為月球形成於大約45.1億年前,那時候地球也剛剛誕生沒多久,太陽系裡十分混亂,因為相互之間引力關係十分複雜,許多天體的軌道不穩定,它們到處亂竄。有一天,一顆叫做Theia的行星側著撞上了地球,Theia約有火星大小,巨大的撞擊力將地球上許多的物質撞上了天,兩顆星球的碎片分布在距離地球約4萬多公裡的高空,這些碎片因引力慢慢聚攏在一起,就形成了今天的月球。

月球的直徑比地球小3.7倍,它的質量大約是地球的1/81,它目前在距離地球大約38萬公裡的近圓軌道上運行。嚴格意義上來說,地球與月球是一個雙星系統,因為月球的質量很大,地月系統的質心並不在地核中心附近,而是在地表下方大約1700公裡(地球赤道半徑約為6378公裡,質心約在地球半徑1/4)的位置。這一點很重要,它決定了月球對地球的影響力是很大的。

潮汐力量

去過海邊的人大多見過潮起潮落,大海的漲潮就與月球有關。

月球被地球的引力吸引,圍繞在地球運轉,同時,月球對地球也有了相同的引力。按照萬有引力公式我們可以知道,這個引力的大小與地球、月球的質量相關,也與地月之間的距離有關。

潮汐力廣泛存在於宇宙中互相吸引的天體之間,它與天體上有沒有大海及大氣無關,也並不僅僅指星球對海水的吸引力,它更多地作用於星球本身,只不過這種力的作用更容易通過海水的漲落體現出來罷了。

公元2世紀,希臘天文學家克羅狄斯·託勒密就提出了月球對地球海水的潮起潮落有影響;公元1609年,約翰內斯·克卜勒提出月球引力引起潮汐;公元1616年,伽利略·伽利萊在寫給紅衣主教奧西尼的一封信中說潮汐是地球自轉和繞太陽公轉的結果,海洋就像是一個晃蕩的水盆,當然,伽利略是錯的。

月球與太陽都可以引起地球的潮汐,儘管月球比太陽小太多,但它距離地球更近,所以月球對地球的引潮力是太陽的2.17倍,當月球、地球與太陽處於共線位置時,也就是每月的初一、十五,月球與太陽的引潮力共同作用在地球上,地球漲潮就很高;如果此時地球距離太陽、月球都最近,潮位最高,也稱天文大潮。

固體潮

由於地球本身不是一個純剛性的球體,它的表面有大氣、海洋和地表萬物。在同樣的比例下,地球的地殼相比雞蛋殼要薄多了,並且地殼之下的地幔物質也是彈性的。我想這可能就是提問者擔心的原因:月球的潮汐力會不會觸發地球的地震?

月球與太陽不僅對地球大氣有引潮力,它對地球本身也能引發潮汐作用,這通常被稱為固體潮。

地球受到的潮汐力與地球的半徑r、地球與月(日)的距離d、月球(太陽)的質量相關,其關係式總體可簡化為:

F = Gm × 2r/d^3

其中G為萬有引力常數6.674×10^-11N·m^2/kg^2

將各參數代入上述關係式後可以得出,太陽對地球每單位質量的潮汐力Fs=5.05×10^-7N,月球對地球每單位質量的潮汐力Fm=1.10×10^-8N

前文提到過,地球實際是一個彈性體,月球與太陽的潮汐力共同作用於地球,會使地球表面產生形變,這個形變的值最大可以達到0.3mgal,也就是說地殼最大垂直潮汐變形幅度可以達到40cm左右!這個理論計算值與實際觀測值基本相當。

地震誘因

地球就像是一個雞蛋,準確地說,地球更像是一顆茶葉蛋。我們煮茶葉蛋的過程中常常會敲裂蛋殼,這樣更容易入味,地球的地殼也像茶葉蛋的蛋殼一樣,它是一塊一塊破裂的板塊拼成的。

地球的內地核是溫度極高的鐵球,它的溫度甚至高過太陽表面的溫度,高溫使外地核成為流動的鐵的海洋,外地核加熱厚厚的地幔,在地幔中產生熱對流,這種熱對流它推著地幔緩慢流動。當下方炙熱的地幔物質到達上方時,它會在大洋底部形成海洋中脊和火山帶,這條長長的裂縫推著上面的地殼向兩邊水平移動。各個板塊的地殼之間運動的速度不平衡,於是在板塊與板塊交界的位置就會產生應力,當應力緩慢聚集達到巖石破碎的臨界點時,板塊間會產生破裂和滑動,這種破裂產生的振動波沿著地表向四面擴散開來,就是我們常說的地震。

潮汐力對板塊的影響

到目前為止,並沒有證據證明在全球各地發生的強烈地震與天文大潮必然重疊。鑑於月球與太陽的引潮力使地球表面不斷地產生彈性形變,這種形變經常在地球表面的薄弱處體現出來。

地震學家們在對地球固體潮的監測中,經常會發現一種異常的脈動信號附著在固體潮的振動曲線上,科學家們認為這是固體潮引起的地殼斷層的慢滑動、慢地震和海底非火山震顫有關,由於這種脈動的成因非常複雜,因此還需要進行更多的探測與分析才能得出結論。

月球對地球的潮汐引力會使地球表面產生固體形變,它可能會引發一些地震,但並不必然引發強烈的地震。

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  • [趣味物理]地球與月球之間引力有多大
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  • 科學家提議炸掉月球,換回地球四季如春,這樣做對人類有好處嗎?
    可是進入近代之後,有一小部分科學家們卻提議將月球炸掉,這樣會讓地球迎來四季如春,將月球炸掉對人類來說有什麼好處呢?由於古代人沒有照明設備,甚至都沒有電燈,所以月亮的出現能夠伴隨著古人類的成長一同成長,隨著現代文明的發展進入現代社會後,我們逐漸看到了月亮的真面目,和古人類的描述似乎大不相同,通過天文望遠鏡能夠看到月球表面,似乎被隕石分別包圍著,能夠看到它是一個荒涼的星球。
  • 地球上有地震,那月球上有「月震」麼?
    這臺儀器由太陽能供電,在登月後,雖然只工作了21天,但使得人類對月球的研究工作進入了一個新紀元。截止到目前為止,美國,日本,中國等多個國家,都對月震進行了深入的探究。月震是什麼呢?月震,也就是發生在月球上類似地震的現象。月震比地震發生的頻率小得多,每年約1000次;月震釋放的能量也遠小於地震。月震的震源深度在月球表面以下七百公裡到一千公裡處,而絕大部分地震的震源深度僅幾十公裡到十幾公裡。月震波的速率低於地震波的速率。
  • 月球以每年3.82釐米的速度不斷遠離地球,會對地球產生什麼影響?
    對於月球,從古至今人們都有一種特別的情懷。古時候的文人經常會用月亮來作詩,表達一種情懷。當然,古人對月球並不了解,他們不知道月亮到底是什麼?很多古人認為月亮是非常美麗的,上面居住著仙人。可是隨著人類走進科技時代,有了天文望遠鏡之後,我們才初步看清了一些月球的真面貌。
  • 月球為何會繞著地球轉?引力的本質是什麼?
    月球為何會繞著地球轉?引力的本質是什麼?宇宙中有四大基本力,強核力、弱核力、電磁力、以及萬有引力。萬有引力也是四種力中最弱的一種力,關於這些力的本質曾困擾了幾代的科學家,幸運的是關於這些力的本質已經有了基本統一的解釋,為何會產生引力,月球為什麼會繞著地球旋轉?讓我們一起去解答一下這個問題吧!物體的質量越大,產生的引力就越強,人類對於引力的真正認知是始於牛頓時期。
  • 地球自轉速度減慢,會發生什麼?科學家:或迎來「地震時代」!
    日本就是一個多災多難的國家,由於日本所處的位置比較特殊,地質不穩定,位於板塊交界處,而且板塊運動也比較活躍,所以日本這個國家就經常發生地震等自然災害,給日本帶來了巨大的損失據了解,地球每年都會發生大約500多萬次的地震。有研究報告顯示,地球的自轉速度正在變慢,平均一天增加了2.3毫秒左右。而且地震的頻率也和地球自轉的速度有關,因此有科學家認為,在未來地球或迎來「地震時代」,這讓不少人感到擔憂。
  • 月球是不是跟地球一樣會發生地震,它們的形成原因有何不同?
    一年只有三百多天,將這個數字平均到每一天都有上萬次地震發生。當然,這些地震中的大多數都不會對人類帶來嚴重危害,它們中的大多數要麼太小、要麼太遠。而那些我們沒有感受的地震,也通過地震儀記錄了下來,不管是它的震源、還是震中都是地震儀捕獲到的基本信息。而月球是地球的唯一天然衛星,也是人類在五十年前就登陸過的天體。
  • 科學家建議炸掉月球,讓地球四季如春,結果來了:送走比較好
    其次,南極和北極的地震頻率較小月亮圍繞著地球做公轉,是因為地球的引力形成的一個規律性的動作,那麼只是地球對月亮有引力嗎?不是的,引力是相互的,月亮對地球也是有引力的。而地球的結構也是比較複雜的一個天體,直徑約1.27萬公裡,從外到內是地殼、地幔和地核。當然,在地上還有一個自然現象,那就是火山噴發,火山噴發也是地殼運動的一種表現。
  • 為什麼月球只有正面對著地球?巧合還是必然?引力告訴你答案!
    月球是陪伴地球的衛星,也是地球唯一的一顆衛星,像月亮這樣的衛星其實並不多見,因為月球的體積不小,大部分行星和衛星之間的關係都是行星十分巨大,擁有很多衛星,這些衛星和行星相比,比例都要小很多。正是因為月球的特殊性,一部分人認為,地球誕生生命,也和月球有很大的關係,因為月球在某種程度上,幫助了地球的氣候穩定,也幫助了地球的海洋出現了潮汐,最早一批登上陸地的生物,就是依靠潮汐才慢慢適應了地表的環境。那麼為什麼月球永遠只有一面朝著地球,而不是和地球一樣在慢慢的自轉呢?在月球的背面隱藏著什麼呢?是否有外星文明在月球的背面,偷偷的觀察者人類呢?
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