发信人: hot586()
整理人: 2sinxcosx(2003-09-26 22:02:56), 站内信件
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人类对地球的新认识(2)
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上海天文台向上海市提出的一项合作计划，是通过现有的全球定位系统（GPS）来
预测降水。现在利用GPS来预报降水，是通过地面的GPS接收站，观测电磁波经过
大气的折射率情况，从而计算大气中水汽含量。另外一种较新的方法，是将GPS接
收机放在卫星上，然后测出各个GPS卫星在掩星现象时,经过地球大气时折射率的
变化。对于携带GPS接收机的卫星，其视野要比地面上的GPS观测站大得多。GPS卫
星在运行轨道上有时被地球挡住，然后又从地球背面出现，这种现象称为掩星。
在发生掩星现象时，从GPS卫星发出的电磁波在到达星载接收机过程中，有一段穿
过了大气层，由于大气中的水汽含量不同，使得直线传播的电磁波进入大气层后
受到曲折，由电磁波的到达时间可以计算出大气中不同高度的水汽含量，从而判
断降水的可能。掩星每天能利用500多次，可以代替500个气象站，可见效率之高
。最近美国和中国台湾合作，计划在2001年发射8个携带GPS接收机的卫星，覆盖
全球，由此可以对人迹罕至的沙漠、冰川、海洋和高山进行高空大气水汽含量的
观测。上海天文台还进一步提出，使携带GPS接收机的卫星较长期固定在同一地区
的计划，可以用来监测特别重要的降水区，如淮河等。
为了解决我国的旱涝灾害问题，科学家提出了许多设想，最突出的就是南水北
调，希望能从长江调水去支援北方的少水地区，并已有实施方案。另一设想是对
旱与涝地区的降水量进行调节，从空中输运水汽。但其具体的实施也要到21世纪
才能实现。
海平面升降
以上海为例，如果海平面上升得很高，则上海市内的污水就无法排入海里，日常
的污水都需要用水泵来解决。还会产生海水入侵、地表积水等问题。这对大城市
来说，是一个严重问题。
温室效应造成海平面上升，会给太平洋上的一些小岛带来灭顶之灾。为了及
时了解海平面的升降，全球建立了许多候潮站。由于各个候潮站建立的时间不同
，有的甚至已有100多年历史，为了更好地利用各站资料，计划在21世纪将全球各
个候潮站通过GPS互联起来，使候潮站与陆地上的基准站联系，扣除大陆自身的升
降，从而可以更及时、准确地预测全球海平面的升降变化。另外，用海洋测高卫
星能快速准确地得到当前的海平面变化，与候潮站上百年的资料联用，可以充分
利用历史资料进行细微的研究。
地震、火山爆发、泥石流
海平面的变化对人类的影响是一个长期的过程，而地震、火山爆发、泥石流却是
一个短期、甚至瞬间的过程。20世纪六七十年代，中国曾经谈震色变，可见地震
造成灾害的严重性。
全球强地震区域主要分布在环太平洋带，约有1/3的地震发生在中国。地震、
火山爆发、泥石流的发生都是由于地壳运动引起的。由于地壳的破裂，形成了许
多独立的板块，各个板块在地幔上滑动，即板块运动。板块之内也有各种断裂或
者小块，引起局部的地壳运动。
日本、美国、东南亚和中国都在作地壳运动的监测。由于日本处在环太平洋
地震带上，前几年，日本在政府的支持下，建立了一个全世界最密集的，且能连
续观测的GPS监测网，其网点有900多处，网点与网点的间距为20公里左右。其首
都东京除了GPS网外，还采用人造卫星激光测距、射电望远镜干涉的技术来监测地
壳运动。
东南亚国家一共建立了38个网点，由德国帮助代建。在中国，连续进行观测
的一共有25个网点，其分布密度比日本低得多。从全国来说，在上海不仅使用了
GPS，还采用了射电天文的干涉技术、人造卫星激光测距技术和类似于GPS的德国
测速测距(PRARE)监测工具，因而监测的精确度最高。在全球同时拥有4种观测技
术的只有6个站，长春、北京、乌鲁木齐、武汉、昆明也采用了除GPS外的其他技
术，形成了一个比较坚固的支架，可以精确测出中国的地壳运动。由国家地震局
牵头的"中国地壳运动监测网络"，是国家大科学工程中最先批准的三个项目之一
。监测网络除利用25个基准站每天观测外，还建立了56个基本站，每隔两三年观
测一次，1998年已建成并进行了第一次观测。1999年还将建1000个区域站，主要
分布在重要城市和主要地震带周围，并随地震的预警而随时进行观测。
预报地震，必须准确预报出地震发生的时间、地点、震级三要素。地震究竟
能不能进行预报，至今还没有统一看法。美国的一些科学家认为，地震根本不可
能预报，因为至今还没有一次地震，是成功预报出三要素的。我认为地震是可以
预报的，但需要逐步试验和改进，由于地震的原因在于深层的地壳运动，几十年
、上百年才发生一次，以及震源不在地面、累积的数据有限等原因，现在准确预
报地震还有一定的困难，但随着科学技术的进步，地震一定是可以预报的。就如
天气预报，几百年前，人们眼里的气候变化莫测，今天却能基本准确地预报出来
。
地外冲击
小行星、彗星碰撞地球造成的损失是难以想象的，但其概率也非常低，大约为亿
年一遇。由于木星质量庞大，替地球挡住了很多的小行星和彗星，若无木星遮挡
，估计地球发生灾害的机会将增加1000倍。尽管如此，地球还是不可避免受到地
外物体的冲击，大约6500万年前，一颗小行星撞击地球，使得地球发生了一系列
变化，造成大量生物灭绝。1996年，彗星撞击木星是一次引人注目的天体撞击事
件。为防患于未然，美国议会作出决定，要求天文界查出地球附近的小天体，并
指明哪些将可能对地球产生威胁。从而可以在小行星冲击地球之前，有充分的时
间利用各种手段来改变小行星轨道，避免灾害的发生。
地球的其他待解决问题
除了自然灾害外，关于地球还有一些对人类有影响的问题，需要在21世纪得
到解决。
地球自转隐含的角动量变化
地球自转的变化是一种很丰富的信息资源。地球的自转变化是指地球总系统的角
动量的变化。总系统包含大气、海洋、地壳、地幔、地核等，无论哪部分发生变
化，最后都影响到地球的自转变化。高频自转速度变化的60％～70％是由于大气
环流变化引起的。此外是风和地面的磨擦,洋流、冰雪和水的分布变化,核幔之间
的摩擦,以及月球、太阳引起的潮汐摩擦等引起的。
地球的极移
地球的北极并不是固定的。北极在地面上会有一些短期的移动，移动的范围大约
为一个篮球场大小，同时北极还有一个长期的移动。极移和地球转速变化都是地
球自转变化的分量，其机制也都源于各圈层的相互作用，所不同者，非轴对称的
物质运动引起极移，轴对称的物质运动则引起转速的变化。地球自转速度变化是
目前观测精度最高的地球物理现象，可以由此探索大气、海洋、地壳、地幔、地
核各圈层的关系，下世纪将会有更精细的图象。
地磁场倒转
另外一个待解决问题是地磁场的倒转问题。在历史上，北磁极有时会变为南磁极
，地磁场会在几百年内突然变化。对于地磁场的变化，一种看法是，由于地核的
内核主要由铁元素构成，旋转以后产生磁场。随着地幔的运动，一些东西可能从
地幔中分离出来，进入地核中，扰乱了地核的状态，最后影响到核心并产生混乱
，使得地磁场发生倒转。
内核转速及其变化
随着地球的旋转，地核的内核也在不停旋转，但它与地球的转速有着一定的差异
，并且其速度也不是固定不变的。中国学者宋晓东，在美国通过地震波的反射，
推导出了地球内核转速差异的结论，他的结论在美国引起轰动，同时也遭到一些
外国地球物理学家的反对。现在认为，地球的内核转速并不固定，但比地球自转
速度要快，每年大约快1度到3度。
地幔对流
地幔之中存在许多热柱，形成一个个不断循环的对流团，热的物质被不断带上来
，冷的物质不断落下去，即地幔对流。地幔对流对找矿很有帮助，在海底的裂缝
中有许多特殊矿产，现在认为这些矿产正是由于地幔对流把地幔中的物质带上来
而形成的。
地球形态变化
地球的整体形状并不是球形的，形象地说，像一个梨，相对而言北半球尖且小，
南半球大。并且地球的形态也不是固定的，一直在不断的变化之中，南半球膨胀
，北半球收缩。上海天文台和其他的单位曾作过这方面的探讨，从南北半球各取
一圆，用最新的观测资料计算它的圆周，可以发现，北半球每年的缩小不到1厘米
，南半球每年的扩大为1厘米多。这是个极其初步的结论，有待更多的观测验证。
尽管1厘米相对于4万公里的地球半径来说只是小小的一点，但若能弄清楚地球形
态变化的机制，对地学的帮助将是很大的。
地球质量中心的运动
尽管地球如此之大，但其质量中心并不是固定的。通过激光卫星的观测结果，质
量中心的变化大概在几厘米的范围内。利用质量中心的变化来找出地球内部的物
质运动的规律，已成为许多科学家的研究内容。
白垩纪事件
在距今0.65～1.4亿年前的白垩纪，地球上发生了许多令人费解的事件：地磁场突
然倒转；出现许多黑色岩系，说明此时岩浆活动非常剧烈；大洋洋底裂开；大气
温度比现今温度高18℃左右；海平面比现在约高150米；地球的自转变快；古生物
大量灭绝；大气中CO2的含量十倍于现在；陨石增多；造山运动弱，夷平作用大。
对于这些事件的解释可能是，由于一颗小行星撞击了地球。另外此时的太阳系处
在一个特殊的位置，位于银河系中的远银心点。对于白垩纪发生的这些事件，国
际上已研究了20年，随着人类进入21世纪，将会得到更系统的研究。
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