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文|小马
编辑|小马
前言
极地地区周围俯冲带的大地震，是北极气候迅速变暖和南极洲西部冰川崩溃的原因之一。
在地球气候变化的自然驱动因素中，地球地震能量的总释放量与现代气候变暖之间存在非常均匀的相关性。
20世纪地球总地震活动的峰值，在1952-1965年期间下降，而现代全球变暖的开始是指1978-1980年期间。
相对于地球地震能量的最大释放，大约有20-30年的延迟标志着急剧变暖的开始，与此同时，该机制是由于20世纪中叶发生的阿留申俯冲带大地震，激发的变形岩石圈波的作用，而致破坏北极大陆架的亚稳天然气水合物和强烈的甲烷排放。
这些波以大约100公里/年的速度传播，阿留申岛弧和北极大陆架之间的距离大约2000公里超过20年，这解释了北极急剧变暖开始的时间偏移相对于俯冲带地震驱动因素的作用。
随着北极大陆架上的甲烷排放，有许多证据表明，北极地区各个陆地区域存在气体井喷和甲烷排放，特别是在蒂曼 - 伯朝拉地区，西西伯利亚西部和东西伯利亚，俄罗斯远东北部，以及加拿大和阿拉斯加北部，位于永久冻土区。
显然最初为北极大陆架甲烷排放情况提出的，地震触发机制应扩大到北极地区的整个广袤陆地区域，那里的沉积地层含有非常大量的气体，既以游离形式存在，也以部分解离的天然气水合物形式存在。
这种气体通常被困在低渗透性永久冻土和永久冻土下方沉积地层的微孔中，并且由于岩石微观结构的体积破坏而释放，伴随着提供气体过滤的微裂缝和微通道的出现。
源自阿留申和千岛-堪察加岛弧大地震源并到达北极地区陆地区域的变形波，是破坏气体饱和低渗透沉积岩内部结构的触发机制，导致甲烷排放增加和温室效应。
过去40年中，地球释放的地震能量水平的变化，与大气中甲烷浓度的增加之间存在明显的相关性，这些过程之间的时间偏移约为20年，这显然支持了气候变暖的地震触发假说。
在南极洲及其周围，在冰下和水下沉积物中也以气体水合物的形式，发现了大量的甲烷储量。
大地震产生变形岩石圈波在地震事件发生后，约30-40年到达南极洲，覆盖波浪发生地点和南极洲之间的3500-4000公里的距离，在那里它们由于额外的压力而破坏冰川和冰下气体水合物。
南极洲西部冰川崩塌的当前阶段始于1970年代，根据地震触发机制，可以用1940年代（智利俯冲带发生的一系列大地震来解释。
南极半岛冰川崩塌的过程愈演愈烈，从1995年拉森A冰川崩塌开始，这是由1960年在智利俯冲带发生的一系列大地震激发的新变形波列引起的。
目前南极冰川强烈崩溃的过程，通常由暖气流和从南太平洋携带暖空气和水的海流的影响来解释，在这方面问题出现了，为什么这些进程恰好在上世纪末开始，为什么它们在本世纪继续获得动力？
对这种现象的解释归结为工业二氧化碳排放的人为影响的论点，这些影响造成了温室效应和全球变暖。
近几十年来许多科学家在各种数学模型的基础上，研究了岩石圈变形波，为甲烷排放增加提供了地震触发机制 ，以解释观测到的地球地震活动的迁移，其特征速度从几十公里到几百公里/年不等， 例如早期的纯机械模型在几百公里的距离上产生了几乎完全衰减的应力和应变扰动，在后来的热机械模型中，考虑到岩石圈-软流圈边界的相变， 表明变形波可以在数千公里的距离内传播而不会有明显的衰减。
地球地震能量最大释放阶段与当今全球变暖开始的时间滞后时空相关性
1976-2020年期间发生的地球地震，从5级及以上开始
为证实所提出的地震触发假说，有必要确保大地震与观测到的气候变化之间存在时空相关性。
图显示了20世纪和21世纪初地球大气平均温度的变化以及地球地震能量释放的变化，这主要由震级大于8的大地震决定。
地球地震能量的最大部分是在1952-1965年的时间间隔内释放的，特别是阿留申弧（最接近北极大陆架）最强大的一系列大地震仅限于这个间隔。
这包括1957年发生在弧中央部分的大地震 ，震级为M = 8.6;然后是1964年的大地震，发生在东端弧，震级为M = 9.2，最后是1965年在弧线西部发生的大地震，震级为M = 8.7。
阿留申和千岛-堪察加俯冲带的大地震将构造波向北极传播
除了这些地震事件之外，还有北千岛岛大地震的源头，震级为9.0，位于1952年发生在千岛岛弧北部的阿留申弧附近。
注意整个观测史上最强烈的地震，震级为9.5级，发生在1960年智利俯冲带的中部，区域位置相对靠近南极洲。因此，在北极地区气候急剧变暖阶段（15-25）开始前大约1979-1980年，阿留申弧和千岛-堪察加弧北部出现了前所未有的地震活动。
俯冲带地球地震能量
俯冲带地球地震能量最大释放阶段，与极地地区急剧变暖的开始之间的时空相关性，是否意味着这些不同的自然现象之间存在因果关系？
这个问题给出了肯定的答案，假设所指示的因果关系在于大地震期间产生的变形波的触发效应，并以约100公里/年的速度从这些地震源向极地传播。
这样的速度下， 变形波在大约2000年内从阿留申地震和北千岛岛地震源传播到北极大陆架和陆地约20公里的距离 ，在那里，由于额外的应力，它们导致陆上低渗透岩石中的微观结构破裂，这些岩石具有被困游离气体的微孔，以及大陆架海底地层中的亚稳天然气水合物解离。
这些过程导致释放的甲烷的排放， 由于温室效应导致环境变暖，触发机制解释了15-25年间阿留申弧和千岛弧北部的一系列大地震与1952-1965年急剧变暖之间的1979-1980年的相关时间。
证实气候变暖的地震触发假设时，NOAA全球监测实验室对大气中甲烷浓度的测量非常重要，图显示了从1984年至今大气中甲烷的年平均浓度，表明全球CH4趋势。
大气CH年增量图4基于全球平均海面数据
甲烷浓度随时间变化的一个特征，是四个时间间隔内的增长速度不同 ：
- 第一个区间，1984-1992年，其特征是甲烷浓度相对快速地增加
- 第二个区间，1992-1999年，显示出集中度增长放缓
- 第三个区间，1999-2007年，表明浓度增长几乎完全停止;
- 第四个区间，2007-2022年，表明甲烷浓度再次迅速增加。
这就引出了一个问题 ，即过去四十多年甲烷增长率变化背后的原因 。
根据地震触发假说，人们可以预期甲烷浓度增长率的变化应该与地球地震能量释放的变化相关， 这意味着与变形波的传播时间相关的时间偏移约为20年，这是它们到达沉积岩中甲烷积累区域所必需的，主要是在北极地区 。
下图说明了这种相关性，显示了两条包络曲线，反映了1984-2022年期间年平均大气甲烷浓度增量的变化，以及8-1964年期间地球地震活动水平的变化，由震级大于2002的大地震决定。
假设与变形波传播时间相关的20年时间偏移，总的来说， 两条曲线之间有很好的相似性，在这是一个支持气候变暖的地震触发假说的重要论据 ，1982-1983年的地震活动与2003年左右的甲烷浓度之间缺乏相关性，这是异相的。
这种差异可能与其他因素造成的甲烷排放量增加有关，例如，由于人为影响或湿地排放量增加等，这些现象仍然在地震触发机制的范围之外， 鉴于所考虑现象的复杂多因素性质，人们不能指望在地震触发机制方面所考虑的过程有确切的相关性。
地球地震活动变化与大气甲烷浓度变化之间的相关性
亚稳天然气水合物破坏的变形波及相关触发效应
让我们考虑一个地震触发机制的示意图， 该机制破坏位于距离俯冲带几千公里量级相当远的沉积盆地的冻结岩石中的亚稳气体水合物。
这种机制首先是在[中为北极大陆架和阿留申岛弧提出的，下图显示了此过程的三个阶段。
第一阶段与俯冲带发生震级大于8的强烈地震或一系列时间接近（几年内）相同震级的强烈地震有关。第二阶段的特征是在俯冲带出现由强烈地震引起的变形波，并在“弹性岩石圈-粘性软流圈”系统中向沉积盆地水平传播。
最后， 第三阶段对应于冻结沉积岩中亚稳气水合物被变形波带入沉积盆地的外部附加应力破坏的过程。
天然气水合物的破坏导致被困在其中的甲烷释放，通过冷冻岩石的破碎多孔介质过滤并排放到大气中，产生增加环境温度的温室效应。
所以变形波作为天然气水合物的外部触发载荷，气体水合物的破坏和通过断裂多孔介质过滤释放气体的实际过程。
根据现有估计，全球天然气水合物储量约为1000亿公吨碳。
其分解可在全球范围内影响碳循环和气候，天然气水合物可能解离和甲烷排放的想法具有强烈的温室效应，已被用于解释许多众所周知的现象。
甲烷排放对全球变暖的可能影响，以及永久冻土降解和天然气水合物解离过程的增加的一般假设。
对北极大陆架的长期海洋研究表明，北极东部海域浅水区底部有大量甲烷释放。
东西伯利亚北极大陆架上气泡甲烷释放的证据
天然气水合物的解离通常与温度升高到临界水平有关，达到临界水平时，在对应于水合物层一定深度的给定环境压力下，天然气水合物存在的稳定性就会丧失。
水化层温度的这种升高可能与内生过程有关，加热流体沿着岩石圈更深的地壳断层迁移，或与外生因素有关，例如，大陆架上的温暖近底洋流或北极寒冷陆地表面水团的侵入。
天然气水合物稳定性的丧失，也可能与地球动力学因素引起的外部压力降低有关，这些因素包括，例如，由于冰川融化导致地壳表面等静压上升引起的浅层，大陆架上的静水压力降低，正如斯瓦尔巴群岛所建立的那样，通常，所注意到的热和地球动力学因素作用于全新世内的小地质时间尺度。
也有一些快速作用的地球动力学因素，在某些条件下，导致天然气水合物几乎瞬时解离。这些特别包括岩石圈的变形波，后者可以在破坏经历部分解离的孑遗气体水合物的亚稳平衡过程中发挥重要的触发作用，由于形成冰膜，将形成的自由气体密封在天然气水合物微粒内， 导致天然气水合物自我保存的现象。
南极西部冰川运动与崩塌的成震触发机制
南极洲在面积和体积方面都经历了前所未有的冰损失速度，此外，一些冰架正在加速流出，有些只是在坍塌。
大多数事件发生在西南极洲，尤其是南极半岛，因此，在过去的几十年里，南极半岛冰架的总面积从150万公里减少到100万公里。
在1970年代，南极半岛冰架总面积开始急剧减少，根据地震触发假说，这一过程可能是由于1940年代初智利俯冲带大地震引起的构造波的到来，1940年（M = 8.2），1942年（M = 8.2）和1943年（M = 8.2）。
以每年100公里的速度，变形波从位于智利俯冲带的产生源传播到南极半岛大约3500 35公里的距离，可能在1970年后导致冰架退化的开始。
智利俯冲带的下一个变形波列与1960年发生的三次大地震有关 ，其中一次震级为9.5（瓦尔迪维亚），结果证明是整个观测史上最强大的地震。35年后，这些海浪到达南极半岛，于1995年摧毁了拉森A冰架。
在智利俯冲带和麦夸里岛弧发生的大地震，引发了变形波，在到达西南极洲的冰川后，导致了一系列冰架破坏事件，包括拉森B，拉森C，威尔金斯和乔治六世冰川的部分崩溃。
近几十年来，智利俯冲带南部分别于1995年、2001年、2007年、2010年、2014年和2015年发生了多次大地震，2021年，三明治海沟发生了大地震。
来自这些来源的构造波的到来将导致在不久的将来进一步破坏南极半岛的拉森、威尔金斯、乔治六世和其他冰架。
崩塌的冰川在很长一段时间内都处于稳定状态，有些冰川在整个全新世都是稳定的，例如拉森B冰川。
这种行为强调了当今时期的独特性，需要对我们这个时代的冰川稳定性丧失现象进行解释。
对这些事件的通常解释被简化为关于全球变暖对冰川状态影响的声明，然而，这种解释是值得怀疑的，因为根据古气候数据，全新世的一些最高温度高于现代，因此仅靠环境温度的升高，很难解释冰川从长期稳定到剧烈崩塌过程的突然转变。
不同俯冲带一系列震级大于8的大地震的发生频率受岩石圈板块相互作用接触带粗糙结构的控制，导致地震时接触带大面积破裂。
另一个重要因素是同时在几个大型地震块中同时积累临界能量的条件的发生，这样的地震构造环境很少发生，复发期为一千年。
显然在智利和阿留申俯冲带，这种超活跃的地震构造阶段始于20世纪下半叶，根据地震触发假说，这解释了当今气候变暖时代的突然开始和南极洲冰川强烈崩溃的阶段。
南极洲的主要冰损失也出现在松岛冰川和斯维茨冰川，这两个地区都有活火山。
2018年发现，松岛冰川下方有大量的火山热源，大约是冰岛活的Grimsvötn火山的一半。
近年来，这两个冰川都在加速，它们的表面已经降低，它们的接地线已经退缩，在过去的两个世纪里，斯维茨冰川发生了持续的快速退缩冲动。
在不久的将来，随着接地球区从海底的稳定高点后退，类似的快速撤退冲动也可能发生 ，根据现有的估计，如果快速退缩，斯维茨冰川将拉动支撑它的冰盖和邻近的松岛冰川，后面有冰盖，在这种情况下，由于以前位于陆地上的大量冰取代了海水，全球海平面上升可以达到2-3米，与缓慢熔化相反，灾难性的滑动过程可以在相对较短的时间内发生。
讨论
考虑冰川床的粘附和滑动条件，斯维特冰川和松岛冰川的内部结构与拉森冰川有着根本的不同。
这些冰川的河床位于海平面以下，并从接地线向内陆方向下降，一旦冰层开始，没有任何地质屏障可以阻止冰退。
斯维特和派恩岛冰川的河床位于海平面以下，在内陆，基岩地形下降到海平面以下2000米。
同时，冰川表面的地形逐渐升高到海拔2000米，在南极洲西部的中心形成了一个巨大的冰穹，斯维特和派恩岛出口冰川的运动是由这个厚达4000米的巨大冰块的引力扩散驱动的，它下方增加的热通量为冰川和基岩边界的冰融化以及滑移条件的发生创造了环境。
结尾
地震触发假说在地球极地地区气候变暖，和冰川崩塌中应用对人的影响是有的 。基于变形波以约100公里/年的速度在岩石圈中传播的概念，由北极和南极周围俯冲带的大地震激发。
导致北极甲烷排放量急剧增加，和南极冰盖加速运动的触发机制的第一步，进一步的分析将包括扩大确定所述过程的参数范围， 特别是不同的变形波速，不同的甲烷排放条件，冰川运动的非均匀热机械条件等。
大地震次数决定的地球总地震活动变，化与大气甲烷浓度增加之间的相关性的研究，应考虑到与产生变形波的俯冲带和含有大量天然气的沉积盆地的空间分布相关的地理参考。