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第3章 大地震(1)

一、认识地震

自然灾害之中,为祸最烈的是地震灾害。

从它的猝发性、广泛性以及对人类生命财产造成的破坏性来说,可谓群害之首。当地震不期而至时,人类的力量在大自然的巨大威力面前显得如此渺小:强烈的地震可以在瞬间摧毁人们耗费无数心血而建起的美丽家园,它以无可抗拒的力量,使大地为之崩塌,使高山摇摇欲坠。在它的肆虐之下,楼宇轰然倒塌,道路变形断裂人们带着束手无策、无能为力的自责和愧疚,亲眼目睹自己的亲人痛苦地死去,心理上出现恐惧的阴影。地震不仅直接威胁着人类的生存,还引发海啸、山崩、泥石流、火灾等次生灾害,这些次生的间接灾害所造成的损失和破坏也是非常巨大的,有时甚至超过地震灾害本身所造成的危害。

自古以来,人类对地震便充满了恐惧。在科学尚未发达的时代,人们既无法抵御地震的巨大破坏力,也无法解释地震的成因,往往将之归为天遣神罚:

试问法力无边的诸神,

大地怎能竟这样不停地摇摇摆摆?

是囚犯们幻梦中发出的呻吟?

还是海岸上那三叉戟海神在施展淫威?

啊,不,不是!

是人们的罪恶双脚在践踏大地,

神明的大地已忍无可忍;

甩掉这些罪孽累赘吧,

为这些低劣之民掘墓挖坟。

——安农(Anon)

这首题为《地震》的诗作在18世纪中叶的欧洲曾广为流传,诗人告诉世人:地震是神明对人间罪恶的惩罚。这种认识,在古代东西方历史上都曾长期存在。

在中国,民间传说地底深处有一条大鲤鱼,当这条鲤鱼一时兴起耍起“鲤鱼打挺”的游戏时,地震就发生了。日本的一个传说与中国非常相似,且更为形象生动,说是地底下躺着一条巨大的鲶鱼,它翻一下身,就会发生地震。为了保护世界万物,有一位双手高举大石槌的神,密切监视着这条鲶鱼,但是,只要这位神稍稍松懈,鲶鱼就乘机翻身,于是,大地就会产生剧烈的震动。在美洲,也有着同样的传说,不过,引发地震的祸首由鱼换成了乌龟,说是地球由一只巨大的乌龟支撑着,当乌龟向前爬行时,地球就会发生抖动这种种传说当然是荒诞不经的。今天,现代科学技术已经能够对地震的性质加以解释了,让我们来认识一下地震吧!

根据地震产生的方式,可以分为构造地震、火山地震、塌陷地震、人工地震等。

构造地震是最为常见的一种地震,主要是指由于地质构造力的作用,造成地下岩层断裂或错动而引起的地震。这类地震为数最多,占全球天然地震的90%以上,破坏力也最强,几乎所有的强烈地震,均属构造地震。

火山地震是伴随着火山的喷发或由于地下岩浆的冲动而引起的地震。这类地震一般强度较小,其数量约占全球地震的7%左右。就全球范围来看,近代能够引起地震的活火山,主要分布于环太平洋、地中海以及东非大裂谷等地带。

塌陷地震是由于地层陷落,如岩溶地貌、矿顶下塌等引起的地震。有时巨大的山崩也会引起塌陷地震。塌陷地震的发生主要由重力引起,故释放的能量与所造成的破坏远比构造地震为小。这类地震约占总数的3%。

人工诱发地震是由人类工程活动、核爆炸等人为活动所引起的地震,最常见的是水库诱发地震。

地震的大小以震级来衡量。地震震级是科学家根据地震仪测得的波振幅大小计算出来的。地震的能量以弹性波的形式向外释放,地震释放能量的大小决定了地震震级的大小。震级的大小表示了地震的强弱程度,震级每增加一级,释放的能量增大30倍左右,一个7级地震所释放的能量,大约相当于60万吨级原子弹爆炸时所释放的能量。通常,我们把6~7级地震划为中等地震,7~8级地震划为大地震,而震级超过8级的则属于巨大地震。世界上发生过的最大的地震是1960年5月21日发生在智利中南部西岸的一系列地震,其最大的主震为8-9级。随着科学技术的不断进步,科学家们的观测精度也越来越高,甚至一些微小地震——其所释放的能量大约相当于一块砖从桌上掉到地面所产生的能量,也能够被高灵敏的地震仪记录下来。

地震发生时,地下深处产生震动的地点叫震源。震源垂直投影在地面的地点,叫做震中,震中是地表的地震中心。地面上受到地震影响的任何一点到震中的距离,叫做震中距。一般说来,离震中越近,地面振动就越强烈,破坏性也越大,离震中越远,振动就越弱,破坏性越小,甚至没有破坏。

根据地震对建筑物的破坏程度、引起的地表变化,地震学家对地面振动作出了一个量度,这就是地震的烈度。烈度的大小是根据人们的感觉、家具和物品振动的情况,房屋和建筑遭受破坏的情况,以及地面出现的破坏现象等因素综合确定的。

一次地震只有一个震级,但其烈度却因地而异,距离震中越近,其烈度越大,距离震中越远,其烈度越小。我国制定的地震烈度表共有12度。

从表中可以看出,随着烈度的提高,地震对人类生命、财产所造成的破坏增大,当烈度为XII度时,地面剧烈变化,山河改观,真可称得上是天翻地覆了。

地震在发生之前,自然界总会表现出一些异常的现象。人们把地震发生之前出现的种种异常现象,统称为地震的前兆。

那些人们的感觉器官可以直接感觉到的现象,称为宏观前兆。

地震的宏观前兆种类很多,如井水发浑、冒泡、翻花、升温、变色、变味、陡涨、陡落;泉水突然枯竭或涌出;动物惊慌不安,狂叫乱跑,不饮不食,突然改变原来的生活习惯;天气骤冷或骤热,出现大风大雨等急剧变化;地上发出奇异的响声;天空出现特别的亮光,等等,都可能是地震的前兆。人能感觉到的小地震,也是大地震的宏观前兆之一。

地震的宏观前兆对于预报地震起着重要作用。人们根据各种地震宏观前兆,编了这样的歌诀:“宏观前兆,肉眼可见;井水升降,翻花打漩;大小动物,惊恐不安;黄尘四起,蔽日遮天;怪风呼啸,砂石扑面;酷暑恶寒,扰人心弦;特大水涝,百年奇旱;八月飞霜,严冬花艳;地泡地气,臭气可辨;地声隆隆,地光闪闪。”

除了上述宏观前兆之外,地震在发生前,地壳会发生形变,地面会产生倾斜,海平面会有升降,地下水的化学成分、地震波传播速度,以及地应力、地磁、地电、地温和重力等都会发生相应的变化,这些也都是地震的前兆,还有人们不能感觉到的小地震活动,也属于地震前兆。这些前兆不能被人的感觉器官直接察觉,它们作为地震前兆出现的时候,人类只有借助于科学仪器才能观察到。这种人类不能直接观察到的地震前兆现象,统称为微观前兆。

地震灾害是一种频发灾害。据统计,全球平均每年大约发生100个6级或大于6级的地震,即大约每隔三天发生一个破坏性地震。平均每年大约发生20个7级或大于7级的地震,即大约每三个星期有一个强烈地震。然而,面对这个统计数字,也没有必要人人自危。现代地震科学告诉我们,地震的形成是有条件的,地震的发生也是有一定的规律可循的,人类生活的大多数地区并未受到地震的威胁。

板块构造学说认为,地球岩石圈是由若干巨大而又稳定的板块组成的。这些板块以均匀的速度像一条巨大的传送带在地表漂移。板块与板块之间的边缘地带,地球的地质构造受到板块之间相互作用力的巨大影响,因而是地质上发生巨大和根本变化的地方。板块在哪里相撞,哪里就会形成巨大的山脉,并且伴随着不断的地震活动。某一板块内部是相对稳定的,大多数地震都发生在板块之间的边缘地带,而不是板块内部。当然,由比较局部的力系,或许是由表层岩石的温度、深度和强度的变化,也可能引起板块内地震。

在板块构造运动的过程中岩石圈产生了一系列的断层错动。地震正是由这些断层活动所引起的,哪儿断层急剧地运动,哪儿就会发生地震。具体地说,在地表以下,存在着一个连续不断的岩石圈。在岩石圈的某些地方,一类岩石与另一类岩石沿着一条狭窄的接触线,紧紧地挨在一起。而在另一些地方,由于岩石结构的急剧变化,在同一岩层内清楚地发生过垂直的或水平的位移。地质学家通常把许多岩石结构上的这种不连续解释为断层。断层的存在表明过去在这些断层上曾发生过运动。这一运动可以是不产生地面震动的缓慢滑动,也可以是一种产生明显震动的地表的突然破裂。

世界上容易发生地震的地区与地质上属于新生的和活动的地区之间有着紧密联系。绝大多数地震发生在板块边缘附近。

那些产生山脉、地堑、洋中脊、海沟的全球地质力或大地构造力,也是产生大地震的基本因素。这些力是地球内部温度存在差异的结果,而温差是由于通过空间热辐射损失热,以及通过岩石放射性元素的衰变获得热所造成的。地表的新断层常常伴随地震而发生,绝大多数破坏性极大的地震都是巨大的地表断层发生破裂的结果。

随着岁月的流逝,地震区底下的深部力量使岩石逐渐发生不引人注目的形变。海平面以上地表的隆起所形成的巨大山脉是这一变化最为明显的实例。大地测量表明,地壳处在不断的运动之中。而不论这种运动是水平方向还是垂直方向,一般都伴有位移的发生。美国对圣安德烈斯断层进行的专门观测证明了这一点:这条断层位于太平洋板块和北美板块之间,它纵贯加利福尼亚州,绵延约1000公里,断层的两边大约以2厘米/年的速度靠拢。然而,这种变化不会无限期地继续下去,地壳岩石就像越绕越紧的钟表发条,岩石所承受的弹性应变越大,所储藏的能量也就越大,在岩石最脆弱的地方或弹性应变最大的地方,迟早将会发生破裂。当断层破裂时,储藏在岩石中的弹性应变也突然被释放出来,其中一部分变为热,一部分变为弹性波。这些弹性波就是地震。同样的道理,垂直方向的岩石应变会造成地表的垂直破裂。

地壳应变产生裂缝,对于前震和余震提供了合理的解释。

当初始破裂出现时,便形成前震。之后,会出现较长的破裂,即产生主震。沿着主要破裂,岩石发生左右上下的剧烈运动和振动,并局部生热,致使物理条件与主震前迥然不同,而附加产生的小破裂,导致余震的出现。随着这一地区应变能量的逐步减少,就像钟表会慢慢停摆一样,经过数月之后,恢复到稳定状态。

当破裂发生时,地面开始摇动。破裂起始于地壳内的震源处,然后在断层面的各个方向向外扩展。断层破裂的延伸取决于整个地区岩石内的应力变化,破裂的发展将一直继续到岩石不能发生应变即破裂无法延伸时为止。在破裂停止之后,断层的两侧发生弹性回跳,弹回到应变较小时的位置。在破裂期间,断层两侧互相摩擦,因而有些能量通过摩擦力和在挤碎岩石的过程中而被耗尽,地面因此将会局部发热。断层两侧的回跳,除了产生摩擦和挤碎之外,同时还产生地震波,地震就这样通过地底深处一系列纷繁复杂的运动而爆发了。

现在世界范围的地震活动,从空间分布上来看,主要有环太平洋地震带和地中海-喜玛拉雅地震带两大地震活动带。

环太平洋地震带,沿北美洲太平洋东岸的美国阿拉斯加向南经加拿大西部、美国加利福尼亚和墨西哥西部地区,到达南美洲的哥伦比亚、秘鲁和智利,然后从智利转向西穿过太平洋抵达大洋洲东边界附近,在新西兰东部海域折向北,再沿斐济、印度尼西亚、菲律宾、中国的台湾、琉球群岛、日本列岛、阿留申群岛,回到阿拉斯加,环绕太平洋一周。环太平洋地震带是全球最主要的地震活动带,频度最高、强度最大,不仅强烈地震本身对人类构成很大威胁,地震引起的海啸也常常造成不可估量的损失。20世纪以来全球8级以上特大破坏性地震绝大多数发生在这个地震带上。如着名的1906年美国旧金山8.3级地震,1960年智利8.9级地震等,都曾给人类带来巨大的危害。

第二条地震带是地中海-喜玛拉雅地震带,从印度尼西亚开始,经中国的云、贵、川、青、藏(喜马拉雅地区),以及南亚次大陆的印度、巴基斯坦、尼泊尔、阿富汗,西亚的伊朗、土耳其到地中海北岸,一直延伸到大西洋的亚速尔群岛。

这一地震带穿过亚欧大陆内部,其中段和东段的地震强度和频度较高、较大,同样给人类社会带来巨大的危害。

两大地震带上的北纬40°号称“地震恐怖线”,这一带恰恰是世界上人口和城市最为集中的地区,如洛杉矶、旧金山、墨西哥城、东京、横滨、神户、北京、天津等大城市都挤在这条恐怖线上。世界历史上死亡万人以上的地震多发生在这一带。

在全球的地震活动总量中,环太平洋地震带占去了76%,地中海-喜玛拉雅地震带占去了22%,剩下的只有2%分布在世界其他广大的地区。

2001年,德国波茨坦地理学研究中心的研究人员搜集了地球最近500年来的地震数据,并结合地震学的最新研究成果,绘制出了世界上第一张地震风险分布图。这张彩色分布图根据不同地区地震风险的强弱分成4个等级、8种颜色。从图上可以看出,地震风险最高是在欧亚接壤的土耳其、伊朗和我国西部一带,日本列岛、我国台湾、菲律宾至印度尼西亚以及美国西海岸、墨西哥、秘鲁、智利一带;地震风险最低的是俄罗斯、非洲大陆、加拿大和巴西。

地震作为一种自然现象,并不是每一次爆发都必然地给人类造成灾害。所谓地震灾害是由地震所引起的社会性事件。也就是说,地震能否形成对人、对社会的伤害,是有条件的。同样是地震,可能形成灾害,也可能不形成灾害。例如,发生在渺无人烟的沙漠、海洋或山区的地震,对人类的影响不大,就构不成灾害。地震成为灾害,首先要看地震是否有足够的强度,因为微小地震对人类几乎没有影响,能够造成灾害的只是强震或中强以上地震;其次要看地震是否发生在有人群存在和社会文明存在的地方,只有对人、对社会造成损伤和破坏的地震才能称之为灾害;最后还要看人们对地震的警觉性和防备程度如何,即使是一次发生在人烟稠密地区的强震,假如人们有足够的警觉,并有充分抵御震灾的准备,那么灾害就会大为减轻。

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