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【地震特辑】地球自转为何减少1.6微秒?

3月11日,日本本州岛附近海域发生8.9级地震(后修正为9.0级),这次日本地震是1900年以来第5大强震。根据美国宇航局(NASA)地球物理学家葛罗斯(Richard Gross)的计算,它导致地球每天的自转时间减少了1.6微秒。有心的读者应该还记得,类似的情况在去年智利地震之后也出现了,当时的计算结果是地球自转时间减少1.26微秒。而2004年发生在苏门答腊的地震,则使得地球自转快了6.8微秒。

有些人将这种地球“自转加快”的效果与“2012”之类的末日论联系在一起。可实际上,这种微秒量级改变对于人们的日常生活没有任何影响。这种微不足道的变化只有用最精密的地球卫星才能观测出来。

转动惯量变小,自转变快

一般我们想象中的地球是一个光滑精致的球体——珠穆朗玛峰的海拔高度(8848米)只相当于地球半径(6400千米)的千分之一,我们手中的乒乓球都比地球表面粗糙得多。不过,地球并不是一个完全不变形、强度无限大的刚体玩具。众所周知的“板块构造学说”就认为整个地壳是个支离破碎的结构,并且各部分还在不停地相互挤压冲撞。我们所见到的高原山峰、巨大海沟就是板块运动的杰作。地震也是这种运动的形式和后果之一。

对于旋转的地球来说,其自转速度的快慢跟它的转动惯量有关。简单的来说,转动惯量就是质量乘以半径的平方。地壳运动(包括地震)会影响地球内部的物质分布。一般来说,正如水向低处流,物质倾向于向地心方向运动,这样地球的转动惯量就会减小,从而使地球的转动速度加快。

地球一年曾有400天

即使没有发生地震,地球的自转速度也一直处于变化当中,只是幅度很小罢了。除了地壳运动,很多因素都会影响地球自转。比如海洋潮汐,海水的摩擦作用使地球自转每百年变慢约千分之一秒;又比如季节变化,冰雪尤其是冰川的增厚和消融调整水的分布,使得秋天的地球比春天的地球要快大约千分一秒(相比之下,1微秒不过是百万分之一秒而已);此外大气运动(风暴等)、海洋洋流、地表河流、水汽侵蚀,甚至人类活动都会产生影响。因此地球实际是个每时每刻都在变化的不安分的调皮孩子。

实际上,就连地球物理学家们也不清楚究竟有多少因素在影响地球自转。这些变化虽然都很微小,对于古人和我们的日常生活几乎是无所谓的。当然,这些微小变化的长期历史积累效果可能很显著,比如4亿年前地球一年大约有400天,自转速度比现在快得多。 不过,现在的情况就不同了。如今,许多科学仪器的计时精度要高于1微秒,所以科学家们随时保持警惕,监测地球时刻的变化。也正因为如此,我们才得以发现本次地震造成地球自转加快。

离赤道越远,越容易造成地轴偏移

NASA同时还指出,这次日本地震使地轴的位置改变了约25厘米。这个变化就比较容易理解了——地震只是发生在地球的一隅,局部的物质分布改变显然会影响地球对称轴的位置。有意思的是,2004年苏门答腊9.1级强烈地震发生之后,NASA曾尝试寻找其造成的偏移,却几乎没有发现任何有关的信号。其实,这是因为地震位置靠近赤道,对地球形状轴的改变并不明显。虽然后来的智利和日本地震的烈度要小一些,但由于它们远离赤道,更接近两级,所以会造成更为明显的地轴偏移。 [1]

与影响地球自转速度的因素相似,地轴的指向随着物质分布的变化也在随时发生改变,地震也仅仅是其中一种因素,这并不会带来严重的后果。

参考资料

[1] 智利地震震“歪”了地轴?

 

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The End

发布于2011-03-13, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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松鼠老孙

天文学博士,出版社编辑,科学松鼠会成员

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