灾变预测（精选6篇）
灾变预测 篇1
1 企业资金链风险
企业资金链风险也是做财务风险, 是企业陷入财务困境可能性。企业财务一直都是企业管理及财务管理研究的重点之一, 新时代企业竞争的加剧对企业财务管理提出了更为严格的要求。进行企业资金链风险的研究是为建立财务预警, 企业财务预警模型的建立是企业财务管理的重点之一。其主要过程是对企业的经营、财务等活动进行提前预测, 达到及时找出企业的经营管理活动中可能存在的财务风险的目的。与此同时在财务危机发生前对企业管理者发出警报, 促使企业管理者采取有效的防范措施, 使得潜在的风险不会变成损失, 或者尽量减少损失。
1.1 财务风险的形成
财务的本质是“社会再生产过程中本金的投入与收益活动, 并形成特点的经济关系”。我们可以知道, 企业财务管理的目的是投入本金, 然后通过资本活动, 重新获取价值和价值增量。价值增量必需处在在流通过程的环境中的, 整个流通过程是通过转换资本形态的手段实现的, 所以在这一系列的投资活动中, 转换资本形态在某种情况下就会遇到困难, 导致整个流通过程运转不正常, 这样, 财务风险就形成了。
1.2 资金链风险预警体系
既然在资本的运作过程本, 财务风险经常中难以避免, 那么, 可以在公司的经营过程中, 建立资金链风险预警体系。如果无法阻止某种风险的发生, 那么我们就只能对资金链可能断裂的风险导致的财务危机进行预警, 这就是财务、资金链风险预警体系。资金链预警是借助经营企业提供的经营计划、财务报表及其他会计相关资料和数据, 利用财会、统计、金融、企业管理、市场营销等理论, 采用比率分析、比较分析、因素分析及多种分析方法, 对企业的经营活动、财务活动等进行分析预测, 以发现企业在经营管理活动中潜在的财务风险, 并在危机发生之前向企业经营者发出警告, 督促企业管理当局采取有效措施, 避免潜在的风险演变成损失, 起到未雨绸缪的作用。
建立资金链、财务风险预警体系, 可以从一定程度上避免或减少财务管理失败的可能性, 以及减少财务管理失败对企业所造成的损失, 避免企业破产的命运。可以说, 财务风险预警体系, 在企业管理过程中, 扮演着十分积极的角色。
2 灰色灾变预测
2.1 灰色理论
灰色系统是指部分信息已知、部分信息未知的系统, 也称为贫信息系统。它是介于信息完全明确的白色系统和信息完全不确定的黑色系统之间的一类系统。灰色系统是信息不完全、不确定的系统, 往往没有物理原形、运行机理不明确。外部表现为结构关系的模糊性、动态变化的随机性、数据的不完全性和不确定性。社会经济、工业、农业、生态等系统中广泛存在着信息不完全的灰色系统。因此, 对灰色理论的研究存在着重要的现实意义。又由于灰色预测具有所需样本较少、不需要计算统计特征量、适用范围广等优点, 因此灰色系统理论一经提出, 便得到了国际国内研究人员的充分重视。
2.2 GM (1, 1) 建模
预测方法采用灰色预测模型GM (1, 1) 。灰色理论的微分方程模型称为GM模型 (Grey Model) 。模型是将原始数据列作生成处理后建立模型方程。GM (1, 1) 表示的是1阶1个变量的微分方程型模型。
建模的步骤如下:
(1) 由原始数列x (0) , 计算累加生成数列x (1) ;x (1) 为一次累加生成的数列。
(2) 对x (1) , 采用最上二乘法按下式确定模型参数;
式中
(3) 建立预测模型, 求出累加序列;
2.3 灰色灾变预测
严格地说, 灾变预测是异常值时间分布的预测, 是异常值可能在未来的哪些时区发生的预测。所谓异常值是指过大或过小的值, 超过或低于阈值的值, 所谓时间分布是指异常值出现的时区在时间轴上的分布。因此, 灾变预测不是预测异常值的大小, 而是预测异常值出现的时间。
灾变预测的步骤为:
(1) 给定原始序列x, 指定阈值ξ。
(2) 构造异常序列xξ。按指定的阈值ξ从x中选择满足阈值的数据:对于上异常 (即大于阈值) x (tk) ≥ξ;对于下异常x (tk) ≤ξ;然后用x (tk) 构造异常 (值) 序列xξ
(3) 构造时分布序列。通过时分布映射Mτ, 获取时分布序列τ
(4) 充分时分布序列τ作GM (1, 1) 建模。
(5) 预测。
3 灰色灾变预测在企业资金链中的应用
已知某制造企业的固定资产为5000万元, 在此行业内认为流动资金小于固定资产20%时, 会较大幅度增加企业资金链断裂的风险。现查询企业财务报表中在以往18年的流动资金数据, 得出表1。
可知这种预测属于灾变预测。
(1) 给定原始序列, 指定阈值。由表1所示, 原始序列的值x0= (1761.3 2187.4 2641.9 609.8 3135.6 862.7 966.2 1357.74042.4 1272.5 719.1 554.4 462.7 682.1 1701.5 591.7 951.9407.6)
阈值为企业固定资产的20%, 即为1000万, 即异常值满足x (kξ) ≤1000
(2) 构造异常序列xξ。根据题意可得异常序列xξ
(3) 构造时分布序列。τ= (4, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18)
(4) 对时分布序列τ作GM (1, 1) 建模。
(1) 生成累加序列τ (1) = (4, 10, 17, 28, 40, 53, 67, 83, 100, 118)
(2) 按τ (1) 建立GM (1, 1) 模型, 代入公式 (2) 中, 得到
(3) 代入式1中得到
(4) 建立预测模型
(5) 残差检验
检验结果如表2所示。由表可见, 只有第2和第3数据点的偏差较大, 相对误差渐渐减小, 因此模型可用。
(6) 预测
结果表明, 该制造企业流动资金链中下一次可能产生断裂的高风险时期是2012至2013中间的时间段。
4 结语
本文在解释财务困境、资金链风险的相关理论及方法的基础之上, 采用邓聚龙的灰色灾变预测理论, 对企业发生财务风险的时间进行了尝试性的预测。预测结果表明本例中的误差较小, 精确度较高, 说明本文的思路是可行的, 但是是否能够引申更加广泛的应用范围, 还有待研究。
参考文献
[1]贾婷.上市公司财务恶化预测模型分析[J].经营管理者, 2010.
[2]向德伟.运用“Z记分法”评价上市公司经营风险德实证研究[J].会计研究, 2002.
[3]邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉:华中理工大学出版社, 1996.
[4]吴祈宗.系统工程[M].北京:北京理工大学出版社, 2006.
灾变预测 篇2
（1)概念：是政府和企业为减少事故后果而预先制定的抢险救灾方案，是进行事故救援活动的行动指南。
（2）内容： 1）．参加处理事故的指挥部的人员组成、分工和其他有关人员的名单、通知方法和顺序。
2）．根据本矿的地质条件和开采条件，以及历年发生事故的经验与教训，结合现实的安全状况，预测可能发生事故的性质、原因和预兆。3）．发生各种事故时，保证人员撤退所必须采取的措施。4）．处理各种事故时采取的具体措施，以及为实现措施所需要的工程、设备、工具、材料等的数量、使用地点和使用方法。5）．处理事故时所必须的技术资料，2.实施煤矿事故应急救援处理预案的要点。
（1）迅速反应和正确措施是处理紧急事故和灾害的关键。
1）迅速反应，是指迅速查清事故发生的性质、位置、环境、规模及可能发生的危害，迅速沟通应急领导机构、应急队伍、辅助人员以及灾区内人员之间的联络；迅速启动各类应急措施、调动应急人员奔赴灾区；迅速组织医疗、后勤、保卫等队伍各司其责；迅速通报灾情.2）正确措施，包括保护或设置好避灾通道和安全联络设备，撤离灾区人员；无法开设安全通道时，应开辟安全避难所，并采取必要的自救措施；力争迅速消灭灾害，并注意采取隔离措施，转移灾区附近易引起灾害蔓延的设备和物品；撤离或保护好贵重设备，尽量减少损失，对灾区进行普遍的安全检查，防止死灰复燃及二次事故发生。
（2）积极进行自救 1）发生事故时现场人员的行动原则2）安全撤退的一般原则3）避难硐室4）正确使用自救器
3.应急救援预案的编制原则。
（1）．煤矿事故应急救援处理预案的编制，应在煤矿安全管理部门的领导下，由主管生产的负责人组织通风、采掘、机电、安全检查和救护队等单位的有关人员进行。
（2）．认真做好调查研究，总结规律，使预案尽量与事故发生、发展过程相吻合。（3）．指挥部的成员分工要明确具体，通知召集人员的方式要迅速及时。（4）．安全撤退人员的措施要具体、详尽、细致和周密：（5）．编制各类灾害事故处理措施的原则：1）处理火灾事故，应首先确定控制火势的方法和步骤，2）处理爆炸事故，关键是如何迅速恢复灾区通风和防止爆炸引起火灾。3）处理其他事故，如处理冒顶、透水等事故，也应根据实际情况做出相应的规定。
4.矿山救护队的组织分类。
（1）一类是专职从事矿山救护工作的专业矿山救护队，是一个完备的作战单位，拥有健全的组织、严格纪律和精良齐全的先进技术装备，经过专业训练能在极为复杂条件下独立完成相应的各项救护工作。（2）另一类是辅助救护队（兼职救援人员），它是由矿山企业内的部分具有实践经验、身体健壮的工人和工程技术人员组成。
5.矿山救护队的任务。
（1）．当矿井发生灾害事故时，迅速奔赴事故现场接受指挥部任务，寻找遇险、遇难人员；对遇险伤员进行急救.（2）．处理井下火灾、瓦斯或煤尘爆炸、煤与瓦斯突出，因冒顶或水淹造成的有害气体积聚事故，并恢复遭到破坏的设备和设施等。（3）．参加扑灭危及井巷的地面火灾，撤出井下人员。
（4）．启封火区，反风试验和其它安全技术性工作。（5）．参与制定和审查（应急预案），并检查实施情况，协助矿井搞好安全生产和消除事故隐患（6）．定期检查和分析井下空气成份（7）．负责辅助救护队的培训和业务指导工作
6.煤矿重大灾害的类型及特性。
（1）类型：三爆事故（瓦斯爆炸事故、煤尘爆炸事故和瓦斯与煤尘爆炸事故）、矿井火灾事故（煤自燃火灾事故和外因火灾事故）、煤与瓦斯突出事故、矿井突水事故、冒顶和冲击地压事故。前三类灾害是煤矿中最为严重的灾害，而又以瓦斯爆炸事故尤为突出。（2）特性：突发性、灾难性、破坏性、继发性
7.矿山救护器械。氧气呼吸器、自动苏生器、寻人仪、矿山救护多用液压起重器和救灾通讯设备等。
8.什么是氧气呼吸器。氧气呼吸器是供救护队员在有害气体环境里佩戴的一种个体防护器械。
9.AHG-4型氧气呼吸器的工作原理。
这样在外界空气隔绝的条件下形成独立的呼吸循环系统。由于呼气阀3和吸气阀8是单向开启的，因此，气流始终是沿着一个方向流动。呼吸所需的氧气是由氧气瓶7内所贮存的压缩高压氧气供给，呼出的废气又能净化再生，所以这种呼吸器又称压缩氧隔绝再生式呼吸器。
10.氧气呼吸器的分类。（1）．负压氧气呼吸器（2）．正压氧气呼吸器
11.PB4型正压氧气呼吸器的工作原理及特点。
（1）原理：正压自动调节部分；如果呼吸量大于30L/min（即氧耗量1.4L/min）时，承压板8会自动下降，下降到下限阈值（350Pa）时，摇杆18启动自动供氧，完成自动调节过程，从而保证呼吸系统压力始终大于大气压力。
（2）特点：1）考虑了人的极限呼吸量。2）该呼吸器有可靠的自动供氧调节摇杆阀。
3）自动补给供氧和定量供氧分两路单独工作，提高了安全可靠程度。4）排气阀的气密性及排气可靠性提高。5）换药拆卸及组装的方便性。6）视野开阔、舒适。7）氧气低压力时，闪光报警，救护队员可安全撤离灾区。8）开发了防雾药剂，全面罩玻璃上无水蒸汽。
14.自救器及分类。
自救器是一种轻便、体积小、便于携带、作用时间短的个人呼吸保护装备，当井下发生事故时，供人员佩戴免于中毒和窒息之用。自救器分为过滤式和隔离式两种类型。
15.处理事故时的特别服务部门有哪些。（1）井下救护基地（2）安全岗哨（3）地面救护基地（4）应急气体分析室（5）医疗站（6）通讯工作
16.瓦斯爆炸如何处理。
（1）低浓度瓦斯爆炸的处理：处理此类瓦斯爆炸，应尽快恢复灾区通风，利用风流冲淡瓦斯，使浓度不能达到爆炸下限。若通风系统破坏严重，一时无法恢复，要查明灾区内是否存在火源。无火源时，尽快抢救伤员，严密监视瓦斯情况，逐段恢复通风。若有火源存在，根据火源位置、大小、、通风情况和瓦斯情况，慎重决定灭火方案。
（2）高浓度瓦斯爆炸的处理：首先查明灾区内有无火源。若有火源存在，严禁启动局部通风机供风，否则，风流即冲淡高浓度瓦斯、又提供了瓦斯爆炸所需的O2。此时，应在不供风的条件下集中力量救
人灭火；无法灭火或灭火无效时，应及时封闭。若无火源，则集中力量救人后，按排瓦斯的要求处理
积存瓦斯。
17.煤尘爆炸如何处理。灾害发生时首先切断灾区电源，而且停电操作应在灾区以外的地点进行，以免因电气火花而再次引爆瓦斯或煤尘。发现火源立即扑灭，防止二次爆炸。若火势较大,应立即局部封闭，再研究灭火方案。救灾过程中要注意寻找煤尘爆炸的痕迹（黏焦）和判断起爆源。煤尘连续爆炸的可能性很大，在思想上和物资应有防备，避免出现难以控制的局面。
18.煤与瓦斯突出事故的特点。（1）．瞬间涌出大量浓度高的瓦斯，能逆风流向进风方向蔓延，遇火源引起瓦斯燃烧，造成井口火灾或爆炸；（2）．形成的冲击气浪可破坏通风系统，堵塞巷道。（3）．突出的高浓度瓦斯，开始时不会立即发生爆炸，但在一定的供氧条件下遇火源就会引起爆炸或燃烧，在处理事故时要严格管理火源；（4）．处理过程中，如需要在突出煤层中掘进巷道，仍必须采取防治突出措施；（5）．突出后，有可能在同一地点发生第二次、第三次突
19.煤与瓦斯突出事故发生时指挥人员应做出的决策。
（1）．切断灾区和受影响区的电源，但必须在远距离断电，防止产生火花引起爆炸。（2）．撤出灾区和受威胁区的人员。（3）．派人到进、回风口及其50m范围内检查瓦斯，设置警戒，（4）．派救护队下井侦察情况，抢救遇险人员。（5）．要求灾区内不准随意启闭电器开关，防止引爆瓦斯。（6）．发生突出事故后不得停风和反风，防止风流紊乱扩大灾情.（7）．安排救护队员进入灾区救人.（8）．制定并实施预防再次突出的措施.（9）．巷道恢复困难时，应在抢救遇险人员后对灾区进行封闭。（10）．保证压风机正常运转，保证副井正常提升.20.处理火灾时常用的通风方法包括什么。正常通风、增减风量、反风、火烟短路、停止主要通风机运转等
21.避免火风压造成风流逆转的措施。(1)．积极灭火，控制火(2)．正确调度风流，避免事故扩大
(3)．减少排烟风路风阻，加大排烟能力
22.如何处理掘进巷火灾。(1）无论是什么矿井，掘进巷发生火灾后，都不准停止局部通风机运转。
（2）如果实体煤着火及局部冒顶处发生火灾，可直接灭火。其他情况要慎重。（3）查清发火巷道入口与回风侧有无瓦斯积聚点（如盲巷），若有应先行封闭，避免引起瓦斯爆炸。
23.矿井突水时的决策要点。
1、迅速判断水灾的性质，了解突水地点、影响范围等
2、搞清事故前人员分布，分析被困人员可能躲避的地点。
3、启动处理水灾事故的应急预案，并结具体情况，制定抢险救灾方案。
4、撤出事故地点及可能波及的地区人员。
5、切断灾区电源，关闭可能受威胁地区的防水闸门。
6、根据突水量的大小和矿井的排水能力，积极采取排、堵、截水的技术措施
7、加强通风
8、利用洒水管道（防尘水管）改为压气管道，向避灾人员输送新鲜空气。
9、抢险时，要防止冒顶、掉底和二次突水。
10、抢救和运送长时间被困井下的人员，要防止造成不应有的伤亡（如眼睛保护）。
24.特别重大事故。
造成30人以上死亡，或者100人以上重伤（包括急性工业中毒），或者造成1亿元以上直接经济损失，以及性质特别严重，产生重大影响的事故。
25.事故的调查程序。
1）现场处理事故发生后，首先要救护受伤人员，采取措施制止事故的蔓延扩大，并认真保护现场。
（2）搜集物证在现场搜集到的所有物件均应贴上标签，注明时间、地点。（3）搜集、记录与事故有关的材料，（4）搜集证人材料 对证人的口述材料需认真考证、核实。
26.常用事故分析方法有哪些？如何确定引发事故的主要原因及主要事故责任？（1）事件树分析法、故障树分析法、因果分析法、排序图法（2）事故原因分析，应根据事故调查所确认的事实，从直接原因入手，逐步深入到间接原因，从而掌握事故的全部原因。（3）事故责任分为直接责任和间接责任；主要责任和次要责任；领导责任和一般工作人员的责任。事故责任的大小主要是根据其在事故发生过程中所起的作用来
27.事故调查报告的基本内容及格式。
（1）基本内容： 事故发生的时间、企业名称、事故地点、事故类别、伤亡人数和直接经济损失等。事故发生后，国家有关领导同志作出批示情况；国家有关部门及省级人民政府有负责人赶赴事故现场指导抢险救灾情况。事故调查组组成及工作情况等。
（2）格式：
一、事故单位概况
二、事故经过及抢险、善后情况
三、事故瞒报情况
四、事故原因及性质
五、对事故有关负责人员的处理建
六、对有关责任单位实施行政处罚的建议
七、防范措施附件：1．调查组成员名单2．省级人民政府对事故处理的意见
28.什么是事故的直接经济损失、间接经济损失。
（1）直接经济损失：事故对井巷、机电设备、工程设施、原材料的破坏所造成的损失，以及受伤人员的医疗费等。
（2）间接经济损失：事故对机电设备和工程设施的闲置折旧、停工、停产的损失（产值和利润损失）、停工、停产期间的工资开支、抢救和处理事故的费用、恢复生产的修复费用，以及伤残补助、死亡人员丧葬费、家属抚恤金和影响其他企业的生产损失等。
一、陕西省铜川矿务局陈家山煤矿“4.6”瓦斯爆炸事故
2001年4月6日21时14分，陕西省铜川矿务局陈家山煤矿(以下简称陈家山煤矿)四石门皮带下山延伸段发生一起特大瓦斯爆炸事故，事故波及四石门轨道下山、采区总回风下山及412综采放顶煤工作面等区域,造成38人死亡，16人受伤，其中重伤7人，直接经济损失136万元。
（一）矿井概况
铜川矿务局现有9对生产矿井和1处在建矿井，核定生产能力910万吨/年。陈家山煤矿1982年12月15日建成投产，设计能力150万吨/年。
该矿井田走向长5.5km，倾斜宽3.7km，面积约20.4km2。井田采用走向平硐单水平上、下山开拓，沿走向开拓四个石门布置四个采区，目前只有四石门生产采区在生产，布置一个综采放顶煤工作面，3个延伸下山掘进工作面。矿井主采煤层为侏罗系延安群4-2#煤层，井田内煤、油、气共生，水、火、瓦斯等自然灾害严重，煤层具有自然发火危险，发火期一般为3-6个月，最短24天，煤尘爆炸指数为35.42%。矿井通风方式为多风井分区抽出式通风，（二）事故发生及抢救经过
2001年4月6日四点班，在四石门采区生产区域有4•个单位，分别是综采二队在412•综采放顶煤工作面出煤、综掘一队在施工总回风下山延伸、掘三队采用炮掘施工轨道下山延伸；综掘三队施工延伸皮带下山，事故前，由于瓦斯浓度大，瓦斯浓度比较高，部分职工在横川附近清理溜子、皮带。21时25分，矿调度室值班员李继龙接到掘进三队工人尚桂岭在井下四泵房汇报，他听到一声巨响，井下发生了瓦斯爆炸事故。
（三）事故的直接原因
1、事故类型
由周围巷道受冲击的动力现象分析及，事故类型为瓦斯爆炸。在井下现场勘察中未发现煤尘爆炸产生结焦的明显痕迹和残留物，确定事故类型是瓦斯爆炸，煤尘没有参与爆炸。
2、爆源点位置分析
根据现场勘察情况，从巷道的破坏及设备受冲击的状况分析，在皮带下山延伸交叉点机头处爆炸冲击波对四周形成明显的放射状。因此确认爆源点在四采区皮带下山与左右横川交叉点皮带机头附近。
3、瓦斯积聚原因分析
415皮带下山延伸巷道在掘进工作面到发生事故前已安设四台局扇为其供风。现场勘察证实，爆炸发生后四趟风筒均完好，说明在事故发生时四台局扇没有正常通风。因此，瓦斯积聚的原因是：415掘进工作面的局扇没有正常运行，造成瓦斯积聚，并达到爆炸界限。
4、引爆火源分析
通过调查、现场勘察和分析认定，电器设备引起瓦斯爆炸的可能最大。
综上所述，事故的直接原因是：415掘进工作面的瓦斯涌出量大，在掘进的过程中没有按《煤矿安全规程》的规定及时采取瓦斯抽放措施，致使工作面瓦斯时常超限。事故当班415掘进工作面的局扇没有正常运行，造成瓦斯积聚，并达到爆炸界限，电气失爆产生火花引起瓦斯爆炸。
依据有关规定，对事故有关责任人提出如下处理意见：
地球的灾变和文明初探 篇3
早在17世纪初开普勒就认为，在火星与木星之间过于宽阔的地带应当有一颗未知的行星。1801年，意大利天文学家在这个地带发现了第一颗小行星，直径约1000千米，取名谷神星，以后陆续有新的发现。截止到2009年4月9日，在这个地带已确认轨道，并获得国际永久编号的小行星已达212999颗。这些小行星的成因至今还难有定论，但是探测和研究这些小行星却具有非常重要的意义：
第一，太阳系的演化研究。小行星质量很小，不论如何形成，其内部热能早已丧失，它没有能力改变自身的形态和物理特征，因此，它可能保存着太阳系演化早期的大量信息，是宇宙标本物质。
第二，宇航安全或宇航中间停靠站。穿过小行星带的行星际飞行，要避开小行星的撞击，必须知道它的轨道。对于有些较大的小行星，可以考虑利用它的宇宙速度做搭载或做中间停靠站之用。
第三，资源价值。有的小行星富含对人类有用而地球上稀少的矿物，可考虑开采利用或拖回地球使用。据美国《科学》周刊报道，小行星1986DA，直径213千米，质量200亿吨，估计含铁100亿吨、镍10亿吨、黄金1万吨、铂10万吨等。
第四，避开撞击地球的可能性。绝大多数小行星都在小行星带内绕太阳运行，不会和地球相撞。但有少数轨道特殊的小行星的近日点深入到火星、地球、金星甚至水星轨道内，被称为“近地小行星”。它们在运行过程中可能与地球相撞或因靠近地球而被地球引力拉拽，坠向地球形成撞击事件。
迄今，最负盛名的小行星撞击地球事件为：
第一，6500万年之前，一颗直径约10千米的小行星撞击地球，使生态系统发生重大灾变，导致统治地球生物界长达1.6亿年之久的恐龙家族在短期内灭绝。20世纪90年代，资源卫星探测到墨西哥南部海域有一直径160千米。180千米的陨星坑，经海底蛙人取样分析，发现铱的含量反常，是曾经遭受小天体撞击的证据之一。地质钻探还找到撞击时形成的玻璃陨石，经对样品做同位素年代测定，恰为距今6500万年之前。20世纪70年代以来，包括古生物学家在内的科学界已经普遍接受这一说法。
第二，近年发现，2.5亿年前的二叠纪末期地球上曾发生过一次直径8千米～11千米的小行星撞击事件，导致地球上生物大灭绝，约90％的海洋和80％的陆地动植物从地球上消失。已探测到遗留的撞击坑位于现在的澳洲海岸附近的海洋中，直径约200千米。
科学家认为，发生如此激烈撞击事件的概率是每1亿年发生一次，而直径1000米级的小行星撞击概率为100万年一次，直径100米级小行星撞击概率为10000年一次。
1994年7月17-22日，发生了一次人类有史以来所观测到的太阳系天体的最大撞击事件。名为苏梅克一列维的彗星分裂为21块，连珠炮似的撞入木星大气层，速度达到每秒60千米，比炮弹的速度大10倍以上。受冲击被加热的彗星物质，混合着来自木星大气的高温气体形成烟柱，高达3000千米以上，散落物又坠入木星大气层，在木星表面留下21块黑色疤痕。其中最大的是第七块彗星碎片，撞击的伤痕在木星南部表面，直径达2万多千米，比地球的直径还大。从第一块碎片开始撞击到最后一块碎片的撞击，共持续了107小时45分。21次撞击的总能量相当于40万亿吨TNT炸药爆炸的能量，约相当于40万颗氢弹爆炸释放的能量，瞬间最高温度可达到30000℃。地球上的天文学家早在1年多前就对这次撞击事件做出了相当准确的预报，误差不超过20分钟。这次的彗木撞击事件，难道是上帝对地球人类发出的善意警示吗?!
人类有文字记载的文明历史还不到10000年，这期间还没有遭遇到严重撞击事件，但近地小行星对地球的威胁已绝对不容忽视了。20世纪80年代以来，以美国帕洛玛山天文台“小行星和彗星巡天搜索”计划为代表的国际监测网正在形成，执行国际“近地小行星研究”计划，自1997年-2008年9月18日，已发现并获得正式编号的小行星97466颗，数量列世界第一。未来10年之内，计划将监控所有直径大于100米的小行星，使地球成为一颗设防的星球。中国紫金山天文台在江苏盱眙观测基地投资近2000万元，建成的1.04／1.2米施密特近地天体探测望远镜已于2007年投入使用，监测能力排名世界第五位。
多年来，天文学界曾一致认为银河系属于旋涡星系，有五条悬臂：英仙臂、猎户臂、人马臂、南十字臂和矩尺臂。但据斯皮策空间红外望远镜2008年6月公布的观测资料显示，银河系的银盘中只有二条主要旋臂：盾牌一半人马臂(即南十字臂)和英仙臂，其余较小的三条旋臂是猎户臂、人马臂和矩尺臂。银河系中心区属棒状结构，棒长2.7万光年，与太阳—银心连线相交约44°角。因此，银河系应属于棒旋星系类型。太阳系的位置在猎户臂内侧，距银心2.8万光年，绕银心公转周期长达2.7亿年，线速度220千米／秒。与此同时，太阳系还在厚约5000光年的银道面有上、下振荡的运动，这种运动的周期为6200万年。银河系中的大多数恒星是在旋臂中诞生的，大质量恒星的寿命只有几千万年，短暂的寿命使它走不出旋臂就消亡了，在旋臂外几乎看不到它的踪影。而类似太阳的小质量恒星，其寿命在100亿年以上，它们才有足够长的时间在振荡运动中进出旋臂。迄今，太阳已经多次穿越银河系的悬臂，据推算，太阳差不多有6000万年处在旋臂之内，8000万年处在旋臂之外。
银河系旋臂对于太阳系行星的环境会产生什么影响现在尚无确切结论，但一些事实却非常值得人类思考：6500万年前恐龙灭绝的时期，太阳系正处在旋臂之外；而人类形成并进入文明的年代，太阳系正处在旋臂之中。这一事实是否意味着处在旋臂之内对生命的繁衍更为有利?我们现在处于猎户臂里，至少还将在其中穿行2000万年。银河系中的恒星除做绕银河系中心的公转运动之外，还有自身独立的运动，太阳还正携带它的家族向着“奔赴点”(也称“向点”)——武仙座方向运动，速度为19.7千米／秒。地球则以1.5亿千米半径的螺旋式运动轨迹，承载着人类现代文明和所有物种的繁衍前行。
现代地质学家普遍认为，地球上曾有过三次大冰期：第一次是距今6亿。7亿年前的震旦纪大冰期；第二次是距今2.5亿～3亿年前的石炭一二叠纪大冰期；第三次是距今200万年以前的第四纪大冰期。每一次冰期，全球气候严寒，冰盖绵延，冰河遍地。古生物学研究表明，在三大冰期中都有生物存活，震旦纪只有原始藻类的存活遗迹，而其后的二个大冰期都有高级生物生存的证据，人类的进化便是在第四纪大冰期中完成的。在整个大冰期中，又出现过五次亚冰期和夹在其中的间冰期时代，在地球上形成了五度寒暖交替。全球人类文明史是在约1万年前开始的间冰期时代发育成长的，而1万～10万年前的原始人则生活在气候严寒的亚冰期中。因此，人类的历史已经历了五次寒暖交替的考验。亚冰期时代，在与严寒做激烈拼搏的条件下，原始人类得以保存并有所发展。间冰期时代，气候温和，生物繁衍，人类在经历了亚冰期的严峻锻炼之后，获得了有利于生产和改进生活条件的能力，得到了更大发展，逐渐走向文明。
灾变预测 篇4
关键词：灰色模型,残差,马尔可夫,状态矩阵,灾变预测
0 引 言
洪涝是对人类社会危害较大的一种自然灾害,洪涝严重影响农业生产和生态平衡。人们要在系统分析洪涝形成的条件、区域性、多发性特点和时空演变规律的基础上,及时研究新情况和总结新经验,不断提高我国防治洪涝灾害的能力,把洪涝灾害的危害降到最低限度[1]。因此,在现有条件下,通过对洪涝发生发展规律的预测研究,以此制定科学的预防洪涝的减灾策略,将其造成的各方面损失降低到最低程度,具有极其重要的现实意义。
灰色预测是近年来应用比较广泛的一种预测方法。灰色模型(Gray Model)简称GM模型,是以灰色模块为基础,用微分拟合法建立模型。灰色预测具有方法简单、所用资料容易获取、短期预测精度高、实用性较强、可检验等优点。灰色GM(1,1)预测模型已广泛应用于经济、生物、农业、电力和水利等领域。该模型将无规律的原始数据通过“数据生成”,使其变为有规律的生成数列再建立数学模型。然而,GM(1,1)模型和其他预测方法一样也有其局限性。当数据离散程度越大,即数据灰度越大时,预测精度越差;并且不太适合预测长期后推若干年的预测。为了解决上述缺点,对GM(1,1) 模型的改进方法已有很多种,如残差GM (1,1)模型、无偏灰色模型、参数优化灰色模型、新陈代谢GM(1,1)模型等,都在不同的场合下对GM(1,1)模型进行了一定程度的改进[2,3,4,5,6]。残差GM (1,1)模型在实际应用中最为广泛,但其预测精度仍不够理想,本文用马尔可夫状态矩阵对灰色残差模型进行改进,以提高对涝灾的预测精度。
1 残差GM (1,1)灾变模型的建立及改进
1.1 残差灰色灾变预测模型的建立[2,3,4,7,8]
灾变预测就是对原始数据序列X
设灰色方程为
其还原模型为:
其中,α和u是模型中的待定系数(可用最小二乘法求得)。计算原始数列与预测数列之差如下:
则有残差数列为:
对e(0)(k)取部分子数列有(一般取原点附近的数):
对e(0)(k′)建立GM(1,1)模型,其时间响应函数的离散形式为:
依模型可得一组预测数列,即:
以
其符号函数
其中,α′和u′是模型中的待定系数(可用最小二乘法求得),其他符号意义同前。
1.2 残差灰色预测模型的改进[4]
对该残差灰色预测模型改进的关键是将残差数列的绝对值作为原始数列,建立残差灰色预测模型。然后应用马尔可夫过程判断残差预测值在k>n时的符号。令残差:
其余同理,可得改进后的修正模型为:
其中:
其他各符号意义同前。
由此可见,正确预测k≻n时m(k)值成了提高灰色预测精度的关键。为了正确预测k≻n时m(k)值,引入马尔可夫过程。
1.3 马尔可夫过程[9,10,11,12]
马尔可夫过程是研究事物的状态及其转移的理论,它既适合于时间序列,又适合于空间序列。马尔可夫链分析法是一种以概率论和随机过程理论为基础,运用随机数学模型来分析客观对象发展变化过程中数量关系的一种统计分析方法。一个时间与状态都是离散的马尔可夫过程叫做马尔可夫链简称马氏链。它的特点是:当系统在时间ti所处的状态已知时,系统在ti+1时刻所处的状态仅与ti时刻所处的状态有关,而与ti时刻之前的状态无关,这种性质称为无后效性。马尔可夫过程可以很方便地求出各种状态之间相互转移的概率。状态转移概率具有两个特性:①pij≥0;
马尔可夫链模型建模过程如下。
设有一个随机过程{Xn,n∈T},若对任意的整数n和任意的i0,i1,…,in+1∈I,条件概率满足:
其中i0,i1,…,in,in+1分别为马尔可夫链的状态,称P{Xn,n∈T}为马尔可夫链,N称为马尔可夫链的阶。
转移概率矩阵定义条件概率P
将马尔可夫过程引入进来以求残差正、负号状态转移概率,从而确定k≻n时的残差的符号。其步骤如下。
(1)确定状态,在这里只确定两种状态,即+1和-1;
(2)根据残差数据状态(+1,-1)求出状态转移矩阵P;
(3)确定初始状态向量π(0)π(t)=π(0)·p;
(4)根据状态转移公式π(t)=π(0)·p′求出第t期状态转移的结果,取出现概率大的状态,如果出现正负号的概率相等,此时一般取上期确定的符号。
2 改进模型在涝灾预测中的应用
2.1 研究区概况
辽阳市位于东经122°35′04″～123°41′00″,北纬40°42′19″～41°36′32″,面积4 731 km2,人口178.6万人。该区属大陆性季风气候,多年平均降水量为744.8 mm,降水年内分配不均,年际变化较大,降雨量多集中于6～9月份,占全年降水量的73%,洪涝灾害是该区的主要自然灾害。
本文应用改进模型对涝灾进行预测。根据表1所示的1956至2005年辽阳站50年降水资料为依据,首先将表1中年份依次进行编号,对此序列数据进行统计,将降水量等于840 mm为临界值,并认为降水量大于等于840 mm为涝灾异常(值)。将涝灾发生的年份序号挑出,用灰色系统方法建立灰色灾变GM(1,1)模型,进而用马尔可夫改进残差灰色灾变模型进行预测。
2.2 涝灾预测
先以辽阳地区1956～1990年的降水资料作为预测依据,对此序列数据进行统计,在阈值以上的年份有1959、1960、1962、1964、1971、1976、1985、1986年。根据灰色灾变的映射原理,可得上限灾变序列:
由此可建立灰色灾变方程,其时间响应模型为:
然后用GM(1,1)模型求得x(0)(k)的预测公式为:
预测结果和残差见表2,表2中预测值1为残差修正前的预测值,预测值2为残差修正后的预测值。同样用e(0)(k)序列(由于修正原点附近的值)取(k≥4),求得预测公式为:
将式(11)和(12)叠加得:
利用马尔可夫过程来确定m(k+1)在k=7时的值。观察表2,m(k)由+1向+1转移的次数是2,向-1的转移次数为
1,因此+1向+1转移的概率为p11=2/3;+1向-1转移的概率p12=1/3,同理-1向+1转移的概率为p21=1/3;同理-1向-1转移的概率为p22=2/3。综上所述得到的状态转移矩阵为:
由于最后一个值m=-1初始状态向量π(0)=[0 1],预测第t期状态转移的结果:
当t=1时,π(1)=[1/3 2/3]出现正号的概率为1/3,负号的概率为2/3,因此m(8)=-1。
1990年以后实际发生涝灾的年份序号为39,当k=8时代入各模型计算结果列于表2最后一行,结果表明相对误差减小了近五倍。为了便于将GM(1,1)模型与改进组合模型进行比较,将预测值与实际绘于图1;将检验值的结果列于表3。
从图1可以看出改进后的模型与实际值较接近,由表3可以看出马尔可夫改进残差灰色模型对灰色模型进行修正后的检验值,明显优于GM (1,1)模型的检验值,且马尔可夫残差改进模型的检验值基本上均达到了一级。
3 结 语
研究结果表明:基于马尔可夫过程改进残差灰色模型明显优于一般的GM(1,1)模型,新模型不仅可应用于涝灾的预测,还可以应用于其他灾害预测,只要已知发生灾害的时间序列,就可以应用该模型进行预测。
用马尔可夫改进残差灰色模型对灰色模型进行改进,是一种既方便又可靠的方法。另外,在实际建模中,原始数据序列不一定全部用来建模,选择适当的原始数据将得到更加准确的预测效果;为提高多序列残差灰色预测的精度,将神经网络模型与灰色预测模型相结合,也会大大提高预测精度。
灾变预测的研究目前尚处于起步阶段,很大一部分研究还局限在以年或月为时间段的预测方面,其计算方法还不够成熟;再者很多部门仅以单因素为标准来划分是否发生灾害,没有考虑到其他因素的综合影响,使模型的计算结果具有不确定性,因此还有待于进一步研究。
电力系统应对灾变风险分析 篇5
1 国内外电力系统风险事故概况
本文汇总了近年来电力系统风险事故，并将其分为两类。一类是因稳定破坏引起的大面积停电事故。如2003年“8.14”美加大停电事故;2006年“11.4”西欧UCTE电网解列事故;2006年“7.1”中国华中电网系统振荡事故。另一类是因外力破坏造成电网支解的大面积停电事故，如2005年“9.26”我国海南电网受台风影响大面积停电;2008年初我国南方地区的冰雪冰冻灾害。
2 引发电网大面积停电的因素分析
引发电网大面积停电的原因是多种多样的，有非人为的外力破坏所引起的，如自然灾害;也有系统内部因素所引起的，如电力设备故障;还有管理不善引起的事故扩大等。本文将这些引发电网大面积停电的因素归结为广义的“灾变因素”。引发电网大面积停电的“灾变因素”大致可以分成以下两方面：
2.1 系统内部运行方面的问题
电力设备 (元件) 的连锁故障是引发大面积停电的常见形式。国内外近年来发生的多起大面积停电事故的分析表明，由于保护误动、拒动以及大负荷转移过程中引发的保护连锁动作，是最终导致系统发生大面积停电事故的主要原因之一。2002年巴西大停电的直接原因就是继电保护误动导致系统振荡。
另外，负荷或发电容量的突变导致系统功率不平衡，也是引发大面积停电的主要原因之一。引起负荷或发电容量突变的原因有许多，如气候因素导致负荷突然增大或减小，受端电网重要输电通道故障，输电线路故障或系统解列损失大量负荷或发电容量等。如1987年法国西部大停电和日本东京大停电，就是由于负荷或发电容量突变导致的。
总之，由于系统自身故障引发的稳定破坏问题，是过去很长一段时间内较为重视的研究方面，很多学者专家进行过研究，并且取得了许多成果，但是电力系统的灾变因素还远不止这些。
2.2 自然灾害等不可抗拒的外力破坏
一般情况下，电力系统的设计准则已经考虑了气候和环境的条件。然而，极端气象引起的自然灾害仍然是现阶段造成电力设备故障进而损坏电网的主要原因之一。例如，较常发生的由恶劣的气候和环境条件引起的设备故障有：覆冰导致线路断线、舞动或短路故障;凝露、冻雾、雷电引起绝缘闪络;架空线路对树木闪络等。如美国WSCC系统在1996年两次因为输电线路对树木闪络跳闸，导致大面积停电[1][2]。
自然灾害等不可抗拒的外力破坏因素出现概率不高，但潜在危害严重。这一灾变因素可分为可预测的自然灾害 (如台风、冰灾等) 和不可预测的自然灾害 (如地震等) 。2007年美国俄亥俄州受龙卷风及暴风雨的袭击造成该州部分地区的房屋被大雨和洪水冲毁，并造成大面积停电，近10万人受到影响;2005年我国海南省受台风“达维”影响，最终导致系统全部瓦解，引发罕见的全省范围大面积停电[3];2008年初冰雪灾害导致南方区域电网大面积损坏[4];2008年5月12日汶川大地震导致四川电网损失严重，都是遭遇极端灾害性天气或地震导致的。
3 灾变导致电网大面积停电事故的根源分析
由以上国内外典型电力系统的风险分析及灾变因素总结可以看出，电力系统的安全风险，可以从以下几个方面来探讨由灾变引发这些风险的根源。
3.1 电力系统结构
包括电源结构、电源布局、电网结构等方面的问题和缺陷，是导致电力系统安全风险长期存在的主要根源因素。例如，如果电源结构不合理，则容易导致缺电的风险，而电网结构的不合理则直接导致系统稳定运行的问题。因此，考察电力系统结构方面存在的问题，是分析电力系统安全风险必须考虑的重要方面。
3.2 电力系统设备
电力系统设备，特别是暴露在外面的一次设备，最容易遭遇自然灾害和人为破坏，是过去重视较少的一个方面。然而在自然灾害频发的现实状况和美国911事故之后，提醒电力工作者必须重视电力系统设备大面积损坏而引发的电力系统事故，或者关键设备损坏引起的系统连锁故障等。
3.3 电力系统技术
这里主要是指继电保护技术、安全稳定自动控制技术等方面的技术。事实上由于保护、安稳装置不正确动作引起的电力系统风险事故，也是电力系统长期存在的问题之一，由此引发的安全事故也不在少数。
3.4 电力系统管理
事物的产生和发展决定于内因和外因，外因为事物发展提供条件，并通过内因来起作用。以上列举的大面积停电事故的各种因素归根结底还是事物发展的外因，而内因就是电力系统的管理模式。在管理模式落后或存在不足的情况下，各种外界因素才导致了大面积停电事故的最终产生。因此，要防止大面积停电事故的发生，关键问题还是要完善电力系统的管理模式。
目前电力系统管理模式方面的问题主要还是由企业的商业运作与政府安全监管之间的矛盾引起的。长期以来，电力企业在电网安全方面考虑的主要侧重点在于如何降低事故带来的电网运营损失，以及如何保障电力设备和人员自身的安全。而政府作为监管部门更侧重于考虑电网事故带来的国家安全问题和社会效应。此外，电力企业在市场竞争中渴望自由发展与政府希望监管并干预电力企业行为之间也存在着矛盾。因此，如何完善电力系统的管理模式，解决企业运作和政府监管之间的矛盾，也是值得进一步研究的问题。
综上所述，探究灾变对系统大面积停电风险的根源，总结起来可以从“结构”、“技术”、“设备”、“管理”等几个方面来解决。
摘要：对国内外电力系统风险事故类型做了介绍, 对灾变导致电网大面积停电事故的根源进行了分析, 从电力系统结构、电力系统设备、电力系统技术、电力系统管理等四个方面入手, 提出解决系统大面积停电风险的根源。
关键词：电力系统,灾变,风险分析
参考文献
[1]何大愚.对于美国西部电力系统1996年7月2日大停电事故的初步认识[J].电网技术, 1996.
[2]卢卫星, 舒印彪, 史连军.美国西部电力系统1996年8月10日大停电事故[J].电网技术, 1996.
[3]唐斯庆, 张弥, 李建设.海南电网“9.26”大面积停电事故的分析与总结[J].电力系统自动化, 2006, 30 (1) .
灾变预测 篇6
1 新灾变论产生的历史背景
十八世纪到十九世纪初,地质学处于早期的发展状态,当时占统治地位的是灾变论。1745年,法国博物学家布丰在研究地球起源的时候率先提出了灾变论。他根据彗星的运行轨道偏心率极大有时距离太阳很近的特点,设想在原始的太阳形成以后曾有一颗彗星与其相撞,地球就是这一碰撞的产物。本来布丰关于地球起源的假说带有反宗教的性质,因为他把地球产生的原因归因于自然本身而排除上帝的作用,但是却被居维叶等人加以曲解,变成了一种保守的、企图与宗教神学相调和的理论[2]。
1812年,法国生物学家居维叶出版了一部古生物学的奠基性的著作《化石骨骼研究》,主张根据化石的遗骼把已经灭绝的古代生物复制出来。在居维叶看来,岩层与岩层之间有着明显的分界,它们似乎没有任何连续性,不同岩层中保留下来的化石又各不相同,因而这些动物物种之间没有任何联系。居维叶认为地球上的生命(进程)曾多次被可怕的事件所打断,地球曾经经历过相继的革命及各种灾变,而这种灾变大多数是突然发生的[3]。
虽然居维叶主张地球表面会不断地发生革命性变化,但这种观点与宗教传说中的大洪水相吻合,反而容易导致对地球演变的保守结论。不断前进的地质科学势必要对其进行挑战,而寻找脚踏实地的发展道路。早在居维叶之前,英国地质学家赫顿首先提出了古今类比的现实主义思想,他主张应该以现在仍然起作用的地质力量去解释历史上已经发生过的地质变动,承认古今自然规律的统一性。后来莱伊尔在他的巨著《地质学原理》中对这一思想给以详细阐述并形成了均变论。均变论是针对灾变论发展起来的。莱伊尔认为,地球并没用经受过灾变,地球演化历史中古生物的变化、地层的褶皱和断裂等都是由于缓慢的效应在漫长的地质历史中积累的结果[4]。十九世纪中叶,生物学家达尔文的《物种起源》问世,提出自然选择原理。他主张在世界上每日每时都在检查着最细微的变异,把坏的排除掉,把好的保留下来加以积累。这种过程非常“细微”、“安静”和“缓慢”,以至于人们无法觉察出来。他认为生物演化不能产生大的或是突然的变化,提出“自然界无跃进”的渐变观。他将古生物演化中大部分中间类型的缺失和生物界的突然变化归因于“地质记录的不完全”,极力主张在所有物种和绝灭物种之间的中间的和过渡的连锁数量一定是难以计数[5]。达尔文的生物渐进演化观进一步冲击了灾变论,使“均变论”在地质学领域中的统治地位长达100多年。
新灾变论就是在上述历史背景下出现的。在现实主义原理和进化论思想占统治地位达一个半世纪之后,随着地学和其他自然科学的发展,人们积累了许多观测资料,证明在宇宙中和地球上确实存在过突然发生的剧烈变化,有许多现象用“均变论”观点是难以解释的,因此,各种灾变假说便应运而生[6]。
二十世纪中叶是一个新学科新理论集中爆发出现的历史时期。在获取大量新科学事实和证据的前提下,德国著名古生物学家辛德瓦夫率先提出了新灾变论,他把地史时期(生物)大绝灭(Mass extinction)与宇宙间超新星爆发这种“天外横祸”相联系。1980年阿尔瓦兹等发现了中、新生代界线粘土层中富含铱,于是提出小行星撞击地球导致生物大绝灭的观点,使新灾变论更容易被地学界所接受。
主张新灾变论的学者认为,在宇宙和地球演化中出现过一系列灾变事件,如超新星爆发、外星体撞击地球、地球磁极倒转、大规模火山爆发,等等,其特点是时间短、能量大、突发性强,其后果可能引起生物大绝灭,还会出现灾变成矿等现象。与莱伊尔和达尔文等人的主张相反,灾变论认为灾变普遍存在于事物发展的全过程中,是自然界的一种基本演化现象。由于居维叶等人已经提出过灾变论,故现代灾变假设被称为新灾变论。从某种意义上来讲,新灾变论的出现,也是地质学理论自身发展的一次较大的“旋回”,它好像是向旧理论的回复,但是它是在更高基础上的回复。它站在现代科学技术综合发展的“地基”之上,以新的科学观察和科学证据为条件,抛弃了旧灾变论的神创论的阴影。其提出的初期,不仅看到了地球内部因素导致的灾变,更多强调宇空外在因素对地球的作用。
2 新灾变论发展的主要阶段
人们对灾变现象产生浓厚的兴趣,与地球科学和技术的综合发展有密切的联系。一方面,在传统领域,地层学、古生物学的研究不断深入;另一方面,在高新技术领域,天文观测、宇宙探测获得许多新的证据。由此,人们的研究视野被打开,对灾变假说的信心不断增强。从二十世纪中叶到现在,新灾变论发展大概可分为两个阶段:第一阶段,1954—1979年,为提出假说阶段;第二阶段,1980年至今,是对灾变假说的实证与完善阶段。在第一阶段,为解释灾变的原因,地学家提出了种种假说,可分为地内成因说和地外成因说两类[7]。地内成因说包括下面几个因素:
一是磁场翻转。当磁场倒转时,磁场对地球的屏蔽作用大减,使太阳辐射和宇宙线直射地球。在这段时间,如果因宇宙因素产生巨大辐射冲击(如太阳耀斑、超新星爆发),可能给地球生物带来灾难,导致大绝灭。由于生物体的磁效应,磁极反转期的低磁场对具有磁性排列能力的生物可造成直接影响;地磁场变化也可能引起自然环境变化,如气候变化而危及一些生物。哥腾堡地磁偏移事件与更新世末的哺乳动物大绝灭期很接近,当时全球气候也发生了反常现象[8]。
二是温度变化。温度的剧烈变化对只适应于某范围温度的生物的影响或许是灾难性的。全球变冷可使赤道温度下降,使整个温度带消失,从而使适应该带的动物群绝灭。气候变冷事件往往与生物一些绝灭现象相吻合。全球变暖也会造成同样的后果。温度上升,二氧化碳增多会对生物繁殖造成负面影响;海水升温,还造成水循环停滞而导致缺氧等事件发生,从而造成某些生物绝灭。
三是海平面剧烈升降。如板块运动或冰川事件会引起海平面大幅度升降,而海平面的剧烈运动又会引发一系列的灾难性的事件的发生,如缺氧事件、气候变化、生存空间缩小,等等,从而导致生物大规模的绝灭。
四是火山爆发。大规模的火山爆发喷发的二氧化碳气体会严重地扰乱地球的大气圈、水圈和生物圈的物质循环,恶化生态环境,造成大量生物死亡。二氧化碳还会使大气圈产生温室效应,引起温度的灾害性上升。酸性火山爆发可放出大量灰尘与有毒物质,还可造成与小行星撞击地球同类型的蔽光、酸雨、致冷和中毒效应,从而导致生物大绝灭。
地外成因说则包括下面几个因素:
一是太阳耀斑爆发。太阳耀斑特大爆发时释放出巨大的能量,还能发射出各种频率的电磁波和太阳宇宙线。有些科学家相信,现代太阳耀斑活动与气候灾害(如风暴、洪涝、旱灾、低温等)密切相关,并对人类的神经系统有影响,与霍乱、伤寒、黑热病等有关。在地质时代中,太阳超级耀斑可能使地球上的古气候、古生物等发生过灾变。
二是超新星爆发。超新星爆发是银河系恒星世界已知最剧烈的爆发过程之一,它以高速抛射碎片,形成扩散壳,同时还发射宇宙线和电磁辐射。超新星爆发造成大绝灭假说在二十世纪70年代讨论得最热烈。超新星爆发对地球引起的变化可能有二:一是宇宙线增强,直接危害生物体;二是宇宙线增强,影响大气臭氧层导致气候变化。
三是小行星撞击说。小行星是太阳系的一个重要组成部分。大多数小行星的轨道是在火星与木星之间,形成小行星带,但是,也有一些小行星距太阳更近一些,它们的轨道可穿越地球轨道。10公里直径的小行星可在地球上形成直径达200公里的陨击坑。10公里的小行星与地球碰撞的几率约3千万年一次,也有人认为约1亿年一次。小行星撞击地球时产生很大撞击能,在地表形成一个盆状洼地,并把大量物质向四周抛溅,细微的尘埃可高达同温层,一部分冲击能转变成热能,使被撞击物质熔化或部分地汽化,这些都会给因撞击造成的物质降落地区和整个地球带来巨大的灾难。
1980年,美国学者阿尔瓦兹等应用中子活化法在意大利、丹麦等地的晚白垩-早第三纪界限处粘土层发现铱异常,以此作为小行星撞击地球造成恐龙绝灭的有力证据,对灾变论的研究也因此进入实证阶段。迄今为止,地学家们做了大量艰苦细致的工作,利用现代技术的方法与手段,获得了许多翔实的资料与记录,除铱及痕量元素异常外,还有微球粒、撞击石英、撞击坑、高温石英及火山尘碎屑物的收集研究等。国际地质对比规划(IGCP)列出了多项专攻对地质灾变事件的研究,如地史中的稀罕事件、全球生物事件、白垩纪中事件、东特提斯二叠纪和三叠纪事件,并举行了一系列国际学术讨论会,涉及天文学、气象学、古地磁学、古生物学、地层学、沉积学、海洋学、板块学说和矿床学等多方面内容,使新灾变论内容不断得到深化。
科学家相信,在地史上发生过多次生物绝灭事件,包括元古宙晚期软躯体生物的绝灭、奥陶纪末期的绝灭、晚泥盆世的绝灭、二叠纪末的绝灭、晚三叠世的绝灭和白垩纪末的绝灭等。其中,二叠系—三叠系之间的绝灭规模最大,有人认为海洋生物的一半左右、陆地生物的六成左右绝灭;还有人甚至认为可能有百分之九十的物种绝灭。对于这次绝灭事件持续的时间估计,有人认为需要几百万年,有人认为需要一到二百万年,还有人甚至认为只需要十万年或者几万年[9]。因此,对二叠系—三叠系的分界标志、分界剖面上的物理、化学、生物等多学科的综合研究,就成为国际地学界的引人注目的事件。
早在1923年,美籍教授葛利普就注意到中国浙江长兴县灰岩中的动物化石群,并将其命名为长兴灰岩。1962年中科院南京古生物研究所盛金章等提出了长兴阶,1977年该所成立二叠系—三叠系界线工作组。1978年,由杨遵仪领导的中国地质大学界线组成立。1985年,中国地质大学教师张克信在浙江煤山剖面上发现微小欣德牙形石化石。著名古生物学家殷鸿福于1986年提出以牙形石取代菊石作为二叠系—三叠系界线标准化石,逐步得到国际学者的赞同。1993年,殷鸿福主持召开了国际二叠系—三叠系界线工作组会议,确定了4条层型候选剖面,煤山剖面列为首选剖面。2001年3月,国际地质科学联合会在界线工作组、三叠系分会及国际地层委员会经三轮投票后,正式确认长兴煤山D剖面27C之底为这一重要地质年代界线的“金钉子”。二叠系—三叠系界线,同时也是古生界与中生界的界限,它的异乎寻常的意义在于记录了地球历史的一次重大转折,在此期间发生了显生宙以来最深远的变化和最剧烈的绝灭事件[10]。
3 新灾变论对地学的影响及展望
“一石激起千层浪”。新灾变论的理论与实践冲击了地学中统治达一世纪之久的渐变论,开辟了地学研究的新思路,它使那种惯常以为地球上占统治地位的总是静静的、缓慢的和令人无法觉察的运动换位于突发的、轰轰烈烈的“革命”性变化。它对地球科学发展的影响是多方面的:
第一,丰富了对生物进化过程的理解。达尔文的进化论强调了生物进化过程中的缓慢演化的意义,并提出一点一滴的量的积累会造成巨大的物种的差异。达尔文还揭示了这种量变过程的内在机制就是自然选择,适者生存。但是达尔文的理论不能解释这样的现象,即生物在内部因素和外部原因的作用之下所产生的突变,例如寒武纪生命的大爆发,当时几乎所有的无脊椎动物门、绝大部分纲都出现了。达尔文的理论更不能合理解释进化过程中的灾变现象,他认为动物的绝灭要么是数量过多,要么是不适应环境而被逐渐淘汰,但是在灾变过程中可能会出现的情况是,外部环境的灾难变化会使先前适应环境的生物集体绝灭,因而偶发性的因素也必须纳入生物进化过程的考虑。同时也要看到,从一个角度看来是偶然的,从另外一个角度看来则是必然的。生物进化过程中旧的物种不断灭亡、新的物种不断更新是自然发展的必然规律,灾变现象只是这种必然性为自己开辟道路的一种形式。灾变的意义在于它可以促进生态系统的更替,旧的生态系统的结构被打破,新的生态系统的结构被重新建立起来[11]。因此,在生物进化过程中,量变、质变、突变、灾变等都发挥了作用。生物进化不是一个简单的渐进过程,而是一个复杂的、多重反复的过程。首先,量变或渐变是我们通常看到的现象,它的特点在于时间漫长而空间狭窄,但量变积累到一定的程度就会引起质变。注意有两种不同的质变,一种是由单纯的量变所引起的质变,如水滴石穿便是;另一种是由突然性的原因所造成的事变,简称突变,它并不是由单纯的量变所形成。突变也有两种形式,一是向上的进步的突变,例如创新进化事件,从猿到人;另一种是破坏性的突变即灾变。灾变是进化过程正常秩序的打断,是暂时的曲折和倒退,但却孕育着新的进化的萌芽。进化的道路包括:量变(渐变)→质变…突变…灾变→新的量变(渐变)等一系列过程。进化的总方向是前进的,但发展具有阶段性,曲折和倒退也是前进道路上的组成部分。
第二,促进了地层学研究的不断深入与发展。由于灾变事件往往具有全球性与典型性的特征,这就为地层层序的建立及其相互间时间关系的确定提供了一个天然的试验场。在典型的地质剖面,例如中国长兴煤山剖面,中外地质学家进行了磁性地层学、化学地层学、分子地层学、生物地层学等多方面的研究,取得了大量的成果。在事件地层学的研究方面,通过大量的证据、综合的方法,追溯绝灭事件产生的背景和原因,还原地史上曾经有过的真实画面,是一件憾人心弦的体验,但这里更需要排除先入之见,坚持实事求是的科学态度。灾变产生的过程可能是瞬间的、由陨石撞击等地外原因造成的,也可能是较长期的、多相的、由火山爆发等地内原因造成的[10];当然,还有可能是地内与地外诸多因素都发挥了作用,导致海退、缺氧、高温、海进、低温等难以预测的灾难现象的出现。事件地层学用突变的、甚至是灾变性的特殊事件去划分、对比地层,丰富了地层的划分类型,也使地层的对比研究更有说服力。地质界线有两类:一类是“平静界线”,即界线处没发生突变或灾变性事件;另一类是在界线处发生过剧烈的突变事件,称“突变界线”。据现有资料表明,几乎所有重要的年代地层界线上或多或少发生过某种等级的灾变性事件。在许多界线上往往是多种事件并存,如界线可能会有撞击,火山爆发、全球森林大火、古气候突变、海平面上升和生物大灭绝等多种灾变事件的复合出现。由于各种事件的相互联系和相互影响,要区分原发事件和终极事件。原发事件可导致新事件的产生。地学家认为,进行事件学研究必须抓住生物事件和岩石事件这两条线索,探讨导致这些事件产生的原发事件,如板块运动、天体碰撞等。事件地层学用突发性灾变事件划分对比地层,大大提高了地层对比研究的精度,使重大地质事件清晰明白,易于辨认,有强大的生命力,也是地球科学发展的新领域。
第三,灾变观还被运用来探讨某些矿产的成因,指导找矿。灾变成矿论认为,灾变过程为有机矿产准备了一定的物质基础,如成油、成煤规律与生物界的大发展和大绝灭直接相关[12]。灾变是矿质来源的一个选择。如果一个富含某些元素的大陨石撞击地面,有可能直接形成具有工业价值的矿床。加拿大肖得贝里铜镍矿床最突出的特征是外形呈椭圆形“浴缸”状,属高温贫铜类型,关于它的产生,有人提出,巨大陨石的坠落可能导致肖得贝里构造及矿床的形成。灾变为成矿创造了构造条件。有人提出“轰击→构造→成矿”的模式,认为地外星体撞击地球时可以撞穿岩石圈层,破坏古大陆和古大洋使之解体,使岩浆沿破裂上升,地幔塑性物质开始流动,由此可以促进板块构造的发生和运动,并由此控制着不同构造——成矿带的分布和差异。另外,中国地质学家研究了燕山期成矿大爆发,认为中国有33个超大型内生矿床,其中有17个形成于中国东部燕山期。这种集中成矿的现象源于岩石圈-软流圈系统的大灾变,即大量新的、热地幔物质和热的下地壳物质去取代、加热和注入冷的岩石圈和地壳,富集有用的元素会被岩浆-流体子系统析出,并在某些地段堆积成矿。这是典型的岩浆—构造—成矿事件,它说明了深部环境的骤变对成矿的意义[13]。
第四,灾变观还启迪了天文地质学的形成。天文地质学是应用天文学的研究方法、观测资料和研究成果来探讨和解释地球上的各种地质现象的成因和演化规律的学科。地球系统的存在,不能脱离与太阳系甚至银河系的相互联系与相互作用。各种天文因素对地球地质发展都有影响,诸如银河系运动、超新星爆发、太阳活动、太阳系天体(行星、小行星、彗星、陨石)、月球、地球旋转等。宇宙的各种物理场(引力、电磁波、宇宙线等)对岩石圈、大气圈、水圈和生物圈也存在影响。万有引力把天地之间的引力和地球上物体之间的引力联系起来。在漫长的地质时期,引力常数可能是不“常“的,地球经常受到太阳风的影响,银河系的恒星风对地球亦可能产生作用,这些都对地球带来深远影响。1982年,在国际上召开过大规模国际学术会议,其论文集刊于《大的小行星和彗星对地球撞击的地质解释》。在我国,徐道一是较早把天文地质学引进中国的研究者之一,他牵头编著的《天文地质学概论》对中国天文地质界有深远的影响[14]。近年来,随着宇航技术和方法的应用,科学家从宇宙空间对地球表面进行观测和分析,并把天文学与地质学两方面的成果进行对比,确定其相似程度,建立其联系的关系式,对两者关系的成因机制进行探讨。今天人类已进入宇航时代,应用天文和宇航研究的成果和资料,能够更完整和系统地解释地质现象的形成机制。可以预见,天文地质学将有力地促进地质学的成长和发展。
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