新星云假说下地球扁率变化上限及影响因素

地球的形状变化是地球演化研究的基本问题之一。为了确定地球形状的变化需要了解各个地质历史时期地球扁率的变化。根据位场球函数理论导出地球的扁率公式,研究扁率与地球的半径、质量和角速度的关系。基于新星云假说推测地球的半径、质量和角速度的变化量,计算出地球在各个时期的扁率并作为上限并画出曲线,各地质历史时期中地球扁率的真实值应该小于计算的扁率值。地球的扁率自地球形成以来脉动变化的情况下总体趋势在减小。影响地球扁率的因素有平均半径、质量和角速度,分析发现地球形成后5亿年为时间起点计算,到现在(共41亿年)为止平均半径变化对扁率的总影响约为3%,质量变化的总影响没有超过百万分之三。而角速度的减小对扁率变化的贡献超过97%。地球扁率共减少了74.3%。     

14MaB.P.澳大利亚板块对赤道太平洋影响的数值模拟

文章利用美国NASA的GISS海气耦合模式,研究了14MaB.P.时期与现代情景下的澳大利亚板块不同位置对赤道太平洋的影响。结果表明:14MaB.P.澳大利亚板块位置较现代偏南时,海洋次表层南赤道海水穿过印度尼西亚通道直接进入印度洋,注入赤道潜流的南赤道海水减少,使得赤道潜流主要来源于北赤道海水,造成赤道太平洋海温比现在冷,其中以赤道西太平洋海温降低幅度最大。而在海洋近表层赤道中东太平洋地区,由于进入海洋的净能量增加和西向风应力加强的共同作用,使得14MaB.P.时海温较之现代情景下要低0.2℃左右。此外,14MaB.P.澳大利亚板块较现代偏南时,赤道太平洋地区的降水量少于现代。     

太阳粒子辐射与地球自转非潮汐加速度

太阳粒子（含太阳风粒子和扰动粒子）为地球磁场俘获，由磁尾→磁层→电离层，在高空形成复杂电流系统（发电机原理），引发电磁效应：产生地球叠加磁场；电流与地球磁体力的效应。其中重要的是：持续不断的太阳风粒子引发的一区场向电流，使地球磁转子产生顺向（自转方向）和加速度（电动机原理）。以弥补潮汐摩擦减速和各种内能消耗。同时，高能太阳粒子“核簇射”次级粒子与高层大气核反应产物，参与和促使地球大气圈、水圈、硅铝质陆壳的成生和演化。     

关于厄尔尼诺成因的新认识

据前人统计,厄尔尼诺出现于地球自转速度急剧变慢的第二年。造成这种现象的主因,是地球间歇性不对称膨胀,引起自转速度几年一次的准周期性急剧变慢。在该时期南北半球岩石圈产生强烈的离开赤道的体力,使赤道地区发生东西向张性断裂活动。位于阻力较小的软流层之上的太平洋岩石圈,不仅规模大、动力强,而且存在着东太平洋海隆薄弱带,并与秘鲁海沟应变空间毗邻,故现今太平洋东部赤道地区的东西向张性断裂最为发育,形成规模宏大的卡内基断裂带和加拉帕戈斯断裂带。它们活动促使海底的岩浆和热水喷溢,导致厄尔尼诺的海水升温多从秘鲁－厄尔多尔沿岸开始。地球自转速度变慢过程中,赤道地区的大气和海水获得较多的向东角动量,造成该地区的信风和向西流动洋流减弱、东太平洋冷水上翻涌升流衰缓,加速赤道东太平流海域温度变暖,助长厄尔尼诺的形成。全球大气角动量的季节性变化,也引起地球自转速度冬季慢夏季快的周年项变化,使厄尔尼诺年增温盛期一般出现于年末前后。     

末次盛冰期西太平洋海温差异对亚洲夏季风影响的数值模拟

文章利用Zhao等的模拟结果,进一步研究了在末次盛冰期(LGM)情景下汪品先和CLIMAP两种重建海洋表面温度(SST)资料差异对亚洲夏季风的影响。模拟结果表明:在LGM情景下西太平洋海域SST资料的不同对模拟的亚洲夏季风有着十分重要的作用。夏季,与CLGM方案相比,在WLGM方案中,当热带西太平洋SST较暖时,印度地区的大气热量出现显著增加,大气热量的这种变化,使得南非高压、南印度洋经向Hadley环流加强,伴随着索马里越赤道气流加强,也导致了印度季风区纬向季风环流的加强,从而造成了印度夏季风增强、降水增多;与较暖的热带西太平洋相对应,澳大利亚高压和120°E附近越赤道气流减弱,东亚季风区20°N以南经向季风环流加强、20°N以北经向季风环流减弱,指示着一个强的南海夏季风和较弱东亚副热带大陆夏季风。     

大气环流的转盘模拟实验

由于地球流体动力学研究的需要,近年来旋转流体动力学得以迅速发展。不难证明,地球大气和海洋的运动,特别是大尺度的运动是遵循旋转流体运动的普遍规律的。目前,研究大气,海洋运动的手段有三种。     

潮汐摩擦力引起的地质作用

由月球和太阳产生的潮汐作用引起了地球的应变。这种现象已被大量理论研究和实际观测所证实。 地球经受着潮汐摩擦力的切向分力的巨大作用。潮汐地质作用即由潮汐摩擦力引起的地质作用。潮汐对地球固体表面的影响,主要通过重力仪(对垂直分量)、倾斜仪(对水平分量)和伸缩仪(对应变)进行测定。作为有关地球内部构造及其振动之基本结论的基础,苏联等国家已经研究了主要类型潮汐波的特征。从宇宙卫星获得的资料近     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应，为太阳辐射量变化控制地球内能释放提供了证据     

灾害频发和地磁减弱的关系

近年来全球强震频发,其灾难发生的原因可能是由地磁减弱引起的。研究表明,地磁减弱的原因在于两极冰盖融化导致地壳和地幔转动惯量增大及自转减慢,由此引发核幔差异旋转在数值和方向上的改变。在磁场减弱和磁极反向过程中,太阳辐射的增强和核幔热能的释放与灾害有一一对应关系。这一研究结论与美国学者最近发现的“浅核磁场”相一致。全球变暖与地磁减弱的相关性表明,气候变暖不仅会导致海平面上升,而且会导致频繁的地震、火山活动。     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生的内核快速旋转的主要原因，科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂称；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生在规模的水平运动－－圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１。对于一个内核差异旋转的地球，太阳射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期     

Periodicity of geophysical fields and seismicity: possible links with core motion

Years-long data series of Earth’s natural pulse electromagnetic fields (EPEMF) from the Talaya station near Lake Baikal indicates their mainly terrestrial origin and includes a component of poorly understood stable diurnal and annual crustal rhythms. The short-period crustal motion may drive mechanic-to-electric conversion in rocks and be responsible for diurnal and annual VLF electromagnetic pulses.The lithospheric rather than atmospheric origin of many recorded EPEMF signals is supported by their links with nucleation of earthquakes and respective perfect match of the EPEMF and seismicity diurnal patterns. Joint spectral analysis of the Talaya EPEMF and seismicity time series and comparison with the known spectra of lunar and solar tides shows no direct correlation between the short-period rhythms and the gravitation effects.We suggest that the diurnal and annual EPEMF periodicity may be associated with differential motion of the core and lithosphere and use this hypothesis to model an annual core path. As the model predicts, the inner solid core is never at the Earth’s geometric center but moves relative to the latter along a closed orbit; the plane of the core orbit is normal to the equatorial plane and tilted 45° to the direction to the Sun and to the Earth’s orbit; the core rotates 1.1 deg/yr faster than the Earth. The suggested model of core motion is consistent with the known instability of Earth rotation.     

Deep earth electrical conductivity-depth profiles around African geomagnetic equator using solar quiet currents

Electrical conductivity structure of the Earth’s deep interior has been successfully mapped out down to approximately 1500 km around the geomagnetic dip equatorial regions of Africa using solar quiet-day ionospheric currents. Spherical harmonic analysis (SHA) was employed in separating the internal and external field contributions to the solar quiet variations. Transfer function was used for each of the external and internal pairs to compute the conductivity-depth profile for the region. Calculated average electrical conductivity values were evidently higher than obtained in other parts of the world farther away from the geomagnetic equator. Sq current vortex foci are observed very close to the geomagnetic equator. Depth of penetration was greatly enhanced. Stations on latitudes less than 1° from the geomagnetic equator show higher electrical conductivity when compared with that situated more than 4° away from it at various corresponding depths. Evidence of discontinuities in the earth layers were also noted at some depths. Highly conductive layers were delineated around 400 km depth and beyond 1200 km.     

Differential rotation of a star induced by meridional circulation

Global meridional flows in stars transport angular momentum, thus giving rise to nonuniform rotation. The pattern of differential rotation associated with slow meridional circulation depends on the direction of this circulation. A flow directed from the poles to the equator at the surface and from the equator to the poles in deep layers results in relatively fast rotation of the equatorial zone. If the circulation is directed oppositely, the angular velocity increases from the equator to the poles. Relatively fast rotation at the poles may also result from fast circulation, irrespective of its direction. A simple illustrative explanation is given here to these results. Analytical estimates are supported by numerical calculations. The time variations in the meridional flow observed on the Sun should contribute to torsional oscillations.     

地球轨道参数在前寒武纪地层中的记录及研究进展

前寒武纪(4.6 Ga～541 Ma)占据约90％的地球发展历史.该时期大气成分、海洋氧化还原条件、全球气候和生命演化历程等均发生极大程度的改变,为现在的地球系统奠定了基础.地球轨道参数是描述地球系统演化过程的重要指标,对于研究日地系统、地月系统及地球本身演化具有重要意义.近年来一些学者在全球范围内2650～550 M...     

表生过程中铁的同位素地球化学

铁同位素地球化学已成为当前国际上地球化学领域的研究热点。表生过程涉及地球表层,包括大气圈、水圈、生物圈及岩石圈浅部,与人类生活密切相关,也是地球科学中的基本地质过程之一。本文对表生体系中的土壤、河流、海洋等主要储库的铁同位素组成特征及表生体系铁同位素分馏的基本过程进行总结。在此基础上,对表生过程中的风化作用、河流搬运作用、沉积作用、成岩作用及海洋铁的地球化学循环过程中铁的同位素地球化学行为进行介绍。表生过程中铁的同位素地球化学理论框架已经基本建立,并且显示出铁同位素是表生地球化学领域新的示踪工具。     

一个改进的地球圈层差异旋转模型

地球自转速度在长期的减慢,而内核自转 又较其外部的地球部分转动快,这是由日 、月对地球的潮汐摩擦引起的同一动力学背景下导致的相关现象。通过能量守衡的定量分析 ,得出地球潮汐耗散能的11% 即可导致内核自转较其外部的地球部分自转快的结论。通过推 理比较和定量分析,提出了岩石圈层、主地幔圈层与内核三个圈层的差异旋转模型：岩石圈 自转速度<主地慢自转速度<内核自转速度。它可能是导致大陆向西飘移-板块构造及地磁产 生的重要机制之一。     

全球构造运动与地球自转相关性的新证据

近20年来,国际地学界不同领域的学者应用多种先进的手段与方法,对现今地球各圈层的水平运动分别进行了长期观测与研究,揭示出地球不同圈层水平运动的基本规律,为全球构造运动与地球自转的相关性提供了新的重要证据。
对地球不同圈层水平速度矢量场的对比分析发现,现今地球各个圈层均存在速率量级不同的总体西向运动的特征,不同圈层的水平运动速度矢量场具有高度的相似性,且与地球自转密切相关;在中低纬度地区,各圈层西向速度矢量居主导地位;在中高纬度地区形成一些东向回流;速率大小与纬度存在统计相关关系,纬度愈小,速率愈大;岩石圈稳态水平运动速率在纬度φ=0°与φ=35°呈极大值。      

Earth rotation,ocean circulation and paleoclimate

During the 20 Ka glaciation maximum Earth's rate of rotation was significantly faster. The subsequent glacial eustatic rise in sea level meant an increase of the equatorial radius and hence led to a general deceleration in the Earth's rate of rotation. At about 6000 BP the glacial eustatic rise in sea level finished and a new situation began which was characterized by feedback interchanges of angular momentum between the solid Earth and the hydrosphere. There is a strong linkage between Earth's rate of rotation — total as well as differential — and the changes in ocean surface circulation. The ocean circulation changes are, in their turn, strongly linked to the paleoclimatic evolution of the boardering land masses. This is due to the high heat-storing capacity of the oceans, the ocean/ atmosphere heat flux, and the ocean/land interaction via heat transport by the winds. Consequently, we see a causal connection between Earth's rotation, oceanic circulation, ocean/atmosphere heating, atmospheric (wind) heat transport and continental paleoclimatic changes. We propose that the paleoclimatic changes on the decadal to millennial time scale are primarily driven by this mechanism. Observational data of changes in ocean water masses and paleoclimate are presented for the 20 Ka situation, for the high-amplitude changes 13-10 Ka ago, for the decadal-to-century changes during the Holocene, for the last centuries' instrumental data and for the ENSO-events. This implies that the oceanic system (the ocean surface circulation system) has a much more important role than previously appreciated.