本文由天地生人讲座《天地互动与地震预报探索》整理所得,将分为3篇文章陆续呈现。
导读:
“天地互动”是“天地人三才“及“人法地,地法天,天法道,道法自然”的理念以及“圜道论”思想发展、演续而来的中华优秀传统思想。以中国传统的有机整体自然观为指导,结合目前天文学及地学成果,天地互动影响而探讨对地震活动的影响,思路清晰、理论明确,对应效果较好,是值得探索的方法。
贰
关于地球认知的中华传统思想发挥
现在地球的理论各种假说甚多,在此不作赘述,只着重阐述中国传统地学观念,希望能给同仁有所启发。
1.地法天,地也是天
天地相对而生,天左行,地右行,堪舆徐行而雄以音而知雌,是为奇辰。老子有云:“域中有四大,道大、天大、地大、人亦大,人法地,地法天,天法道,道法自然。”这里的“地法天”,是地道之核心,“地球”固有其特性,但也有从天而运的规律性,所以其状为旋转椭球体,北极略尖,南极略平,赤道膨大的梨形。其外有厚达4200公里(赤道)—2800公里(两极)的大气层覆盖,并有磁壳保护。“地球”也是“天”的极小部分所以“地自行而受天控,地自变而应天时”。
2.地之道曰柔与刚
地球表面三分陆地,七分大洋,陆为刚,洋为柔;陆地上有山地和平原,山地为刚,平原为柔;地壳由许多板块、断块相嵌而成,则板块、断块为刚,而板缘及断裂带为柔;看地球纵深也是由不同的刚柔之体组成(图1)
图1 地球内部圈层结构的刚柔组合
总之,地球是由不同尺度、不同层次、不同级别的刚柔组合体镶嵌而成。所谓刚,结晶、岩石、断块、板块、岩盘之类是也;所谓柔,气、水、油、热液、岩浆、幔汁之类是也。刚者,静、固、凝、重之谓也,其质地刚强、滞重,起支撑阻滞作用,行厚重载物之责,变化缓、运动慢,在动力作用下呈被动状态,故其质阳,其性却属阴;柔者,动流热浮之谓也,其质地柔软易流动,起调节缓冲作用,行物质、能量、信息迁移传递之责,在动力作用下呈主动状态,其质阴,其性却属阳。刚柔相比而存,相济而化,是大地演化之根本。
3.风(气)水是地壳变异的主动因素
地球的三极(南极、北极及青藏高原)主宰着大气环流、大洋洋流影响世界的水旱分布;风(气)水对地表进行着吹蚀、剥蚀、吹扬、侵蚀、冲刷、运移、沉积作用,为地形地貌变异之要;水在岩土间的溶滤、潜蚀、运移、沉淀作用是地壳浅表变化之要;深层的热液、岩浆、幔汁则不停地进行着冲熔、浸染、再结晶、蚀变、交换作用,改变着深层结构是深层地象异变之要。这种以液态的水、热液、岩浆、幔汁为主动的改变地壳的能力,从根本上改变了过去“固体地球观”为“液体地球观”而有质的升华和飞跃[10]。
4.穴位新论
地球是刚柔相嵌而成,所以是不均匀的,系由不同时期、不同质地、不同构造刻画塑造的复杂机体。各种时期构造活动带、水热活动带、火山活动带、地震活动带、塑性活动带、幔汁活动带……。这些特征构造活动带的交汇点,即是“穴位”[11]。
“穴位”所在之地,其一,结构构造复杂系多种结构带的复合部位;其二,是物质、能量、信息传递、交换之通道,并且是具有信息增量之敏感性;其三,信息的遥联性、可公度性、准同步性及信息的放大性;其四,在地壳应力作用下应力降梯度大,水热活动频繁,常是地震监测网点的首选。
5.地球是准稳定太极结构
我们说地球是一个刚柔组合体,刚柔相对而生,互补而衡,蠕渗而动,故受宇宙环境因素或内部营力变化影响时,刚柔结构体有序、谐调的运动是永恒的,内部调整也较方便。刚与柔、重与轻、冷与热、升与降、压与张相反相成,互济互补,形成可塑性强,自调解能力充分的动量均衡的自组织系统,而成太极对称的准稳定结构[12、13]。
这里仅从南极洲与北冰洋的太极对称(图2)、南半球与北半球的太极对称(图3)及洋半球与陆半球的太极对称(图4)[14],并看出地球上的两个重要的地震、火山活动带[15] (图5)。
图2 南极洲与北冰洋的太极对称
图3 南半球与北半球的太极对称
图4洋半球与陆半球的太极对称
图5全球地震活动性图(1964-2014年)
在此仅以极为简略的篇辐介绍了中国传统思想对地球之认知,如“地法天”,地也是天;地之道曰柔与刚);风(气)水在动力作用下是主动因素;新穴位论:地球是太极对称结构,这是天地互动和地震预报研究课题需要。虽说中国传统思想是老旧的传说,而知其深而新的内涵与无穷地创新能力,这都来自“道法自然”的威力。
叁
宇宙环境略述
1.中国天文学发韧甚早
《易》曰:“在天成象,在地成形”,天以授时,地之万物应候,时进而候随,信也。先民首观日、月,“日以暄之”提供给地球能量与热量;“月以揉之”,潮起潮落。昼夜、四季交替,寒来暑往。
中国古代对宇宙的认知[16]首推墨子(公元前480-390年)《墨子·经上》曰:“久,弥异时也,宇,弥异所也。”《墨子·经上》又进一步说明:“久,合古今旦莫。宇,冢东西南北。”继而尸子(公元前390-330年)据说是商君之师,《尸子》云:“上下四方曰宇,往古来今曰宙。”庄子(公元前365-290年)在《庄子·庚桑楚》有云:“有实而无乎处者宇也,有长而无乎本剽(标)者宙也”。是说宇是有实在而无定处可执者,宙是有久延而无始末可求者。宇宙是整个时间、空间所包含的一切。时空是一个场所,一个平台,而真正起主导作用的是道。
《道德经》有云:“有物混成,先天地生。寂兮寥兮,独立不改,周行而不殆,可以为天下母。吾不知其名,字之曰道。”“故道大、天大、地大、人亦大,域(宇)中有四大,而人居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然”。又说:“道,盅而用之,或不盈,渊兮,似万物之宗。挫其锐,解其纷,和其光,同其尘。湛兮,似或存。吾不知谁之子,象帝之先”。“道”——是宇宙中存在的物质、能量、信息,及其相互关联、作用、发展、变化的总根源。
古人观星,早有石申夫、甘德(大约生活于公元前4世纪中期)观星,有《甘石星经》传世;并有“盖天说”,以《周髀算经》为证;“宣夜说”,有郗萌提供些线索;“浑天说”则有“浑天仪”、“浑象仪”实测为证,并形成有中国特色的“落下闳—张衡”天文学体系[17、18、19]。
落下闳(活跃于公元前100年前后)—张衡(公元78—139年)天文学体系之特点有:其一,以地球为中心,采用赤道坐标,以北极星为基准的天文学体系;其二,以“浑天说”为指导,并制造了“浑天仪”和“浑象仪”,进行实际观测;其三,以六十甲子系统计年;其四,通过实测建立日、月、五星的会合周期,并用代数运算方法,力求各种周期的和谐(辗转相除法→连分数法→渐近分数法→求强弱术法→“调日法”、不定方程法→“一次同余式”或求一术(通其率法))。其五,从《太初历》(也称《三统历》)→《后汉四分历》→《乾象历》,上述历法均包括二十四节气(定时)、二十八星宿(定位),把天文、历法、气象、物候、农时有机地结合起来,是阴阳合历;其六受道家自然哲学的影响,重视整体综合,是多体周期系统,并且认识到体系的近视性,随观测精度的提高,认知能力的提高,而有所改进;其七,落下闳—张衡天文学系统在当时可与古希腊托勒密天文系统媲美,各有特点,各有所长,都为人类文明作出了贡献。
近代天地生人综合研究显示[20]:中国历史上的夏禹洪水期、两汉宇宙期、明清宇宙期,不仅是中国自然灾害高发期,也是全世界的自然灾害高发期,这与地球所处的宇宙环境恶劣有关,这给我们以启发。
综上所述,中国传统宇宙观及天文学思想,给我们如下启示。其一,通过授时与物候而知时节,二十四节气学说给我们天时与物候相随的观念;其二,宇无际,宙无涯,而“道”为主宰,宇宙之银河系、太阳系给地球环境之影响;其三,落下闳—张衡天文学体系的综合性、周期性的倾向,给我们对“奇时”探索的启发;其四,地球宇宙期的发现对地球灾变与宇宙环境的关系,给出一些重要线索。
2.宇宙的尺度及星体之体量
宇是空间,空间是无际的;宙是时间,时间是无涯的。
地—月距离为35.5—41.2万公里,可谓远矣,但日—地间的距离更为遥远1.49578×109公里=1天文单位,但用天文单位衡量银河系就显得不够用了,银河系的直径8.15万光年,1光年=63,240天文单位=0.307秒差距=94,605亿公里。1秒差距=3.2616光年=206,265天文单位=308,568亿公里。目前人类所能观测到的宇宙深度为150亿光年!渊兮宇宙[21]!
宇宙中的星体之体量差别很大,月亮仅是地球质量1/81.3,而太阳质量相当于地球质量的33万倍,太阳的质量是整个太阳系质量的99.86%!(图6)然而,太阳不过是宇宙恒星中,中等偏小的一个(图7)[18]。
图6 太阳和行星的大小比较
图7 太阳与其他恒星大小比较
3.太阳系的知识
太阳系是银河系里很小的一员,处在银河系的边缘,围绕银河中心旋转(图8),已知太阳绕银心的旋转速度为220km/秒,太阳绕银河系公转一周约2.26亿年,由于地球的年龄至少有46亿年,那么地球随太阳绕银河系中心已经转了20多圈。离太阳系最近的半人马座星系距离为4.22光年,可以推知太阳系的范围实际很小。太阳系最远的行星可能在50个天文单位,太阳系作用范围可约为60个天文单位,而希尔范围可达230个天文单位。和银河系(直经为8.15万光年)相比,是十分渺小的。
图8 银河系结构示意及太阳系所在位置(a)俯视图(b)侧视图
太阳系有八大行星,有小行星带,在更远处有柯伊伯带的矮行星、小行星及彗星,组成一个太阳系。以小行星带为界,其内有水星、金星、地球、火星,以地球为代表,称为类地行星。类地行星,离太阳较近,为岩质行星,体积及质量小,但密度大,中心有铁核,含金属元素比例高。其外有木星、土星、天王星、海王星,以木星为代表,称为类木行星。类木行星离太阳较远,体积和质量较大但密度较小,主要由氢氦等轻元素组成,它们都有光环和较多的卫星。
这些行星距太阳之远近见表1,其质量之大小见表2,其绕太阳的公转周期见表3.这些数据是我们研究地球宇宙环境的基础资料。由中国科学院紫金山天文台出版的《中国天文年历》,提前半年出版,公布来年诸星动态及特殊天象、相关天文参数,成为分析推演地球的宇宙环境的依据。
表1 行星离太阳的距离
表2 行星质量表
表3 行星公转周期表
4.宇宙环境对地球表层的影响
宇宙环境对地球表层的影响因素很多,有些尚待深层次认识及开拓,在此仅对太阳系的宇宙环境对地球表面的影响谈点看法:
其一,对地球的引力摄动
据F=-G*M/D^2可知星体的质量及星体与地球的距离是关键因素,依此我们得出星体对地球的引力序:月(167微伽) >日(77微伽) >金星(9.1微伽)>木星(1.0微伽)>火星(0.8微伽)>水星(0.05微伽)>土星(0.04微伽)>天王星(0.0006微伽)>海王星(0.0001微伽)(表4)。这里要强调几点:第一,月亮质量很小,仅为地球1/81.3却因离地球太近而引力居冠,太阳虽大,是地球的33万倍,因距地球稍远而屈居第二。可见若研究地球表面的地震活动,还是要以地球为中心,我们不否认太阳中心说,这是研究课题的范筹所决定。第二,中国古天文—历法特别重视日、月、五星的公转周期,认为公转周期之汇聚点,做为历法的起始点、天文的奇点有特殊意义。从表3可知:水星六十年绕太阳转三百圈;金星转九十圈;地球转六十圈;火星转三十二圈;木星转五圈;土星转两圈。所以六十年是五大行星绕太阳公转的最小公倍数,故历法中的六十年周期律和俗语说的“三十年河东,三十年河西”是有天文—历法背景的。
表4 星体对地球之引力序
第三,地—月体系的中心点不在地心,更不在月心,而是在地—月质量的平衡点上,——公共质心。经计算是在地球的浅表处,如月处远地点时距地表2043.2公里深处;如月处近地点时距地表1432.7公里深处。2034~1432公里深处,恰在下地幔上层,接近深源地震发生处的边缘地带。当受太阳、金星、木星、火星影响时,“地—月共公质心”,还会更向地表移动而达地壳的过渡带(参见图1)。这个“公共质心”是值得重视的天文奇点[注]。第四,当特殊天象来临时,对地球的引力有增加趋势。这就是“三星一线”的天文奇点,最为直观的日蚀(日全蚀、日环蚀及偏食)月蚀(月全蚀、月偏食);再有就是某星凌日(或冲日),某星合月(或掩月);某内地行星的上合日、下合日及其逆(或留)时段;更有甚者是诸星连珠的特殊天象,都会增强对地球的引力摄动。第五,是距离地球最近的地点和近地时段。月亮每年有13个近地点(距地球约35.5-37.0万里);水星每年三个近地时段,每段约一个半月距地约为0.549-0.678天文单位(1.49578×109公里为一个天文单位);金星每隔13-14个月后有6-7个月的近地时段(距地约为0.266-0.288个天文单位);火星每隔20个月后,有4-7个月的近地时段(距地最近约为0.384-0.673个天文单位);太阳距地球距离变化较小(约在0.98-1.02个天文单位之间)。以上这些天文奇点及近地点和近地时段都会使地球的引力增大,这种引力摄动作用,对地球表层是一种“解缚效应”。
其二,对地球的冲击作用
主要小行星、陨石和彗星坠落对地球的撞击,这种危险的程度,与撞击体的质量有关,据有关资料证明,小行星撞击曾使恐龙灭绝,改变地球的历史进程[19];再如“通古斯大爆炸”,1908年6月30日晨出现巨大噪声的强风,使建筑物振颤,见燃烧的天体自天而降从南到北划过天空消失在东北方,并升起一团大火,并拌有“天裂”、“天鼓鸣”及“银云”、各种异光现象,这是彗星乃至陨石撞击,还是地震伴有沼气暴炸造成之灾难尚不得而知[20];1976年3月8日15时吉林陨石雨冲击,总体重量2700公斤,在高空炸裂成百多块,最大达1770公斤,陨石雨分部在东西长72公里,南北宽8.5公里之范围内。是我国近年较大的陨石冲击记录(图9)[21]。
[注]一些学者认为地—月以公共质心旋转是第三种旋转方式,而且月亮总是一面对地球旋转,所以认为月亮不是地球的卫星而是地球的伴星。这种说法尚无定论,但值得参考。
图9 吉林陨石雨分布示意图
太阳系的小行星主要分布在小行星带及边缘的柯以柏带。小行星带中,有较大者如谷神星直径达1000公里以上,智神星为560公里,婚神星为230公里,灶神星520公里,已命名者有8000颗左右,100米以上的四万颗,更小的数不胜数,由于其体积小而轨道偏心率高,易与行星拼撞,被称为“太空杀手”。好在小行星带多在木星轨道及火星轨道之间,但也有少数在火星与地球之间,称为“近地小行星”,如近地小行星阿莫尔,1932年3月12日—4月24日,距地球仅1.08天文单位;阿波罗则突然不见了,一直到1975年才出现,这一失踪长达四十一年;伊卡鲁斯轨道深入到水星轨道范围内;阿波菲斯(阿多尼斯)预计2029或2036年,其轨道将帖近地球(图10)!1993年4月10多个国家60多位科学家在意大利埃里斯开会,并发表《埃里期宣言》,指出:“近地小天体的拼撞,对于地球的生态环境和生命演化至关重要……这种威胁是现实的,国际社会要进一步协调努力,唤起公众注意。”美国也提出“近地小行星追踪计划[22]。
图10 几颗特殊小行星的轨道
对地球的另一种冲击,则更为频繁,就是太阳风暴对地球的冲击。一种是质子事件(高能粒子射出)兆电子伏级的太阳宇宙线,在大耀斑出现后15分—几小时可达地球,在50-100km高度使地球大气电离,最初只局限在极79纬度区,最大可扩展到65°区,这种冲击可持续1-6天,称之为“极盖吸收”。另一种被称为磁爆,是相对比较低能等离子体,通常在1-3天后到地球,扰乱地球磁场,它沿磁力线侵入两极高空激发稀薄气体,产生绚丽多姿的极光。我国地震部门多有从事磁暴研究人员,从事磁暴二倍法预报地震,沈仲丕先生就六十年如一日的研究,颇有成效,这也说明太阳风暴的暴发及其周期与地震的活动有密切关系。
其三,卷积作用
是诸星体旋转过程中,对地球旋转的影响,使地球的自转速度时快、时慢。这种作用的影响因素多达几十种而不能提前预知,目前还很难将其纳入地震预报当中来,然而地球旋转速度的变化是应当重视的现象。
以上已知这三种因素,都会给地球表面的应力状态改变,并引起地震(或火山)活动的強弱,这就是我们从宇宙环境变化探索地震活动的可能变化。因为地球在宇宙中很渺小,所以这种作用常常是对地球整体的摄动,具体发震地点还需地象异常的分析,但做趋势预报时,效果可能更好。
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