潮汐、潮积物及地月系统的长期变化

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1、原文：Tides,tidalites,andsecularchangesintheEarth–MoonsystemChristopherL.Coughenoura,AllenW.Archerb,KennethJ.Lacovarac潮汐、潮积物及地月系统的长期变化小崔粗译摘要：在人类文明前夕，潮汐就成为人们的研究对象。众所周知，月球是潮汐形成的诱因，通过观察，月亮的相变通常与潮汐的起伏密切相关。这种受潮汐和潮汐动力形成影响的精确机制很难阐述清楚，在十七世纪，只有牛顿万有引力定律片面解释了月球周期变化和潮汐的的联系，接下来拉普拉斯和其他科学家运用动力学原理得出了更符合现实

2、观测的结果以及更准确的预测了局部潮汐的变化。基于这些原理的数学模型的精度和复杂度的提高（特别是随着电子计算机技术的提高）使得关于潮汐动力和潮能耗散的研究有了新的进展。近些年，科学家通过研究潮积物（潮汐束tidalbundles和潮汐韵律层tidalrhythmites）试图从地质记录来推断潮汐历史。潮汐束由薄层泥岩分隔的横向沉积的周期性前积层构成。潮汐韵律层是垂向沉积的水平薄层，通常由粗砂到细沙的沙泥质层偶组成。这些沉积物以薄层、规律性递变和记录潮汐的周期性为特征，通常位于潮间带和潮下沉积环境。沉积模型（如砂或泥）主要由流速、潮差和沿海潮汐主导因素控制。潮汐韵律层的数

3、值分析能更精确的阐明潮汐的周期性在岩石中的记录。从重建的月球衰退历史时期的现有数据分析得出地球正处在潮能耗散的高速率时期。未来从古潮汐参数中得到的数据会证实建立潮能耗散模型的重要性，因此，揭示现阶段耗散过程的机制和动力学特征关系着日长和月球轨道的长期变化。1序言古代人类在对自然界的探究中已观察到月相和潮汐韵律的周期性变化。历史上记载的大量有关月亮和潮汐的神话证实人类这种始终存在的兴趣（Krupp,1992）。这种兴趣使人们觉察到了潮汐和月球轨道的协同联系。牛顿在他的著作——《自然哲学的数学原理》中特别强调了这个问题，并将此结果作为支持重力理论的证据。不久，埃德蒙-哈雷

4、根据古今月蚀数据得出月球轨道是变化的而且随时间流逝而加速变化（Stephenson,1997）。之后，18、19世纪的研究者们将月球轨道的加速变化归因于地球自转（Lambeck,1980）。这些发现表现出在地月系统认知过程中基本原理的转变。轨道不再被视为单一固定的而认为其是历史变化未来不确定的进化系统。接下来一个世纪内，均在基础形式和理论上建立机制，直至现在。当中最主要的是康德的理论，即月球和太阳引起地球表面潮汐的变化（Kant,1754）。地球在潮汐变化中自转，能量和角动量发生耗散。随后的研究者，如达尔文G.H.Darwin，将结论扩展证明了能量和角动量的耗散从地球

5、自转转移到了月球轨道上。这些发现奠定了地月系统耗散学说的基础。相关理论发展的全面综述有斯蒂文森Stephenson（1997）提供。20世纪随着新实验数据的产生这个问题重新引起关注。出现在古生代和中生代无脊椎动物的化石上每日每月夹层的增长揭示了日月的时长变化，给这一领域提供了一丝新的证据（例如Wells，1963；Berry和Barker，1968）。这一时期通过几次阿波罗和月神计划进行月球激光测距同时也见证了在月球表面立体发射器的定位。（CalameandMulholland,1978）。这使得地月距离和月球现阶段的衰退速率的监测水平达到空前高度。然而，这些数据不能

6、判定地月系统的长期演化。20世纪80年代初期，科学家们认识到大小潮的周期性变化保留在横向和垂向沉积变化厚薄周期变化前积薄层中（如Visser,1980;Allen,1981;Kvaleetal.1989）。这些潮汐束（横向沉积）和潮汐韵律层（垂向沉积）引发了新的理论并纠正了认识误区（如kvaleetal.,1999;Williams,2000）。潮汐束或交错层从前寒武纪到现在的变化可用来估测地月距离、会合周期的天数、回归月以及在某些情况下回归年的天数。这些进展融入到了关于月球形成的时间、方式，月球衰退速率波动原因的理论中。这些沉积物对古地理和古气候重建也起到了一定作用

7、。这篇论文的目的是概述潮汐韵律层的研究现状和存在的差异，同时希望为将来此学科及其应用的提供一篇基于史实的文章和有深入见解的观点。下面将简要介绍潮汐理论，重点论述潮汐沉积、潮汐韵律层的形成、沉积环境以及沉积韵律层的解译和数学处理。2研究背景和理论2.1历史进程与观测记录距今30000多年的一根驯鹿骨头上被克罗马努人凿出的一系列小洞暗示了地球上智慧的人类赋予了月球生命的线索（Wylie，1979）。这段驯鹿骨头记录了超过两个月的月球变化是众多类似证据中的一种。罗马人普利尼生于公元23年死于维苏威火山的喷发，他描述了每月潮汐高度（大小潮周期）的变化并认识到