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《青年科学》

开博时间:2016-11-21 21:22:00

《青年科学》杂志创办于1980年,是沈阳日报报业集团主管并主办的综合性期刊。辽宁省一级期刊,曾连续两届被国家新闻出版署评为“全国百种重点期刊”。

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地动山在摇

2008-12-27 21:54:05

  板块在运动

  地震,顾名思义,就是地壳的震动。虽然火山喷发、流星飞过甚至人的活动如地下核试验和矿山开发等都可能引起地震,但绝大多数地震还是由于地壳的运动造成的。其实,我们的地球很不太平,据美国地质学调查,每年共有约300万次地震,如果平均下来,每隔11秒,地球便会抖动一下身躯,当然,这300万下的绝大多数都只是轻微一哆嗦,不足挂齿。

  大家都听说过“地震带”,为什么地震专爱骚扰某些地区呢?这得从20世纪最伟大的发现之一“板块构造学说”说起。地球最上层的岩石圈并不是紧密连成一片的,而是几个坚硬而独立的单元在软流圈上漂浮,彼此似断非断,还有相对滑动,即“板块”。

  如同国家边境最易发生冲突,各个板块相接触的地方也是地质最活跃的地点。现在,让我们开始想象,板块间的相对运动有三种:彼此远离则拉扯、彼此靠近则挤压,或者一头朝南一头朝北,在交接处则发生扭曲。与之相对应,地壳的反应便是产生三种不同式样的断层:正断层、负断层和平行断层。尽管原理各异,三者却有共性,那便是巨大能量在断层的扭曲之下蓄势待发,当断层间摩擦力较大,断层想要动却被迫固定下来时最为明显,这便是“哪里有压迫,哪里就有反抗”。

  我们继续想象,地壳的火气憋得越来越大,当里边的压力终于大于断层两边的摩擦力时,地壳便获得动能,猛烈地哆嗦起来。在板块交界处,扭曲最容易发生,而一个小断层扭曲了,旁边的也不得安宁,因而会形成大规模的“断层带”,一震起来,一传十,十传百,于是短时间内震动便很可能连成一片。在我国青藏高原,欧亚板块和印度板块相互推挤,于是形成了地质活跃区;而在东南沿海,欧亚板块和太平洋板块更是从不肯相安无事,是另一个地震多发区。

  实际上地震不仅仅发生在板块之间,17世纪的美国曾以密苏里为中心发生过一场震撼数州的地震,100多年后,科学家才发现它的始作俑者——竟是一个“蓄谋”了6亿年的断层!

  震波在回响

  如果地壳不能用地震波将“愤怒的消息”传播开去,那么地震的威力要大打折扣。当然这只是美梦罢了,正如我们看到水波而知道液体传递震动一样,固体同样如此。在介绍两种地震波之前,顺便区分两个概念,我们说汶川地震的震源在地下10千米,指的是地壳中矛盾冲突始发地距离位于地表的震中汶川县的垂直距离,于是你知道“震源”不同于“震中”。

  地震波可以分为“体波”和“面波”两种,前一种又可分为“纵波”及“横波”。“纵波”便是常见的P波,其震动方向与波的传播方向相同,在固体、液体和气体中均可传播,由于速度较快并最先达到震中而得名;同理,“横波”的震动方向垂直于传播方向,只能在固体中前进,遇到液体便会停下来,是随后袭击震中的,我们简称为S波。

  两种波在地表相遇后激发产生面波,即L波,其波长大、振幅强,在地表传播时会像水波一样让地面上下晃动,是造成建筑物强烈破坏的主要因素,由于S波速度最慢,因此我们一般感到地震总是递进式发生,即最猛烈的时刻总在最后阶段。

  尽管P波和S波的传播速率随介质而改变,但是二者速率之比却总是1:7,这一比例被地震仪记录下来后,常常被用于计算震源到震中的距离。

  地壳在发怒

  “汶川8.0级特大地震”,当你看到这个数字,除了意识到这属于“大震”,还看出什么?其实这个“8.0级”,完整称呼是“里氏8.0级”。这一标准是1935年加州理工大学Charles Richter和Beno Gutenberg给著名的加州地震量身定做的标准,他们为了让其值不为负,特意跑到距震中100千米处测量,并把伍德·安德森扭力式地震仪记录到的水平位移1微米称为0级地震。

  当然,这个“0级”的命运同历史上定义的众多“最大”及“最小”一样,现在地震仪的精度远远超过当年,记录下负级地震再也不是什么稀罕事,地壳哪怕微微一怒,也会被地震仪记在账上。里氏震级是一个对数值,这意味着8.0级地震的地震波幅度是7级的10倍,而能量释放则达到31.7倍。当然,地球历史上发生的强烈地震不胜枚举,不过在里氏震级的历史中,最大只有9.5级,多数都小于3级。

  里氏震级描述了震源发出的地震波能量,而另一个标准“烈度”则与震源深度、震中距、方位角、地质构造及土壤性质等许多因素有关,因此,一次地震只有一个震级,然而不同地区的烈度却有所不同。

  这便是用罗马字母表示的麦加利地震烈度。这个标准相当依赖于主观标准,比如“室内少数人在完全静止中能感觉到”为III度;最大的XII度,则是“房屋建筑普遍破坏,山崩地裂,地形改观”。这也是为什么地震结束,科学家马上可以报告震级,然而不同地方的烈度,却要等他们到不同地方询问目击者后才能总结出来。

  相关链接1

  震源与震中 地震波发源的地方,叫做震源。震源在地面上的垂直投影,地面上离震源最近的一点称为震中。它是接受振动最早的部位。震中到震源的深度叫做震源深度。通常将震源深度小于70公里的叫浅源地震,深度在70~300公里的叫中源地震,深度大于300公里的叫深源地震。对于同样大小的地震,由于震源深度不一样,对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅,破坏越大,但波及范围也越小,反之亦然。“5.12汶川特大地震”就是浅源地震,因此破坏性极大。

  地震发生时,最基本的现象就是地面的连续振动,这时人会明显地晃动起来。处于震中的人在出现大晃动之前,会觉得自己是在上下跳动。这是因为地震波从地内向地面传播,纵波首先到达的缘故,接着,横波就会产生大振幅的水平方向晃动。比如你在池塘里放一片树叶,这个波传开之后,仔细观察那个树叶,它是上下运动的,但是你看整体的波是向四外传播的。

  相关链接2

  地震带 地震的震中集中分布的地区,且呈有规律的带状,叫做地震带。从世界范围看,地震活动带和火山活动带大体一致,主要集中在地壳强烈活动的地带。

  世界上的地震主要集中分布在三大地震带上,即:环太平洋地震带、欧亚地震带和海岭地震带。

  环太平洋地震带 分布在太平洋周围,像一个巨大的花环,把大陆与海洋分隔开来。

  欧亚地震带 又名“地中海-喜马拉雅”地震带,从地中海向东,一支经中亚至喜马拉雅山,然后向南经我国横断山脉,过缅甸,呈弧形转向东,至印度尼西亚,另一支从中亚向东北延伸,至堪察加,分布比较零散。

  海岭地震带 是从西伯利亚北岸靠近勒那河口开始,穿过北极经斯匹次卑根群岛和冰岛,再经过大西洋中部海岭到印度洋的一些狭长的海岭地带或海底隆起地带,并有一分支穿入红海和著名的东非裂谷区。

  中国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分发达。

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