地震與月球有關？研究表明：地震波受月球牽引力影響

摘要：來自德國波茨坦地學研究中心（GFZ German Research Centre for Geosciences）的Christoph Sens-Schonfelder和來自德國耶拿·弗里德里希·席勒大學的Tom Eulenfeld嘗試了一種新的觀察方式，他們分析了來自智利北部阿塔卡馬沙漠（Atacama Desert of northern Chile）的帕塔切（Patache）地震站長達11年之久的監控數據。12.42小時的周期揭示了地震速度的變化率為0.026%，剛好符合月球主要的潮汐影響——由月球引力引起的地球周期性扭曲。

圖片來源：C. Sens-Sch?nfelder/GFZ

月球引力不僅影響潮汐。來自距智利北部太平洋海岸約2公里的地震監測站的數據揭示了日日夜夜的地殼壓力循環是由月球引力和太陽熱量引發的。

如果你想測量在物理壓力作用下複雜天然巖層的力學性質是如何變化的，那麼無論是實驗室里的小樣本測試還是現場測量都不能完成這項工作。最近，研究人員利用一種新的技術，通過從單個監控站中得到環境地震噪音的長期記錄，來提供巖石的性質參數。這些數據揭示了由月球，太陽引力以及太陽熱量引起的周期性壓力變化。以這種方式追蹤地表下巖層狀況對探尋自然地質過程以及保護施工和采礦作業很重要。

像巖石和礦物等非均質物質通常具有彈性特性，當材料受到外力扭曲（應變）時，彈性性質會發生變化。這種彈性特性的轉變改變了地震波在巖石中傳播的速度。在幾十年里，科學家一直試圖用地震速度變化率作為變量來診斷地球地質物理狀況，但實驗是困難的。研究人員通過在幾個監控站中劃分地震干擾層和觀測地震波進行積極的源頭測量，取得了良好的結果。但其開支與組織性的要求使其無法用於常規監控。其他研究人員已經測量了現有地震監測站網路周圍的地震噪聲，但還沒有獲得準確的信息。

來自德國波茨坦地學研究中心（GFZ German Research Centre for Geosciences）的Christoph Sens-Schonfelder和來自德國耶拿·弗里德里希·席勒大學的Tom Eulenfeld嘗試了一種新的觀察方式，他們分析了來自智利北部阿塔卡馬沙漠（Atacama Desert of northern Chile）的帕塔切（Patache）地震站長達11年之久的監控數據。測量到的振動數據來自自然產生的地震噪聲，其中包括由附近太平洋海岸的海浪衝擊產生的地震噪聲。

研究人員用被稱為自相關技術的方法分析地震記錄，這一步驟展示了地震波首先擊中探測器，然後反射到周圍的環境中再次擊中探測器這一過程，有點像在教堂里聆聽回聲，Schonfelder說。對回聲模式進行數學分析使研究人員能夠了解地震波的速度是如何從一個時刻變化到下一個時刻的。

這張完整的11間觀測的速度變化圖顯示出了明顯的年份振蕩，振幅變化約為地震波速度變化的一半。這些信號中斷處的大幅變化剛好與地震的發生相吻合。對數據的仔細審視發現小的振蕩周期恰好是一天半；實際上小周期由兩個獨立的信號組成，周期分別大約是12.42和12.65小時。12.42小時的周期揭示了地震速度的變化率為0.026%，剛好符合月球主要的潮汐影響——由月球引力引起的地球周期性扭曲。另一個稍長長的周期則對應月球軌道橢圓率的輕微改變所引起的二次潮汐效應。

為了驗證這些聯繫，研究人員估量了月球和太陽潮汐力對巖石產生的應變。他們發現預測的應變振蕩振幅與大約12小時長的地震速度振蕩信號的振幅成比例，進一步支持了潮汐應變影響巖石性質的觀點。

但每天的振蕩圖像又不一樣。雖然太陽潮汐效應與地球自轉相關，但它的作用遠小於月球潮汐效應，不足以解釋一天周期內的地震信號。研究人員得出的結論是，每天的變化則是與地球表面的加熱和冷卻有關，而其周期也正好是一天。有趣的是，分析還揭示了這些小信號會集中出現在月球和太陽信號相疊加或抵消的地方，這是一個經典的跡象，表明兩個不同自然頻率的效應以某種方式相互作用。

Tom Daley，是一位已從加利福尼亞州勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory in California）退休的地質學家，他說這項研究運用了單監測站監測地震噪音的做法令人耳目一新，它的精確度是「我見過最好的」。他說這項技術幾乎可以用在任何地方，下一步可能可以用來尋找不同巖石材料的差異。Sens-Schonfelder和Eulenfeld認為，由於只需要一個監測位置，這項技術甚至能應用到行星探測器上。

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