京都大学团队提出“太空天气或可触发地震”的新机理假说

京都大学的研究人员近日提出一项全新的理论模型，试图解释太阳活动等“太空天气”如何在特定条件下，微弱但可能关键性地影响地壳深处的破裂过程，从而在极少数情况下“推动”大型地震的发生。

研究团队强调，这并不是一种地震预报方法，而是提出了一条从太阳耀斑等强烈太阳活动开始，最终作用到地壳脆弱带的物理路径：太阳活动会迅速改变高层大气电离层中带电粒子的分布，而这种电离层电荷的重新分布会改变全球导航卫星系统（GNSS）信号在高层大气中的传播，是目前科学界持续监测电离层总电子含量的重要原因之一。

在地壳内部，该模型特别关注那些已经高度破碎的岩石带，这些区域能够在高温高压环境下滞留水体，并可能形成超临界状态的流体。研究人员将这类受损地壳区域视作具有电活性的“电容器”，通过电容耦合与地表以及低层电离层连成一个整体电静系统，而不是彼此孤立的分层结构。

在强太阳风暴等剧烈太空天气事件期间，电离层中的电子密度可能大幅升高，在较低高度形成更为负电性的层结构。模型提出，这种大气电荷的变化不会仅仅停留在高空，由于系统通过电容方式相互连接，电离层电荷分布的改变可以在地壳破碎岩石中的微小空隙内诱发更强的电场，尺度可细化到纳米级孔隙。

这一过程为何与地震相关？研究指出，微小空腔内部的压力变化会影响裂隙的扩展与联结方式，尤其当断层带已经接近失稳临界状态时更为敏感。在京都团队的计算中，这种由电场引发的电静压力可达到与已知其他微弱但可影响断层稳定性的因素相当的量级，例如潮汐力和微小重力应力变化。

量化估算显示，该效应与电离层总电子含量的大幅扰动相对应，特别是当总电子含量增加数十个TEC单位时，模型显示地壳微小空隙内可能产生数兆帕量级的电静压力，在合适的地质环境中，这一范围足以具有力学意义，成为促使破裂失稳的一个潜在触发因素。

在若干重大地震发生前，科学界曾多次观测到异常电离层现象，例如电子密度升高、电离层高度降低以及中尺度行进电离层扰动的异常传播等。过去，这些异常通常被解释为地壳应力积累向上耦合影响电离层的“结果”，而非会反向作用于地壳破裂过程的“原因”。

此次提出的新模型则给出了一个互为作用的框架：一方面，地壳过程可能影响电离层；另一方面，电离层本身的扰动也可能通过电静耦合向下反馈，对接近临界状态的地壳施加额外的微小力。这一设想为太空天气现象与地震活动之间存在某种关联提供了一种不要求“直接因果关系”的物理解释途径。

研究中还讨论了日本近年来发生的一些大地震案例，包括2024年能登半岛地震，作为与该机理在时间上具有一致性的实例：在这些事件中，强烈太阳耀斑活动出现在地震发生前不久。作者指出，时间上的吻合并不能证明直接因果关系，但与“当地壳已处于临界状态时，电离层扰动充当附加触发因素”的情景相互契合。

通过将等离子体物理学、大气科学与地球物理学的概念整合在一起，这一模型扩展了传统将地震视为“完全由地球内部过程主导”的认识。研究结果提示，若同时监测电离层状况与地下结构和应力状态，或许有助于更深入理解地震起始机理，并为中长期地震危险性评估提供新的物理维度。

未来工作将侧重利用高分辨率GNSS电离层层析成像数据，结合详尽的太空天气观测，进一步厘清在何种具体条件下，电离层扰动能够在地壳中产生显著的电静力作用，并评估这一机制在全球不同构造环境中的适用性与重要性。相关研究以“电离层异常触发地震的可能机制——电离层与地壳之间的电静耦合及其在地壳内部产生的电力作用”为题，于2026年2月发表在《International Journal of Plasma Environmental Science and Technology》期刊上。