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地震与大地电场
地震与大地电场
一、前言
全球大陆的7级以上地震,三分之一发生在我国大陆;这些地震造成的人员死亡,占全球大陆地震死亡总人数的58%。
地震是除战争,饥荒,疾病之外,致死人数最多的自然灾害。
陕西华县地震,有姓名记载的死亡人数就达到了83万人。
唐山地震造成242769人死亡,16.4万多人重伤。
如果能够进行地震预报,这些鲜活的生命就不会离去!
20世纪末出现了地震不能预报的悲观论调。
日本是科技发达地震多发的国家,资料比较齐全。
从1633年到1923年的地震统计资料中得出了在神奈川县小田原附近发生所谓“神奈川大地震”的时间间隔是73±0.9年的“规律”,从而预测一次地震发生的时间是1998年±3.1年,但是20年过去了,这个地震还没有发生。
美国也有同样的例子。
加利福尼亚州有一个只有几十个人的小村庄帕克菲尔德(Parkfield),从19世纪开始以22年的准确周期发生着6级地震。
上世纪八十年代美国地质调查局、加州地质调查局和大学联合进行了有名的“帕克菲尔德预报实验”,在1992年和1993年发布过最高的A阶段的地震预报,就是说72小时内发生地震的概率是30%。
但到最后警报全部解除,实际上真正的地震在十几年后的2004年才发生,当然也就没能给出预报。
于是东京大学地球物理学家盖勒教授1997年3月,在美国Science杂志上发表了一篇《地震不能预报》的文章。
其论据是地球处在一种自组织临界状态,任何小地震都有可能发展成为一次大地震,由于地球不可入性,人们无法探知地下深处的初始值,自然就无法预报地震。
多数地震学者接受了这一学说,甚至有地震学者说只有骗子和疯子才去预报地震,受其影响需世界多数国家停止了对地震预报的研究。
地震预报具有相当大的难度,因此就放弃研究,照这样,征服癌症难度更大,也放弃研究,探索宇宙也有难度也放弃,这样科学何来发展,社会怎会进步?
具有自组织临界性的系统,其形态都符合幂律规则。
地震的震级也具有幂律规律,盖勒等人据此就把地震列为具有自组织临界性,断定地震绝不能预测。
且不说其逻辑的混乱,但依据这片面的认知,就可知其结论的荒谬。
我们看一个现实,天气系统也是一种自组织临界系统,下雨的大小也符合幂律。
二三十年代谁能正确进行天气预报?
现在呢?
重要天气过程能精确到分钟!
地震预报具有很大的难度,现在不能预报,近期也不乐观。
将来肯定能预报,这是科学发展的规律。
美国,日本依靠先进的仪器设备和详尽的历史记录,采用统计学,力学及地质学等方法进行地震预报均告失败。
关键是上天容易入地难,这些形成地震的直接因素很难进行全面详尽的检测,没有全面详尽的数据,就无法预报,即使掌握了所需要的数据,因地质结构的复杂性多变性,也不可能进行正确的地震短期预报。
但片面地从这些学科考虑,不光是现在,将来永远也不可能。
这就像从房门拿扁担一样,一个长2米宽1米的门口,要横着拿进一个长3米的扁担是不可能的,因无论门口的宽,长或对角线都小于3米,这时你就断定这门口那不进扁担,不可笑吗。
我们能不能象消灭天花一样,虽然天花病无药医治,人们转换思路用接种疫苗的方法进行防治,不也战胜了病魔吗。
地层巨大的能量积累和释放过程,不可能没有伴生现象。
利用统计学,和检测地震成因的物理量无法预报地震,那么能不能检测地震孕育过程中的伴生现象来预报地震?
答案是肯定的。
中国利用这一方法,成功的进行了海城地震预报。
甘肃文县地震台利用土地电和超低频电脉冲信号地震前兆仪,利用检测的信息在2001—2003年间,他们填报了4次书面预报卡,较准确地预报了四川甘孜6.0级地震、四川盐源5.0级地震、云南大姚6.2级地震,特别是对2001年11月14日昆仑山口西8.1级大震的预报,受到了中国地震局的表扬和奖励。
佐证了土地电在地震预报中的作用。
日本科学家通过检验后认为希腊“VAN”小组通过地电这个方法几乎成功预报了希腊发生的所有M≥5.5地震,他们认为该方法是唯一一个在近30年间不断产生实际成果的短期地震预报方式,无论在实证方面还是在理论方面都是世界上最为确定的方法。
但因地震与地电场,电磁异常的机理没有搞清楚,不能有效地排除干扰,提取不到与地震唯一相关的量值,因而使预报正确率极低。
近几年的研究证实,地震前电离层电子总浓度的变化,大气近地电场负异常,大地电场变化,低频电磁异常等电磁现象确实与地震密切关联。
但与地震的关联机理不清楚,虽有许多学说,但没形成共识。
更无法以此来指导电磁信息的收集和鉴别。
为此我们必须理清地震与大地电场,电磁异常的关系。
二、大地电场
大地中存在着一定量的电场,可分为普遍大地电场和局部自然电场
1、普遍大地电场
普遍大地电场是由地球磁层捕获宇宙带电粒子形成的带电团雾运动,电离层离子团雾运动,大气中带电云层等在地球内部感应产生的电场。
普遍地电场具有全球普遍性,按一定形式分布于广大地区,有其区域特征。
不同地区的大地电场强度差异很大。
在中纬度地区的低电阻率地层中,大地电场强度一般不超过0.5~1毫伏/公里,在高电阻率基岩隆起的地区也不超过3~10毫伏/公里,在南、北极地区竟达1伏/公里,特别是在强干扰期间甚至可达10伏/公里。
电场的幅度和方向具有一定的时间变化规律,其中主要含以24、12、8和6小时为周期的谐波。
从振幅上看,24和12小时周期波占主要成分。
受太阳活动影响极大。
由于趋肤效应,大地电场强度随地层深度按指数规律衰减,电场的频率和介质的电导率越高,衰减得越快。
初步计算表明,周期为24小时的谐变场,没有穿透到1200公里以下的深度。
普遍大地电场与地震无关。
2、局部自然电场
按照局部自然电场形成机制分为如下几种:
(1)过滤电场
二氧化硅是世界上分布最广和数量最多的矿物,硅与氧是共价键结构,晶体破裂后,表面界层价电子缺失,很易吸附溶液中的电子形成负电层,负电层又吸附正电荷,与周围溶液之间形成离子双电层,靠岩石颗粒一边带阴离子,而溶液一侧为阳离子。
当地下水在岩石中流过时,将带走双电层溶液一侧(扩散区中)的部分阳离子。
于是在水流的上游会留下多余的负电荷(阴离子),而在下游有多余的正电荷(阳离子)。
因而破坏了正负电荷的平衡,形成极化,这种极化的结果,将沿水流方向产生电位差,这在电化学上叫流动电位。
在此种极化机理中,好似水流过岩石时,岩石颗粒滤下了部分阴离子,故形象地称为过滤电场。
地壳中的过滤电场主要有裂隙渗漏电场,上升泉电场,山地电场和河流电场等。
这类自然电场都与地下水的流动有关。
过滤电场可用下式求得:
U=0.77ρ水.ΔP式中ρ水地下水的电阻率,单位(Ω•m);△P引起地下水流的水压差,单位千帕斯卡。
(每十米水柱的水压约等于一个大气压。
标准大气压为:
1.013×10^5Pa)
地震孕育过程中,由于地壳的形变可形成一定的水压,引起水的流动,形成过滤电势。
(2)氧化还原电场
当电子导体和溶液接触时,由于热运动,导体的金属离子或自由电子可能有足够大的能量,以致克服晶格间的结合力越出导体而进入溶液中。
从而破坏了导体与溶液的电中性,分别带异性电荷,并在分界面附近形成双电层,此双电层的电位差称为电子导体在该溶液中的电极电位。
它与导体和溶液的性质有关。
若导体及其周围的溶液都是均匀的,则界面上的双电层也是均匀的,这种均匀、封闭的双电层不会产生外电场。
如果导体或溶液是不均匀的,则界面上的双电层呈不均匀分布,产生极化,并在导体内、外产生电场引起自然电流。
这种极化所引起电流的趋势是减少造成极化的导体或溶液的不均匀性。
故若不能继续保持原有的导体或溶液的不均匀性,使之因极化而引起的自然电流会随时间逐渐减小,以至最终消失。
因此电子导体周围产生稳定电流场的条件是:
导体或溶液具有不均匀性,并有某种外界作用保持这种不均匀性,使之不因极化放电而减弱。
地下的电子导体矿体,当其被地下潜水面截过时,往往在周围形成稳定的自然电场。
原因是,潜水面以上,由于靠近地表而富含氧气,使那里的(附着水)溶液氧化性较强;相反,潜水面以下含氧气较少,使那里的水溶液相对来说是还原性的。
潜水面上、下部分总是分别处于性质不同的溶液中,在导体和周围溶液的分界面上形成不均匀的双层面,产生自然极化,并形成稳定的自然极化电流场。
通常称这样的自然电场为氧化—还原电场。
通过大气降水的循环,从大气中不断向地下补充的氧气,提供了氧化—还原电场的能源。
在上述特定自然条件下,导体上部处于氧化性质溶液中,电极电位较高,导体相对带正电,而周围溶液带负电;而导体下部分处于还原性质溶液中,电极电位较低,导体相对带负电,周围溶液带正电。
由此形成的电流在导体内部自上而下;而在导体外自下而上。
从地面上看,自然电流由四面八方流向导体,因此离导体越近电位越低。
在导体正上方电位最低,称为自然电位负心。
通常,在硫化金属矿上可观测到几十到五百毫伏的自然电位负异常;而在石墨化程度较高的地层或石墨矿上,自电负异常的幅度可达-800~-900mV,甚至更大。
地震与氧化还原电场关系不大。
(3)扩散电场
自然状态下,大多数岩石和矿物是离子导电的导体。
其固体框架几乎不导电,导电体中的载流子主要是孔隙溶液中的正负离子。
不同岩石或矿物的孔隙溶液的成分和浓度不同,从而其中的离子浓度也不同。
当两种岩层互相接触时,离子互相扩散,在接触面上形成双电层,后者又阻碍着扩散的进行,以至达到动平衡。
当正离子的扩散速度(迁移率)大于负离子时,离子浓度大的岩层带负电,离子浓度小的岩层带正电。
此外,双电层电位差的大小还同固体微粒对孔隙溶液里的离子的吸附作用有关,一般可达数十毫伏。
电子导体同离子导体相接触也可以概括成电子导电的矿体同岩层中的水溶液互相接触。
这时,矿体溶解形成双电层。
溶液中与矿体同种元素的离子也会不断地从矿体中夺取电子,变成中性原子附着于矿体上。
结果矿体带正电,而周围溶液带负电,因沉淀速度同浓度有关,所以矿体界面上的双电层电位差同周围溶液中的离子浓度有关。
岩层中的水多半是自上而下地渗流着的。
在直立矿体的上部,由于水刚刚接触矿体,溶解的矿物质成分少,离子的浓度小;而在矿体的下部,由于水长时间冲涮矿体,溶解的矿物质成分多,离子浓度大。
所以,矿体的上部带负电,下部带正电,而周围溶液中的电荷分布则相反,结果形成天然浓差电池。
在矿体的正上方可以观测到电位的极大值。
因地震可改变地下矿体周围的水环境,引起扩散电场的改变。
(4)压电电场
自然界中有些晶体,如石英,电气石和含锌矿等,在某方向收到外界作用力后会在界面产生电荷,生成压电电场。
但由于自然界中晶体晶轴的方向混乱,即使受力总体对外也显现不出明显的电场。
以上所介绍的大地电场除个别与地震有关外,大多数与地震无关,是严重的干扰。
以前和现在我们检测的地电场数据基本都是与地震无关的大地电场,因此我们无法依次来预报地震。
三、与地震唯一相关的电场
人们一直在寻找唯一由地震产生的可检查的物理量,如果能检测到这种物理量,预报地震就有可能实现,可惜现在除了地震本身的震动外,人们还没发现其他参量。
经过科学家的努力出现了一丝曙光,这就是地震的电磁现象。
1、岩石破裂的电磁辐射
科学家在实验室中对岩石破裂有关的电磁信号的发生与传播机制进行研究。
通过人工源激发实验测定了石英、花岗闪长岩、砂岩、大理岩、辉长岩五种不同岩石,在确定机械冲击下的电磁辐射信号相对幅值。
实验表明,在机械振动激发条件下,无论岩石是否含有石英,都会产生足够强的电磁辐射信号。
其中,石英晶体的敲击电磁信号最强,频率最高。
人们提出了压电效应、摩擦和宏观裂纹扩展等机制,
2、地震本征电场
(1)、地电容
①、地球岩石形态的圈层结构
20世纪以前,人们认为地球是一个内部比较均匀的大圆球。
1909年10月,巴尔干地区连续发生地震,克罗地亚地球物理学家安德烈•莫霍洛维奇在研究近30个地震台站的地震波记录资料时发现,某些地震波到达观测站的时间比预计的要早,因此他颠覆了以前的观念,推断地球内部结构是分层的。
经探测世界科学家认同了这一观点。
地壳地壳是地球表层的岩石层,大陆下的地壳平均厚度约35公里,海洋下的地壳厚度仅约5~10公里;整个地壳的平均厚度约17公里,这与地球平均半径6371公里相比,仅是薄薄的一层。
地壳上层主要由花岗岩层(岩浆岩),下层为玄武岩层(岩浆岩)组成。
理论上认为每深入100米温度升高1℃。
近年的钻探结果表明,在深达3km以上时,每深入100米温度升高2.5℃,到11公里深处温度已达200℃。
上地幔在地面下33—980km深度处为上地幔,厚度约950km,温度为400~3000℃⑧。
科学家研究地震波传播速度在地球内部的变化时发现,上地幔接近顶部的位置有一个地震波传播速度明显减缓的层,称为“古登堡低速层”。
推测此层是由于放射元素大量集中,蜕变放热,积累的热量使岩石软化并局部熔融造成的,故称为“软流层”。
软流层深度在60-250km之间,温度在1300度左右,基本上呈全球性分布。
据推测,可能是岩浆的发源地。
下地幔下地幔深度在980—2900km,美国一些科学家用实验方法推算出地幔与核交界处的温度为3500℃以上,上部是固态,下部是液态或熔融状态。
外核外核深度约2900—4700km,外核与内核交界处温度在5000℃以上横波不能在外核中传播,表明了外核的物质在高温和高压环境下呈液态或熔融状态。
内核内地核是一个半径为1250公里的球心,物质大概是固态的,主要由铁、镍等金属元素构成。
地核的温度和压力都很高,据美国科学家最新研究,估计温度可达6300℃。
②、地球导电性特性的圈层结构
目前人们最深钻探深度不超过12km,地球内部是遥不可及的区域,无法直接进行取样检测,但由于温度压力的升高,氧逸度改变,放射性元素放射电离等因素,使地球内部电导率升高,由许多科学家用大地电磁探测法,天然地震探测法等多种方法检测表明,地球存在着不同导电性能的圈层结构,按照地球各物理层的电导率,地球可分为如下几层:
地球表层导电层地球表层导电层也就是地球最外面的高导层,主要是由含水的多裂隙沉积岩,风化土壤,及海洋。
电阻率在100Ω.m左右,海水小于0.1Ω.m,
地壳高阻层地球表层的高导层再向下的基岩,主要是花岗岩和玄武岩构成,由于其内部压力和温度的升高,岩层里的水是以结晶水,强结合水和气态水形式存在,电阻率很高,裂隙里虽有较多的自由水,但裂隙很少,多呈水平状态,大多不贯通,所以整体电阻率很大,高达5×107Ω.m。
对主要靠离子导电的基岩来说是很好的绝缘层。
地壳中间高导层在地下6--12km的地壳中存在一层全球性的高导层,电阻率在0.02--1Ω.m。
上地幔高导层上地幔的中上部可能由于放射元素大量集中,蜕变放热,热量积累,使这里的温度有较大的异常升高,岩石软化并局部熔融造成“软流层”。
由于软流层温度高,再加上放射性元素的放射电离,所以软流层也成高导层⑩电导率在0.01S/m~1S/m左右。
下地幔高导层随着深度的增加,温度也缓慢升高,电导率也在增加。
下地幔的电导率大于1s/m。
内外核高导层据推测外核是液态的铁镍等金属,内核是固态的金属铁,它们都是良好的导体。
③、地电容
由于地壳表层是高导层,地壳的中部岩石是高阻层(忽略康拉德界面的低速高导层),地壳下面的地幔又是高导层,把地球表层的导电层作为一个上极板,地球表层以下地壳岩石作为电介质,导电的软流层作为一个下极板,即可构成一个天然的电容器,这里叫它地电容。
作为地电容电介质的地壳下层玄武岩其介电系数在8—15之间,取12。
海洋平均深度是3.6822km,地壳的下部上地幔顶部电导率已很高,接近常温半导体的电导率,把这里看作是地壳的绝缘层边界是可以的,这里距地面约40km,那么地电容电介质层厚度就是36km。
地球表面积5.10067866×1014平方米,
ε0=8.854187817×10-12F/m(近似值),地电容的电容量是:
C=εr*ε0*S/d=8.86×10-12×12×5.1×1014/3.6×104≈1.45法拉。
由于地壳介质层不是均匀的,以上数值只是估算值。
(2)、地电容的电势差
因橄榄石是上地幔顶部最主要的组成矿物,科学家模拟地幔上部的温度压力氧逸度及其它热力学条件下测出橄榄石的电导率在0.0001~0.01S/m,科学家用大地电磁探测法测得,上地幔软流层顶部的电导可达0.01S/m以上,远远高于室温下半导体硅的电导率(0.00046S/m),在传导电流近似为零的情况下,把地壳以下的,上地幔下地幔及外核内核部分看作是导体球是完全可以的。
1、地电容的充电
软流层中底部的温度在1300℃以上,这里的物质呈现熔融的软流状态,易于流动。
软流层上部的上地幔与地壳的过渡区温度不足400度,这里的岩石塑性差呈现刚性,根本无法流动,所以火山岩浆主要来自软流层的中下部。
如果把上地幔以下的部分看作是导体球,且各处温度相等时,那么在静电平衡后地幔导体球内部电场处处为零,地幔中的净电荷全部分布在导体球的外表面(这里没有传统意义上的表面,外表面指的是由于地幔上层阻抗很大电荷不能再继续向上迁移,近乎绝缘的一薄层)。
但地幔中有轴向的温度梯度,软流层中部和地幔上部有近1000度的温度差,有温差必定会产生温差电势。
经典物理学认为,软流层中下部和地幔上部由于两处的温度不同,高温软流层的电子热运动,要比温度较低的地幔上部电子运动激烈,使两处的电子扩散形成差异,由高温区扩散到低温区的电子多,使高温区的正电荷多于低温区,于是就形成一个由高温区指向低温区的电场,该电场会阻止电子从高温区向低温区的扩散,当两者达到动态平衡时,就形成一定的温差电势,又称汤姆逊电势。
虽然半导体的温差系数比一般金属高几千倍,可这里的温差电势还是远小于1伏。
这微小的温差电势也会使软流层带有极微量正电荷。
地幔导电球体内部电场不再为零,但净电荷为零。
软流层是火山喷发的岩浆源头,软流层那少量的正电荷随岩浆一起被传送到地球的表面,因地幔顶部的物质是刚性的无法流动,所以这里的负电荷不能移到地面,只能积聚在此。
地幔导电球体内部由于正电荷流失而带负电,、静电平衡后,内部的负电荷转移到这导电球体的外表面,此时地幔导电球体内部上述的动态平衡被打乱,电子的热扩散加强,直至再次达到动态平衡。
因此软流层中下部始终保有微量的正电荷。
在漫长的时间里此起彼伏的火山喷发,岩浆裹挟正电荷不断地输送到地面。
地幔导电球体外表面不断积累着负电荷,使地幔导电球体带负电。
因电磁力和万有引力一样都是远程力,随岩浆升至地面的正电荷,在地幔导电球体负电荷的静电感应作用下,升至地面的正电荷会下沉到地面导电层的下表面(这里的表面也不是传统意义的表面,而是地表层的正电荷下移到因岩石电阻增加而不能再下移的一层)。
此时地电容的上极板带正电,下极板带负电,地电容被充电,地电容有一定的电势差。
随着岩浆不断地喷发,地表导电层下部的正电荷,和地幔上部的负电荷越积越多,地电容的电势差越来越大。
由岩浆的喷发及温差电势的作用下,就像静电起电机一样,把地电容充电到较高的电势。
作为地电容介质的地壳岩石,电阻不会无限大,总会有漏电,漏电会随地电容电势差的增加而增加,当漏电损失的电荷和岩浆输送到地面的电荷相等时,地电容电势差保持在一个平衡稳定状态,维持一定的电势差。
2、地电容的电势差
因地心不可入,无法直接测量地电容的电势差,现在没人研究这问题,没任何资料可借鉴,所以只能大体估算。
地球表面与近地空间及宇宙间有着频繁的物质交换,当然也有电荷的交换。
地面的电荷,会因植物尖叶等地面尖端物体的尖端放电,把电荷释放到空间;或大风把附着在气溶胶上的电荷吹拂到空间;或降雨闪电等把电荷输送到地面;或宇宙带电粒子沉降到地面等,都会使地面电荷发生变化。
地球表层导电层是与地幔导电球体同心的导电球壳层,由静电感应得知地球表层导电层下表面的电荷,与地幔导电球体外表面的负电荷电荷数量相等,都是由岩浆带到地面的电荷量。
如果地球表面没有损失电荷,那么地球表层导电层的上表面也不会有电荷,实际测量地球表层带有负电荷,所以这种假设不成立;如果地球表面损失的是负电荷,地球表层导电层的上表面应当感应出正电荷,这也与实际不符;只有地球表面损失的是正电荷,才能使地球表层导电层的上表面感应出负电荷,那么损失了多少正电荷呢?
一种可能是没损失,如上面分析,这种可能不成立。
一种是有损失,但损失的正电荷比岩浆从地下带出的正电荷多,另一种可能是有损失,但损失的正电荷比岩浆从地下带出的正电荷少。
我们不知岩浆带出的正电荷量,只知道无论地球表面损失的正电荷是多还是少,都会使地球表面带负电荷,地球表面负电荷量就是地球表层损失的正电荷量,那么到底损失的正电荷量比岩浆带出的正电荷量是多还是少呢?
我们不妨这样来估测一下。
取地壳下面到软流层中部一个截面s为1平方米,长L为100公里的柱体,由于温差作用使负电荷扩散到柱体的一端,从而使1/2L的另一端带正电荷。
设电荷体密度为ρ,1/2L柱体带正电荷量Q是;Q=ρdL=SLρ/2。
设这柱体的温差电势U=100mV,一端为零电势点,在电子热扩散与电场作用平衡时,柱体内正电荷产生的净电势值就等于温差电势值,U=KQ/r=KSLρ/2=100mv,由此得;ρ=2.2x10-15库伦/立方米。
由实测得知:
晴稳天气下大陆近地面大气电场强度值E=120V/m,电场方向向下,表明地面带负电荷。
根据高斯定理,沿地面做高斯面得∮E.ds=E4πR2=4πkq,因此q=ER2/K,计算的q=5.4×105库伦。
即地球表面带有5.4×105库伦的负电荷。
由此得知需2.45x1020立方米岩浆才能带出这些电荷。
黄石公园最大一次火山喷发,就喷出岩浆2.45x1013立方米,在1650万年间喷发了100次,这只是冰山一角,世界四大火山带,不计其数的火山,喷发出的岩浆远超2.45x1020立方米,所以地球表面损失的正电荷量比岩浆带出的正电荷量是少很多。
所以地电容极板上的电荷要比5.4×105库伦大的多,且地球表层导电层的下表面积小于上表面积,因而地电容极板间电场,即地球表层导电层以下的地壳中的电场要比近地大气电场大的多。
按近地大气电场大的数值120V/m计算,其地电容的电势差U=Ed=120×3.6×104=4.3×106伏。
所以地电容的电势差至少在4百万伏以上。
岩浆喷出后快速冷却,会由高导状态变为高阻状态,如果岩浆带电,喷出地面的岩浆来不及把所带的正电荷全部释放完,由于冷却岩浆会由高导状态转变成高阻状态,岩浆中的部分正电荷会被禁锢在火山岩中。
在高阻状态下岩浆岩会保留原来的电荷而带电。
大家知道海绵状岩浆岩带有正电荷,常用作火山岩生物滤料使用。
这就证明岩浆在涌出之前是带正电的。
如果岩浆在喷发过程中由于摩擦而带电,那么部分火山岩必定带有负电,事实是火山岩都带正电,这就否定了由于摩擦而带电的假设。
虽不能证明地下岩浆一定带正电荷,可说明岩浆喷出前是带正电的。
(3)、地震本征电场
由试验⑿得知,花岗岩,玄武岩,沉积岩等岩石在受到的压力增加时,其相对介电系数εr会略有增加,发生破裂时其介电系数会大幅减小,Δεr/εr可达35%之多。
地震大都发生在地幔以上作为地电容介质的地壳中,地震前岩石首先发生分子层面的微破裂,大量的微破裂就会引起宏观展现,大区域的介质系数也会因此而发生变化,由地球表层、地壳和软流层组成的电容中,作为电介质的地壳的介质系数发生了变化,根据电容公式C=εS/D,C=Q/U,得U=QD/εS,
设Q不变时,可知其电容的端电压与ε成反比,地震前,地震区域应力增加,地电容端电压减小。
如果把地电容的下极板看作电势不变,地电容端电压减小,就相当于地震区域的地面电势降低。
地震区域地下岩石发生破裂时,其介电系数大幅减少,这一区域地面电势就会大幅升高。
我们知道平板电容两极板若带等量异种电荷,无论电荷多少,极板外侧电场均为零,但当介质的相对介电系数变化时,情况就不同了。
介电物质晶体分子偶极矩越长,在一定的电场中产生的表面极化电荷就越多,其相对介电系数就越
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