地震和太陽月亮的引力有關係嗎（從天體物理學看地震的成因）

2023-04-16 10:51:58 2

地球每年都會經歷無數次地震，小時候感覺對地震挺陌生的，因為從來都沒經歷過，但是自從2008年以後，對地震第一次有了那麼深刻、難忘的認識。就在6月18號，也就是前幾天四川長寧又發生了一次地震，所以我們很多小夥伴會想地球為什麼會地震呢？好好待著不行嗎？這個問題很多人都有答案：地殼板塊的運動相互擠壓、摩擦造成的地質運動。那麼我要問的是：地殼板塊為什麼要動來動去？地球的內部發生了什麼變化？地球的核心是固態還是液態？它和地震有怎樣的關係？所以我們今天就從天體物理學方面從根本上來解答這些問題。

看看我們的地球村，你會發現我們的家園70%都被海水覆蓋。那麼為什麼海洋不是在地底下呢？你可能覺得這是個廢話，但是裡面包含的科學道理，正是我們目前所看到的地球大氣和地質結構形成的關鍵。我們都知道地球的上的海洋漂浮在巖石和泥土之上，這就是漂浮和浮力造成的。

漂浮和浮力的概念是密度較低的物體上升到密度較大的物體之上，而密度較大的物體則下沉到最底部，這不僅僅是用來解釋海洋的形成。

同樣的原理也解釋了為什麼冰會浮在水面上，為什麼氦氣球會在大氣中上升，為什麼石頭會沉到湖底。同樣的原理，浮力也解釋了為什麼地球是如下圖這樣分層的。

地球上密度最小的部分是大氣，漂浮在海洋之上，海洋又漂浮在地殼之上，地殼位於密度更大的地幔之上，地幔本身無法下沉到地球密度最大的部分:地核。

理想情況下，地球處於的最穩定的狀態是像洋蔥一樣完美地分層，最密集的元素都中心，每一外層逐漸由密度較小的元素組成。事實上，地球上發生的每一次地震實際上都是地球向理想狀態又邁進了一小步，更重的元素向地心沉降。所以地球自轉速度在每次地震後都會稍微加快，還記得芭蕾舞演員嗎？但是從更大的較大來看，因為潮汐摩擦和月球的作用，地球的整體自轉速度是在減緩的。

下圖為地球地核圖片，可以很明顯的看到各種元素的密度分層，越靠近核心密度越大，這不僅解釋了地球的內核結構，也解釋了所有行星的結構。那麼我們現在要知道的是，這些元素最初是從哪裡來的？

當宇宙誕生的初期，實際上只存在較輕的元素氫和氦。所有較重的元素都是在後期的恆星中一步步形成的，當第一代恆星死亡時，形成超新星爆發，這些重元素會被重新拋回宇宙，這些重元素又跟原始星雲混合，從而形成新二代恆星，我們的太陽應當屬於第三代恆星。

但是這一次，所有這些新元素的混合-不僅僅是氫和氦，還有碳、氮、氧、矽、鎂、硫、鐵等等，不僅形成了新的恆星，還形成了一個原行星盤，以及周遭每一顆行星。

新形成的恆星會爆發恆星風，將較輕的元素吹到太陽系的外部，而重力則導致盤狀結構的不穩定性坍塌，形成後來的行星。

在我們的太陽系中，最深處的四顆行星是太陽系中密度最大的行星，其中以水星的密度最大。這四顆行星都無法在引力的作用下留住形成時所含的大量的氫和氦。

但是外行星，由於質量巨大，離太陽又遠，受到太陽風的輻射更少，所以在這些因素下，外行星都形成了巨大的氣態行星。

這些行星中的每一個，跟我們地球一樣，總體上都是最密集的元素都集中在核心，較輕的元素在地核周圍逐漸形成圍繞核心的緻密層。

鐵是超新星聚變後最穩定、最重的元素，所以也是地核中最豐富的元素，這一點很正常。但我們驚奇地發現，在固體內核和固體地幔之間，有一層2000多公裡厚的液體層:地球的外核。

上圖中可以看到，地球裡面有一個巨大的液體層，裡面包含著地球整整30%的質量！

地震中產生的地震波有兩種:

這兩種波都以球形從震源點向外傳播，它們不僅在震中附近的區域激起漣漪，而且會波及到全世界!世界各地的地震監測站都配備了P波和s波的採集設備，所以每個國家都可以檢測到來自世界各地的地震波。但是s波不能通過液體外核傳播，而P波在通過液體外核時會發生折射!

因此，通過對地震波的探測，我們知道地球有一個液態的外核，一個固態的外地幔，和一個固態的內核!

為什麼外核是液態的呢?像所有的元素一樣，我們知道鐵是固體、液體、氣體還是「其他」狀態，這取決於鐵的壓力和溫度。

然而，鐵元素比我們常見的許多元素要複雜得多。它可以呈現出多種固相晶體，如上圖所示：我們一直深入到地球的核心，那裡的壓力不只是我們常說的大氣壓的幾倍(甚至幾百倍)，而是海平面氣壓的幾百萬倍。對於這樣的超壓，相圖是什麼樣的?

科學的奇妙之處在於，你能想到的問題，其他人很可能已經做過研究並且給出了答案，看下圖：

這張圖顯示了高達120千兆帕的巨大壓力，那我們的大氣層只有0.0001千兆帕，內核的壓力估計為330-360 千兆帕!

內核在330千兆帕的高壓下，鐵的熔化需要極高的溫度，相當於太陽表面的溫度。然而，在相同的溫度下，在較低的壓力下，鐵很容易保持液態，而在較高的壓力下，鐵會形成固體。那麼這對我們的地核意味著什麼?

地球中心的最高溫度略低於6000開爾文（5726.85℃），而（內核/外核）邊界處的鐵的熔化溫度估計也在這個值附近。

但問題是:隨著時間的推移，地球的核心溫度會下降，因為地球熱量輻射到外層空間的速度比通過放射性衰變產生熱量的速度要快。所以在地球內部，它的溫度下降，而壓力卻保持不變。這又說明了什麼呢？

換句話說，地球在剛形成的時候核心溫度更高;很有可能整個內核曾經都是液態的，當地球持續冷卻時，內核的固態鐵會持續增長，因為固態鐵比液態鐵的密度高，體積小，所以地球會隨著核心的冷卻而輕微收縮，這會為我們帶來什麼效應?

我們的地球目前擁有固態核心和液態核心，經過時間的推移，核心不斷冷卻，外核液態鐵變為固態，我們的地球會慢慢收縮。

如果我們展望遙遠的未來，我們地球最終將獲得像水星上發現的巨大裂痕這樣的特徵！

水星目前已經冷卻並收縮了許多，由於這種冷卻收縮，在水星的表面產生了長達數百公裡的裂縫!

那麼地球目前擁有液態外核，是因為它還沒有完全冷卻!所以地球的每一次地震，都是地球的內核向冷卻的、完全固態的狀態發展!

(不過，我們不要但心啊，我們相信地球的核心完全冷卻的時間能把太陽熬成紅巨星！）哈哈。