地球的地震和月球引力有什么关系?

到目前为止没有科学证据证明月球的引力与地球上发生的强烈地震有必然联系,同时科学家们设在全球各地的地震监测设备也在固体潮发生期间探测到震颤异常波,这种复杂的地球脉动信号已经被证实与一些慢地震的发生有关联。

  • 地月系统

我们都知道地球有一个天然的卫星,那就是月球。

(这是DSCOVR卫星拍摄的月球略过动画图片)

科学家们认为月球形成于大约45.1亿年前,那时候地球也刚刚诞生没多久,太阳系里十分混乱,因为相互之间引力关系十分复杂,许多天体的轨道不稳定,它们到处乱窜。有一天,一颗叫做Theia的行星侧着撞上了地球,Theia约有火星大小,巨大的撞击力将地球上许多的物质撞上了天,两颗星球的碎片分布在距离地球约4万多公里的高空,这些碎片因引力慢慢聚拢在一起,就形成了今天的月球。

(月球的形成)

月球的直径比地球小3.7倍,它的质量大约是地球的1/81,它目前在距离地球大约38万公里的近圆轨道上运行。严格意义上来说,地球与月球是一个双星系统,因为月球的质量很大,地月系统的质心并不在地核中心附近,而是在地表下方大约1700公里(地球赤道半径约为6378公里,质心约在地球半径1/4)的位置。这一点很重要,它决定了月球对地球的影响力是很大的。

  • 潮汐力量

去过海边的人大多见过潮起潮落,大海的涨潮就与月球有关。

月球被地球的引力吸引,围绕在地球运转,同时,月球对地球也有了相同的引力。按照万有引力公式我们可以知道,这个引力的大小与地球、月球的质量相关,也与地月之间的距离有关。

(万有引力公式)

潮汐力广泛存在于宇宙中互相吸引的天体之间,它与天体上有没有大海及大气无关,也并不仅仅指星球对海水的吸引力,它更多地作用于星球本身,只不过这种力的作用更容易通过海水的涨落体现出来罢了。

(钱塘江大潮是月球潮汐引力与钱塘江口地理条件共同作用的结果)

公元2世纪,希腊天文学家克罗狄斯·托勒密就提出了月球对地球海水的潮起潮落有影响;公元1609年,约翰内斯·开普勒提出月球引力引起潮汐;公元1616年,伽利略·伽利莱在写给红衣主教奥西尼的一封信中说潮汐是地球自转和绕太阳公转的结果,海洋就像是一个晃荡的水盆,当然,伽利略是错的。

月球与太阳都可以引起地球的潮汐,尽管月球比太阳小太多,但它距离地球更近,所以月球对地球的引潮力是太阳的2.17倍,当月球、地球与太阳处于共线位置时,也就是每月的初一、十五,月球与太阳的引潮力共同作用在地球上,地球涨潮就很高;如果此时地球距离太阳、月球都最近,潮位最高,也称天文大潮。

(初一、十五时日月地共线,海水处于高潮位)

  •  固体潮

由于地球本身不是一个纯刚性的球体,它的表面有大气、海洋和地表万物。在同样的比例下,地球的地壳相比鸡蛋壳要薄多了,并且地壳之下的地幔物质也是弹性的。我想这可能就是提问者担心的原因:月球的潮汐力会不会触发地球的地震?

月球与太阳不仅对地球大气有引潮力,它对地球本身也能引发潮汐作用,这通常被称为固体潮。

(固体潮)

地球受到的潮汐力与地球的半径r、地球与月(日)的距离d、月球(太阳)的质量相关,其关系式总体可简化为:

F = Gm × 2r/d3

其中G为万有引力常数6.674×10-11N·m2/kg2

将各参数代入上述关系式后可以得出,太阳对地球每单位质量的潮汐力Fs=5.05×10-7N,月球对地球每单位质量的潮汐力Fm=1.10×10-8N

前文提到过,地球实际是一个弹性体,月球与太阳的潮汐力共同作用于地球,会使地球表面产生形变,这个形变的值最大可以达到0.3mgal,也就是说地壳最大垂直潮汐变形幅度可以达到40cm左右!这个理论计算值与实际观测值基本相当。

  • 地震诱因

地球就像是一个鸡蛋,准确地说,地球更像是一颗茶叶蛋。我们煮茶叶蛋的过程中常常会敲裂蛋壳,这样更容易入味,地球的地壳也像茶叶蛋的蛋壳一样,它是一块一块破裂的板块拼成的。

(地球板块)

地球的内地核是温度极高的铁球,它的温度甚至高过太阳表面的温度,高温使外地核成为流动的铁的海洋,外地核加热厚厚的地幔,在地幔中产生热对流,这种热对流它推着地幔缓慢流动。当下方炙热的地幔物质到达上方时,它会在大洋底部形成海洋中脊和火山带,这条长长的裂缝推着上面的地壳向两边水平移动。各个板块的地壳之间运动的速度不平衡,于是在板块与板块交界的位置就会产生应力,当应力缓慢聚集达到岩石破碎的临界点时,板块间会产生破裂和滑动,这种破裂产生的振动波沿着地表向四面扩散开来,就是我们常说的地震。

(地震通常发生于板块连接处)

  • 潮汐力对板块的影响

到目前为止,并没有证据证明在全球各地发生的强烈地震与天文大潮必然重叠。鉴于月球与太阳的引潮力使地球表面不断地产生弹性形变,这种形变经常在地球表面的薄弱处体现出来。

地震学家们在对地球固体潮的监测中,经常会发现一种异常的脉动信号附着在固体潮的振动曲线上,科学家们认为这是固体潮引起的地壳断层的慢滑动、慢地震和海底非火山震颤有关,由于这种脉动的成因非常复杂,因此还需要进行更多的探测与分析才能得出结论。

月球对地球的潮汐引力会使地球表面产生固体形变,它可能会引发一些地震,但并不必然引发强烈的地震。

(月亮是美丽的,欣赏她吧!)