人民網>>科技

陶世龍專欄——地震問答
  2004年12月27日13:02 【字號 】【留言】【論壇】【打印】【關閉
  地震是怎麼回事

  1975年2月4日19時38分左右,北京的居民普遍感覺到這裡的大地在震動。懸挂在天花板上的吊燈突然來回動蕩,盡管隻有片刻時間,人們都清楚地覺察到了。在此以前大約兩分鐘,即19時36分,遼寧南部的海城、營口地區,人們也都感到大地在震動,而且震動更為強烈,地面顛簸搖晃,使人無法站穩,許多房屋遭到了破壞,持續了30秒鐘左右。

  這是怎麼回事呢?地震發生了。水有源,樹有根,這麼多地方都在震動,哪裡是起頭的地方呢?原來就在海城縣東南營口縣東北,北緯40.6°、東經122.8°的地下16千米深處。這個震動的發源處稱為震源﹔地面上與震源正對著的地方,稱為震中﹔地面上其他地點到震中的距離,叫震中距﹔到震源的距離,叫震源距﹔從震中到震源的垂向距離,叫震源深度﹔震中附近震動最大,一般也就是破壞最嚴重的地區,叫極震區﹔在地圖上把地面破壞程度相似的各點連接起來的曲線,叫等震線。在一般情況下,距離震中越遠,震動也就越弱。但地面破壞最強烈的地方,往往並不是震中所在處,而是在稍微離開震中一些的地方,這裡常稱為宏觀震中。

  地震時的震動,是以波動的形式從震源向四面八方傳播出去的,這種因地震而產生的波動,就是地震波。

  為什麼會從震源傳出這陣陣波動?地震究竟是怎麼回事?目前雖然還不能把一切問題都講清楚,但可以肯定地回答,地震的發生,是地球最外邊這一層岩石構成的地殼在運動的表現,是震源所在處的物質發生形體改變和位置移動的結果。這和大海之有波濤洶涌,天空之有風雲變幻一樣,是一種自然現象,完全可以認識的。 強烈地震時人為什麼會站立不穩

  歷史記載常常形容強烈地震發生時,“人坐凳上如在船上,暈暈騰騰”﹔“人如坐波浪中,莫不傾跌”﹔真是“恍如空中旋磨蟻,又似弄舟江心裡”,甚至牛馬也“伏不能起”。

  為什麼人會站立不穩?這是由於地震波的影響。在距震中較遠的地方,橫波所形成的水平晃動,使地面很快地來回搖晃,人自然就會感到“暈暈騰騰”、“如在船上”。如果是在極震區內,加上縱波所形成的上下跳動也很厲害,那就會顯得又搖又蹦,前仰后合,自然就要站立不穩了。所以地震時,一般年老體弱的人,就更需要提前離開建筑物,免得臨時張惶失措。

  此外,在某些地區,強烈地震時人站在地上還會有一種軟綿綿的感覺,仿佛地要陷下去似的。所以古書上對地面出現的鼓包有“其土虛浮,踐之即陷”的記載。其實,地並沒有陷下去,而且地震一過,結實如故,這不過是強烈地震時土地表現出來的一種暫時性的特點。有人認為,在短促迅疾的強烈震動作用下,地表土層可以失去原來的黏結性,而表現出液體的某些性質,所以有軟綿綿的感覺。這種作用在含有較多水分的細沙層中尤為明顯,可以使得整個沙層都具有了液體的一些性質,因此就顯得更軟了。 為什麼會發生地震

  這個問題現在世界上有多種多樣的解釋或設想、的確,發生地震的某些根本性原因還有待探討,但已經認識到的事實告訴我們:不管地震發生的根本原因是什麼,不管哪一種或哪幾種物理現象對某一次地震的發生起了主導作用,總是那裡的岩石發生了破裂,特別是要把能量轉化為機械能才能促使岩石破裂,產生震動。

  絕大多數地震發生在地球最剛硬的部分——地殼和地幔上部邊緣的岩石層裡面。那裡的岩石在力的作用下發生破裂,這個破裂處就成為震源,震動從這裡開始。

  剛硬的岩石為什麼會破裂呢?

  首先,正因為它是剛硬的,所以才會破裂。如果它像生面團那樣有很好的塑性,就不容易破裂了。如果是液體,更無所謂破裂。絕大多數地震都發生在地下70千米以內,特別集中在地下5∼20千米上下,這不是偶然的。因為在地下較深的地方,溫度高,壓力大,在長期緩慢的力的作用下,雖是堅硬的岩石也具有一定的塑性,就不那麼容易破裂了。

  岩石具有受力后發生破裂的性質,這是它會破裂的根據,但還得有力作用於它的身上才能使它破裂。在地下,存在著各種形式的力的作用,而且這些力會在地下某些處所積累加強,當增大到使那裡的岩石承受不了時,破裂就發生了。在這個變動中起主要作用的是地殼運動。

  在地殼運動的過程中,地殼的不同部位受到了擠壓、拉伸、旋扭等力的作用,那些構造比較脆弱的處所就容易破裂,引起斷裂變動。這種變動成為地震的主要原因。全世界90%以上的地震,都是由於地殼的斷裂變動造成的,這類地震稱為構造地震。現在我們要預報、預防的,主要就是這種構造地震。此外,火山爆發、洞穴坍塌等也可造成地震,但數量都很少,規模也很小。因此地震也可以說是現今地殼運動的一種表現。 一年中地球上的地震有多少

  談到地震,似乎有點稀罕。其實地震是一種很普通的自然現象,幾乎和刮風下雨一樣尋常。地球上天天都有地震發生,而且多到1天就要發生1萬多次,1年約有500萬次。世界上許多地方都經常在發生地震,這些地震絕大多數很小很小,不用靈敏的儀器便察覺不到。這樣的小地震約佔1年中地震總數的99%,剩下的那1%,約5萬次,才是人們可以感覺出來的。其中能造成破壞的約有1000次,而且大部分還不是很強烈。達到1975年2月4日海城地震那樣強烈程度的,平均每年約十幾次。至於更為強烈的地震,平均每年大約一次。總的規律是越小的地震越多,越大的地震越少。因此並不是一有地震發生,就會造成災害,絕大多數地震對人類並沒有多大影響。

  地震的大小,常用震級①來表示。震級是根據地震時放出能量的多少來劃分的,震級越高,地震越大,釋放出來的能量也就越多。地球上平均每年發生的各級地震次數大致如下表所示:

  地震震級 8.0∼8.9 7.0∼7.9 6.0∼6.9 5.0∼5.9 4.0∼4.9 3.0∼3.9 2.5∼2.9 <2.5

  地震次數 1 18 120 800 6200 49000 100000 4850000

  ① 我國使用的震級標准是國際上通用的震級標准,在國外常稱為裡氏震級。

  在一般情況下,小於3級的地震人們感覺不到﹔3級以上才有感覺,習慣上稱為有感地震﹔5級以上便能造成破壞,習慣上統稱為破壞性地震或強烈地震。 地震的能量有多大

  一次強烈地震發生時,全世界大部分地區都可以記錄到它所產生的震動,真可以說是“震撼全球”了。它所釋放出來的能量是很大的。

  不同震級的地震通過地震波釋放出來的能量大致如下表所示﹔

  震級 能量(單位:焦耳) 震級 能量(單位:焦耳)

  0 6.3×104 5 2×1012

  1 2×106 6 6.3×1013

  2 6.3×107 7 2×1015

  2.5 3.55×108 8 6.3×1015

  3 2×109 8.5 3.55×1017

  4 6.3×1010 8.9 1.4×1018

  目前記錄到的最大地震,還沒有超過8.9級的。有些微小的地震則比零級還要小,於是用負數來表示。一次8.5級地震釋放出來的能量,如果換算成電能,相當於我國甘肅劉家峽水電站(122.5萬千瓦)工作八九年所能發出的電量總和。這還不是它所具有的全部能量,因為有一部分能量在地震發生過程中轉變成熱能和使岩層發生斷裂位移的機械能了,還有一部分能量沒有釋放出來。試驗証明要在堅硬的花崗岩中爆炸一個相當2萬噸梯恩梯炸藥(TNT)的原子彈(8×1013焦耳),所得的結果才大致和一個5級地震(2×1012焦耳)差不多。至於那些微小地震的能量則很小,有的僅僅和一個鞭炮爆炸相似。震級每差0.1級,能量的大小約差1.4倍差0.2級,差(1.4)2倍﹔差0.3級,差(1.4)3倍……以此類推,震級相差1.0級時,能量相差(1.4)10倍,即大約30倍。一年中地球上全部地震釋放出來的能量約為1018∼1020焦耳,其中絕大部分來自7級和7級以上的地震,這些地震被稱為大地震。7級以下、5級和5級以上的地震稱為強震或中震。5級以下、3級和3級以上的,稱為弱震或小震。3級以下、1級和1級以上的稱為微震。小於1級的稱為超微震。 一次強烈地震的影響面積有多大

  1975年2月4日我國遼寧省海城發生地震,不但遠在五六百千米外的北京清楚地感到了震動,而且有感范圍很大,北至黑龍江的牡丹江,南達江蘇的淮陰,西抵內蒙的烏達、陝西的西安,東越國境線,直到瀕臨日本海一帶,乃至日本的九州也有感覺,甚至朝鮮的漢城還有輕微的破壞。這次地震的震級是7.3級,還不是很大的。更大的如1556年我國陝西華縣8級大地震,在185個縣的縣志中都有記載,其中距離震中最遠的縣約700千米,估計它的影響面積約110萬平方千米,大約相當於我國總面積的1?9。再大的如1920年我國寧夏海原8.5級大地震,影響了半個中國,連北京、冀東、上海、汕頭、廣州等地都有感覺。在國外,1897年印度阿薩姆8.5級大地震影響的面積達到了300多萬平方千米。一般地說,地震的震級越高,影響的面積就越大,但同時還與震源深度有關。震源淺,影響面積就要小些,但在這個范圍內的烈度就要大些﹔震源深,影響面積盡管大,但在地面造成的破壞卻要小一些。

  上述影響面積,一般是指人們能感覺到的地震而言,亦即有感地震的面積。如用儀器觀測,一次強烈地震,全世界大部分地震台都可以記錄到,僅有少數地區由於地核不能傳播橫波和對縱波有折射作用,因而記錄不到,稱為陰影帶。下圖中弧狀實線及箭頭表示縱波的前進方向,波狀實線及箭頭表示橫波的前進方向,虛線及數字表示地震波到達地面所需的時間(單位:分鐘)(圖缺)。 地震的震級、烈度與震源深度之間有什麼關系

  震級反映地震本身的大小,隻跟地震釋放的能量有關,而烈度則表示地面受到的影響和破壞的程度。一次地震,震級隻有一個,而烈度則各地不同。因為烈度不僅跟震級有關,同時還跟震源深度、距離震中的遠近以及地震波通過的介質條件(如岩石的性質、岩層的構造等)等多種因素有關。震中烈度與震級及震源深度的關系大致如下表所示:

  震源深度(千米) 5 10 15 20 震級

  震中烈度 5 4 3.5 3 三級以下

  6.5 5.5 5 4.5 4

  8 7 6.5 6 5

  9.5 8.5 8 7.5 6

  11 10 9.5 9 7

  12 11.5 11 10.5 8

  一般震源淺、震級大的地震,破壞面積雖然較小,但極震區破壞則較嚴重﹔震源較深、震級大的地震,影響面積比較大,而震中烈度則不太高。

  1960年2月29日半夜,非洲摩洛哥瀕臨大西洋的旅游城市阿加迪爾突然發生地震,震級隻有5.8,但是造成的破壞卻很嚴重,僅僅15秒鐘,絕大部分房屋都倒塌了。原因之一就是這次地震震源很淺,其深度僅3∼5千米。因此,它所造成破壞的范圍雖小,但烈度則很大,震中區達到9∼10度,而阿加迪爾城恰恰就位於這個破壞最強烈的范圍內。此外,在建設這座城市時,因這裡已長期沒有發生過強烈地震,忽視了可能發生的地震危害,沒有採取相應的抗震措施。如果在震前認識到這些規律並注意預防,災害顯然是可以減輕的。 沒發生過強烈地震的地方會不會發生強烈地震

  在地震帶內沒有發生過強烈地震的地方突然發生強烈地震的情況不僅有,而且並不算太少。有時還存在這樣的特點,在強烈地震發生之前,在長達數十年之內,周圍地區的有感地震很多,而在強烈地震將要發生的地區偏偏沒有,這裡便被稱為所謂的“地震空白區”。臨近強烈地震時,空白區周圍地震次數增多到最高峰,空白區內部地震活動卻仍然很少,最后,強烈地震終於在空白區內發生了。例如1830年6月12日河北磁縣7.5級大地震前就清楚地表現出這種情況,在大地震前50年內,周圍的地震很多。

  因此,根據周圍地區地震增多的情況,對中間那種很少發生地震的空白區要特別注意,不要以為這裡沒有地震活動就失去警惕。當然,也要看到另一方面,即中間這個地震少的地區是缺少發生地震的地質構造條件的“安全島”,或者是周圍地區的地震已把這個地震帶內地應力積累的大量能量釋放掉了,終於沒有發生大地震。究竟怎樣,還要求我們從實際出發,做扎扎實實的調查研究工作,才能得出正確的結論。

  還應注意,強烈地震也不見得一定在已知的地震帶內發生。事實上,有時在一向認為不會發生地震的地殼比較“穩定”的部分,也發生了強烈地震。如1962年9月1日伊朗布因沙拉7.2級地震和1968年8月31日伊朗達希提-伊巴茲7.2級地震,都是發生於被認為“穩定的”“無地震”的地區。

  這樣一來是不是到處都可能發生強烈地震,簡直沒有規律可尋了呢?事情亦非如此。強烈地震多發生於地震帶中,這是沒有疑問的。至於某些被認為不會發生強烈地震的地區發生了強烈地震,可能是原先認識不清或情況有了特殊的變化,隻要加強地質研究工作還是可以認識的。如伊朗這兩次地震以后,在地面上都可以看到活動斷層跡象,証明是古老斷層重新活動的結果,只是過去沒有認識罷了。仔細研究起來,在強烈地震發生之前,總是有前兆可尋的。 發生過強烈地震的地方會不會再發生強烈地震

  發生過強烈地震的地方,會不會再發生強烈地震呢?還是可能發生的,不過震中大多不是在原來的位置,而是在它附近的地方。比如1973年2月6日四川爐霍,在北緯31.1°、東經100.4°的地方發生了7.9級大地震,而在這次地震之前不到6年,即1967年8月30日,已經在這個地區的北緯31.6°、東經100.3°的地方發生過一次6.8級地震了。如果把范圍稍微擴大一點,在以爐霍為中心,南至道孚,北至甘孜,長約130千米,寬約60千米的地區內,從1904年到1973年的70年間,6級以上的地震發生了5次。智利的康塞普西翁在不到300年內發生了4次8級以上的大地震,城市幾次被毀,鄰近地區發生的大地震則更多。

  震中位置完全重合的情況也不是沒有,但比較少。如1600年9月29日廣東南澳附近北緯23.5°、東經117°處發生了7級地震﹔過了大約318年,1918年2月13日又在原處發生了7.25級地震。1624年4月17日河北灤縣附近北緯39.7°、東經118.7°處發生了6.25級地震﹔321年之后,1945年9月23日還是在這裡又發生了一次6.25級地震﹔又隔了31年,1976年7月28日3時42分唐山7.8級大地震剛過,當天18時45分,又在灤縣附近北緯39.7°、東經118.8°的地方,發生了一次7.1級強烈余震。這次余震與上兩次灤縣地震的震中位置基本重合。

  從這些歷史記載可以看出,同一地點再一次發生強烈地震,一般是要間隔相當時間的,多則幾百年,少的也要幾十年、幾年。間隔的長短,與那裡地殼運動的強弱密切相關。像我國川西、滇西、台灣這些活動強烈的地震帶上,在較短時期內重復發生強烈地震的情況就要多些,而在華北這樣的地區,總是要間隔許多年才有在同一地點重復發生強烈地震的可能。不過需要注意的是,有的大地震之后,余震還可以相當強烈,六七級的強烈余震,往往連續發生在主震震中或其附近,上圖所示河北唐山7.8級主震西南的兩次余震就是如此,對這樣的余震應該提高警惕。至於在同一地點,連續發生若干次8級左右的大地震,在我國各地震帶都還沒有這樣的歷史記錄。在環太平洋的某些活動性特別強烈的地震帶上,雖有過這樣的情況,但也是很罕見的。總的說來,一個地方如果已經發生了大地震,一般是活動日趨衰弱,經過相當長的時期以后才有可能再發生大地震。但不管是什麼情況,都不可因強烈地震發生過了就麻痺大意,還是應該時刻警惕。 地震時為什麼會噴沙冒水

  地震時為什麼會噴沙冒水?一是地震時產生的地裂縫給地下的沙和水開辟了噴出來的通道。噴沙冒水的孔隙總是沿地裂縫帶分布,與地裂縫方向基本一致,証明著這一點。二是地下的壓力推動著沙和水噴出,這個壓力在地震時變得特別大。第三,歸根到底還得地下有水有沙,沒有物質來源就噴不出東西來。海城、唐山等地區的噴沙冒水都在平原、河灘等地,丘陵山區就沒有這種現象。

  地下的岩石土層中幾乎到處都有水。地震時,由於這些岩石土層受到的壓力加大,把藏在它們內部孔隙或裂隙裡的水更多地擠了出來,因此涌水加劇的現象也就比較普遍了。特別是那些地勢低窪,原來地下水位就很淺的地區,更為突出。水在地下的儲存狀況與那裡地下的岩層分布及組合情況是密切相關的。地震時岩層發生的斷裂錯動改變了這種狀況,因而就會使某些地方的地下水急劇增加,另一些地方則突然減少,這也是地震時有些地方地下水突然大量涌出或突然干涸的一個重要原因。

  至於地下的沙,則范圍比較有限。不久前還是河流、海濱的地方,地下有過去堆積起來的細沙層,它們在地震時同水一起因強烈短促的震動而具有類似液體的性質,這就方便了它們從地下噴出。不過沙層如果埋藏太深,要噴出來仍是有困難的。一般多是從地下幾米的深處噴出,來自十幾米深的就比較少了。像河邊、海邊以及河中的沙洲,這些存在著較厚的細沙層的地方,出現噴沙現象是比較多的。而在那種丘陵山區,因為地下是岩石,缺少沙土層,噴沙現象就不會發生了。

  有些地區冬季上地封凍,那種沒有完全凍結的地方就成為沙和水較易噴出的薄弱點,如果這裡的地下沙土比較多又不很深的話,地震時就可能從此處噴出沙和水。室內經常燒火的炕頭、灶頭就是封凍不嚴的地方,所以地震時也可以從這裡噴沙冒水。總之,噴沙冒水也是一種自然現象,它們的出現是有規律的、可知的,沒有什麼可奇怪的。 為什麼地震時要特別注意防止火災

  根據世界地震歷史資料,火災在地震的次生災害中所造成的損失,比例是很大的。

  1923年9月1日,日本關東發生了一次8.3級地震,有人認為這是20世紀以來最大的一場自然災害。據計算,損失財富總值大約相當於現在的300多億美元,死亡和失蹤14萬多人,傷10萬人。為什麼損失如此之大呢?因為這次地震發生在日本工業和人口最集中的地區——東京和橫濱,東京距震中不到100千米,橫濱則僅距震中60多千米。但不僅是這個原因,還由於建設這些城市時,沒有充分考慮到地震的危害,缺少防震措施。在橫濱,地震使1?5的房屋倒塌,同時有208處起火。東京火災更為嚴重,房子燒掉2?3,大震后半小時,有136處起火,風助火勢,化學藥品及油類等易燃物質越燒越旺,由於許多房屋是木建的,就特別易於著火。更嚴重的是許多街道又小又窄,當火災發生后,救火車開不進去。即使救火車開進去也是無用的,因為自來水管都被震壞了,水源斷絕,眼看著大火蔓延,無法制止。這次地震毀壞的57萬多所房屋中,有44萬多所就是被火燒掉的。而那些擁擠在街頭和廣場的難民被大火層層包圍,無法逃生,傷亡慘重。死亡的人中有56000多人是被大火燒死的。

  1906年美國舊金山大地震,由於煙囪倒塌和堵塞以及火爐翻倒,全市50多處起火,水管震裂,供水停止,致大火延燒三天三夜,使相當於10平方千米的市區,幾乎全部燒光。事后統計,損失按1974年美元幣值計算,約40億,死人近千。

  1964年日本新潟地震也是由於油庫著火,十余日不熄,損失巨大。

  由此可以看出有些地震的損失巨大,傷亡慘重,並不都是由於地震的自然原因,而主要是由於次生災害所造成的。像火災所造成的損失,如果事前做好防震抗震的准備,本來是可以設法避免或減輕的。 為什麼地震發生后對水災也要注意

  在地震的次生災害中,除了火災,水災的威脅性也是很大的。

  1933午8月25日我國四川迭溪(原屬茂縣)發生地震。迭溪坐落在成都之北、岷江上游東岸的一個階地之上,地震后,周圍山峰崩頹,墜落的土石堵塞在岷江中形成了三條大壩,壩高均在百米以上,江水斷流40多天。在這40多天中,水在大壩后面形成了三個“堰塞湖”,湖水越壅越高,終於在10月9日下午7時,前面那條大壩被沖開了,湖水潰決,猶如晴天霹靂,轟然一聲,洪水排山倒海而下,兩小時后到了茂縣,第二天凌晨3時到了灌縣,使這個遠離地震中心100多千米的地方也受了災。據不完全統計,光是灌縣被沖毀的良田就達600萬平方米,死亡1600多人。它所造成的人畜傷亡和財產損失比地震本身還要大。其實,這次災禍是完全可以預防的,只是因為國民黨反動派根本不顧人民死活,無人及時把江水險情通知下游各處,所以才招致這樣大的傷亡和損失。

  1959年美國蒙塔那州赫布根湖地震,山脊坍塌,土石崩垮,在馬迪孫河形成了一個湖,湖面逐漸擴大,淹沒了附近的公路、村庄、森林等等。1971年洛杉磯地震,這個城市的最大水壩受震后發生裂隙,迫使下游8萬避居民遷避。

  此外,也有可能由於地下噴沙冒水、水管斷裂等等原因造成局部的水災,但其影響不會是很大的。 
原載《地震問答》

來源:人民網 (責任編輯:許秀華)
相關專題
· 大話科學·陶世龍專欄
精彩推薦:
25年冒死拍攝火山
25年冒死拍攝火山
豬販拉豬險象環生
豬販拉豬險象環生
四川涼山發生泥石流
四川涼山發生泥石流
吊車斗車砸進教室
吊車斗車砸進教室



熱點新聞榜
...更多
  
人民網搜索  互聯網搜索


   

鏡像:日本  教育網  科技網
E-mail:info@peopledaily.com.cn 新聞線索:rm@peopledaily.com.cn

人民日報社概況 | 關於人民網 | 招聘英才 | 幫助中心 | 廣告服務 | 合作加盟 | 網站聲明 | 網站律師 | 聯系我們 | ENGLISH 
京ICP証000006號|
網上傳播視聽節目許可証(0104065)| 京朝工商廣字第0394號
人 民 網 版 權 所 有 ,未 經 書 面 授 權 禁 止 使 用
Copyright © 1997-2007 by www.people.com.cn. all rights reserved