赞美向日葵的诗句:陶世龙 《地震问答》-- 变幻多彩的地球

1975年2月4日19时38分左右，北京的居民普遍感觉到这里的大地在震动。悬挂在天花板上的吊灯突然来回动荡，尽管只有片刻时间，人们都清楚地觉察到了。在此以前大约两分钟，即19时36分，辽宁南部的海城、营口地区，人们也都感到大地在震动，而且震动更为强烈，地面颠簸摇晃，使人无法站稳，许多房屋遭到了破坏，持续了30秒钟左右。
这是怎么回事呢？地震发生了。水有源，树有根，这么多地方都在震动，哪里是起头的地方呢？原来就在海城县东南营口县东北，北纬40.6°、东经122.8°的地下16千米深处。这个震动的发源处称为震源；地面上与震源正对着的地方，称为震中；地面上其他地点到震中的距离，叫震中距；到震源的距离，叫震源距；从震中到震源的垂向距离，叫震源深度；震中附近震动最大，一般也就是破坏最严重的地区，叫极震区；在地图上把地面破坏程度相似的各点连接起来的曲线，叫等震线。在一般情况下，距离震中越远，震动也就越弱。但地面破坏最强烈的地方，往往并不是震中所在处，而是在稍微离开震中一些的地方，这里常称为宏观震中。
地震时的震动，是以波动的形式从震源向四面八方传播出去的，这种因地震而产生的波动，就是地震波。
为什么会从震源传出这阵阵波动？地震究竟是怎么回事？目前虽然还不能把一切问题都讲清楚，但可以肯定地回答，地震的发生，是地球最外边这一层岩石构成的地壳在运动的表现，是震源所在处的物质发生形体改变和位置移动的结果。这和大海之有波涛汹涌，天空之有风云变幻一样，是一种自然现象，完全可以认识的。
强烈地震时人为什么会站立不稳
历史记载常常形容强烈地震发生时，“人坐凳上如在船上，晕晕腾腾”；“人如坐波浪中，莫不倾跌”；真是“恍如空中旋磨蚁，又似弄舟江心里”，甚至牛马也“伏不能起”。
为什么人会站立不稳？这是由于地震波的影响。在距震中较远的地方，横波所形成的水平晃动，使地面很快地来回摇晃，人自然就会感到“晕晕腾腾”、“如在船上”。如果是在极震区内，加上纵波所形成的上下跳动也很厉害，那就会显得又摇又蹦，前仰后合，自然就要站立不稳了。所以地震时，一般年老体弱的人，就更需要提前离开建筑物，免得临时张惶失措。
此外，在某些地区，强烈地震时人站在地上还会有一种软绵绵的感觉，仿佛地要陷下去似的。所以古书上对地面出现的鼓包有“其土虚浮，践之即陷”的记载。其实，地并没有陷下去，而且地震一过，结实如故，这不过是强烈地震时土地表现出来的一种暂时性的特点。有人认为，在短促迅疾的强烈震动作用下，地表土层可以失去原来的黏结性，而表现出液体的某些性质，所以有软绵绵的感觉。这种作用在含有较多水分的细沙层中尤为明显，可以使得整个沙层都具有了液体的一些性质，因此就显得更软了。
为什么会发生地震
这个问题现在世界上有多种多样的解释或设想、的确，发生地震的某些根本性原因还有待探讨，但已经认识到的事实告诉我们：不管地震发生的根本原因是什么，不管哪一种或哪几种物理现象对某一次地震的发生起了主导作用，总是那里的岩石发生了破裂，特别是要把能量转化为机械能才能促使岩石破裂，产生震动。
绝大多数地震发生在地球最刚硬的部分——地壳和地幔上部边缘的岩石层里面。那里的岩石在力的作用下发生破裂，这个破裂处就成为震源，震动从这里开始。
刚硬的岩石为什么会破裂呢？
首先，正因为它是刚硬的，所以才会破裂。如果它像生面团那样有很好的塑性，就不容易破裂了。如果是液体，更无所谓破裂。绝大多数地震都发生在地下70千米以内，特别集中在地下5～20千米上下，这不是偶然的。因为在地下较深的地方，温度高，压力大，在长期缓慢的力的作用下，虽是坚硬的岩石也具有一定的塑性，就不那么容易破裂了。
岩石具有受力后发生破裂的性质，这是它会破裂的根据，但还得有力作用于它的身上才能使它破裂。在地下，存在着各种形式的力的作用，而且这些力会在地下某些处所积累加强，当增大到使那里的岩石承受不了时，破裂就发生了。在这个变动中起主要作用的是地壳运动。
在地壳运动的过程中，地壳的不同部位受到了挤压、拉伸、旋扭等力的作用，那些构造比较脆弱的处所就容易破裂，引起断裂变动。这种变动成为地震的主要原因。全世界90％以上的地震，都是由于地壳的断裂变动造成的，这类地震称为构造地震。现在我们要预报、预防的，主要就是这种构造地震。此外，火山爆发、洞穴坍塌等也可造成地震，但数量都很少，规模也很小。因此地震也可以说是现今地壳运动的一种表现。
一年中地球上的地震有多少
谈到地震，似乎有点稀罕。其实地震是一种很普通的自然现象，几乎和刮风下雨一样寻常。地球上天天都有地震发生，而且多到1天就要发生1万多次，1年约有500万次。世界上许多地方都经常在发生地震，这些地震绝大多数很小很小，不用灵敏的仪器便察觉不到。这样的小地震约占1年中地震总数的99％，剩下的那1％，约5万次，才是人们可以感觉出来的。其中能造成破坏的约有1000次，而且大部分还不是很强烈。达到1975年2月4日海城地震那样强烈程度的，平均每年约十几次。至于更为强烈的地震，平均每年大约一次。总的规律是越小的地震越多，越大的地震越少。因此并不是一有地震发生，就会造成灾害，绝大多数地震对人类并没有多大影响。
地震的大小，常用震级①来表示。震级是根据地震时放出能量的多少来划分的，震级越高，地震越大，释放出来的能量也就越多。地球上平均每年发生的各级地震次数大致如下表所示：
地震震级 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
地震次数 1 18 120 800 6200 49000 100000 4850000
① 我国使用的震级标准是国际上通用的震级标准，在国外常称为里氏震级。
在一般情况下，小于3级的地震人们感觉不到；3级以上才有感觉，习惯上称为有感地震；5级以上便能造成破坏，习惯上统称为破坏性地震或强烈地震。
地震的能量有多大
一次强烈地震发生时，全世界大部分地区都可以记录到它所产生的震动，真可以说是“震撼全球”了。它所释放出来的能量是很大的。
不同震级的地震通过地震波释放出来的能量大致如下表所示；
震级 能量（单位：焦耳） 震级 能量（单位：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
目前记录到的最大地震，还没有超过8.9级的。有些微小的地震则比零级还要小，于是用负数来表示。一次8.5级地震释放出来的能量，如果换算成电能，相当于我国甘肃刘家峡水电站（122.5万千瓦）工作八九年所能发出的电量总和。这还不是它所具有的全部能量，因为有一部分能量在地震发生过程中转变成热能和使岩层发生断裂位移的机械能了，还有一部分能量没有释放出来。试验证明要在坚硬的花岗岩中爆炸一个相当2万吨梯恩梯炸药（TNT）的原子弹（8×1013焦耳），所得的结果才大致和一个5级地震（2×1012焦耳）差不多。至于那些微小地震的能量则很小，有的仅仅和一个鞭炮爆炸相似。震级每差0.1级，能量的大小约差1.4倍差0.2级，差(1.4）2倍；差0.3级，差（1.4）3倍……以此类推，震级相差1.0级时，能量相差（1.4）10倍，即大约30倍。一年中地球上全部地震释放出来的能量约为1018～1020焦耳，其中绝大部分来自7级和7级以上的地震，这些地震被称为大地震。7级以下、5级和5级以上的地震称为强震或中震。5级以下、3级和3级以上的，称为弱震或小震。3级以下、1级和1级以上的称为微震。小于1级的称为超微震。
一次强烈地震的影响面积有多大
1975年2月4日我国辽宁省海城发生地震，不但远在五六百千米外的北京清楚地感到了震动，而且有感范围很大，北至黑龙江的牡丹江，南达江苏的淮阴，西抵内蒙的乌达、陕西的西安，东越国境线，直到濒临日本海一带，乃至日本的九州也有感觉，甚至朝鲜的汉城还有轻微的破坏。这次地震的震级是7.3级，还不是很大的。更大的如1556年我国陕西华县8级大地震，在185个县的县志中都有记载，其中距离震中最远的县约700千米，估计它的影响面积约110万平方千米，大约相当于我国总面积的1／9。再大的如1920年我国宁夏海原8.5级大地震，影响了半个中国，连北京、冀东、上海、汕头、广州等地都有感觉。在国外，1897年印度阿萨姆8.5级大地震影响的面积达到了300多万平方千米。一般地说，地震的震级越高，影响的面积就越大，但同时还与震源深度有关。震源浅，影响面积就要小些，但在这个范围内的烈度就要大些；震源深，影响面积尽管大，但在地面造成的破坏却要小一些。
上述影响面积，一般是指人们能感觉到的地震而言，亦即有感地震的面积。如用仪器观测，一次强烈地震，全世界大部分地震台都可以记录到，仅有少数地区由于地核不能传播横波和对纵波有折射作用，因而记录不到，称为阴影带。下图中弧状实线及箭头表示纵波的前进方向，波状实线及箭头表示横波的前进方向，虚线及数字表示地震波到达地面所需的时间（单位：分钟）（图缺）。
地震的震级、烈度与震源深度之间有什么关系
震级反映地震本身的大小，只跟地震释放的能量有关，而烈度则表示地面受到的影响和破坏的程度。一次地震，震级只有一个，而烈度则各地不同。因为烈度不仅跟震级有关，同时还跟震源深度、距离震中的远近以及地震波通过的介质条件（如岩石的性质、岩层的构造等）等多种因素有关。震中烈度与震级及震源深度的关系大致如下表所示：
震源深度(千米) 5 10 15 20 震级
震中烈度 5 4 3.5 3 三级以下
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
一般震源浅、震级大的地震，破坏面积虽然较小，但极震区破坏则较严重；震源较深、震级大的地震，影响面积比较大，而震中烈度则不太高。
1960年2月29日半夜，非洲摩洛哥濒临大西洋的旅游城市阿加迪尔突然发生地震，震级只有5.8，但是造成的破坏却很严重，仅仅15秒钟，绝大部分房屋都倒塌了。原因之一就是这次地震震源很浅，其深度仅3～5千米。因此，它所造成破坏的范围虽小，但烈度则很大，震中区达到9～10度，而阿加迪尔城恰恰就位于这个破坏最强烈的范围内。此外，在建设这座城市时，因这里已长期没有发生过强烈地震，忽视了可能发生的地震危害，没有采取相应的抗震措施。如果在震前认识到这些规律并注意预防，灾害显然是可以减轻的。
没发生过强烈地震的地方会不会发生强烈地震
在地震带内没有发生过强烈地震的地方突然发生强烈地震的情况不仅有，而且并不算太少。有时还存在这样的特点，在强烈地震发生之前，在长达数十年之内，周围地区的有感地震很多，而在强烈地震将要发生的地区偏偏没有，这里便被称为所谓的“地震空白区”。临近强烈地震时，空白区周围地震次数增多到最高峰，空白区内部地震活动却仍然很少，最后，强烈地震终于在空白区内发生了。例如1830年6月12日河北磁县7.5级大地震前就清楚地表现出这种情况，在大地震前50年内，周围的地震很多。
因此，根据周围地区地震增多的情况，对中间那种很少发生地震的空白区要特别注意，不要以为这里没有地震活动就失去警惕。当然，也要看到另一方面，即中间这个地震少的地区是缺少发生地震的地质构造条件的“安全岛”，或者是周围地区的地震已把这个地震带内地应力积累的大量能量释放掉了，终于没有发生大地震。究竟怎样，还要求我们从实际出发，做扎扎实实的调查研究工作，才能得出正确的结论。
还应注意，强烈地震也不见得一定在已知的地震带内发生。事实上，有时在一向认为不会发生地震的地壳比较“稳定”的部分，也发生了强烈地震。如1962年9月1日伊朗布因沙拉7.2级地震和1968年8月31日伊朗达希提-伊巴兹7.2级地震，都是发生于被认为“稳定的”“无地震”的地区。
这样一来是不是到处都可能发生强烈地震，简直没有规律可寻了呢？事情亦非如此。强烈地震多发生于地震带中，这是没有疑问的。至于某些被认为不会发生强烈地震的地区发生了强烈地震，可能是原先认识不清或情况有了特殊的变化，只要加强地质研究工作还是可以认识的。如伊朗这两次地震以后，在地面上都可以看到活动断层迹象，证明是古老断层重新活动的结果，只是过去没有认识罢了。仔细研究起来，在强烈地震发生之前，总是有前兆可寻的。
发生过强烈地震的地方会不会再发生强烈地震
发生过强烈地震的地方，会不会再发生强烈地震呢？还是可能发生的，不过震中大多不是在原来的位置，而是在它附近的地方。比如1973年2月6日四川炉霍，在北纬31.1°、东经100.4°的地方发生了7.9级大地震，而在这次地震之前不到6年，即1967年8月30日，已经在这个地区的北纬31.6°、东经100.3°的地方发生过一次6.8级地震了。如果把范围稍微扩大一点，在以炉霍为中心，南至道孚，北至甘孜，长约130千米，宽约60千米的地区内，从1904年到1973年的70年间，6级以上的地震发生了5次。智利的康塞普西翁在不到300年内发生了4次8级以上的大地震，城市几次被毁，邻近地区发生的大地震则更多。
震中位置完全重合的情况也不是没有，但比较少。如1600年9月29日广东南澳附近北纬23.5°、东经117°处发生了7级地震；过了大约318年，1918年2月13日又在原处发生了7.25级地震。1624年4月17日河北滦县附近北纬39.7°、东经118.7°处发生了6.25级地震；321年之后，1945年9月23日还是在这里又发生了一次6.25级地震；又隔了31年，1976年7月28日3时42分唐山7.8级大地震刚过，当天18时45分，又在滦县附近北纬39.7°、东经118.8°的地方，发生了一次7.1级强烈余震。这次余震与上两次滦县地震的震中位置基本重合。
从这些历史记载可以看出，同一地点再一次发生强烈地震，一般是要间隔相当时间的，多则几百年，少的也要几十年、几年。间隔的长短，与那里地壳运动的强弱密切相关。像我国川西、滇西、台湾这些活动强烈的地震带上，在较短时期内重复发生强烈地震的情况就要多些，而在华北这样的地区，总是要间隔许多年才有在同一地点重复发生强烈地震的可能。不过需要注意的是，有的大地震之后，余震还可以相当强烈，六七级的强烈余震，往往连续发生在主震震中或其附近，上图所示河北唐山7.8级主震西南的两次余震就是如此，对这样的余震应该提高警惕。至于在同一地点，连续发生若干次8级左右的大地震，在我国各地震带都还没有这样的历史记录。在环太平洋的某些活动性特别强烈的地震带上，虽有过这样的情况，但也是很罕见的。总的说来，一个地方如果已经发生了大地震，一般是活动日趋衰弱，经过相当长的时期以后才有可能再发生大地震。但不管是什么情况，都不可因强烈地震发生过了就麻痹大意，还是应该时刻警惕。
地震时为什么会喷沙冒水
地震时为什么会喷沙冒水？一是地震时产生的地裂缝给地下的沙和水开辟了喷出来的通道。喷沙冒水的孔隙总是沿地裂缝带分布，与地裂缝方向基本一致，证明着这一点。二是地下的压力推动着沙和水喷出，这个压力在地震时变得特别大。第三，归根到底还得地下有水有沙，没有物质来源就喷不出东西来。海城、唐山等地区的喷沙冒水都在平原、河滩等地，丘陵山区就没有这种现象。
地下的岩石土层中几乎到处都有水。地震时，由于这些岩石土层受到的压力加大，把藏在它们内部孔隙或裂隙里的水更多地挤了出来，因此涌水加剧的现象也就比较普遍了。特别是那些地势低洼，原来地下水位就很浅的地区，更为突出。水在地下的储存状况与那里地下的岩层分布及组合情况是密切相关的。地震时岩层发生的断裂错动改变了这种状况，因而就会使某些地方的地下水急剧增加，另一些地方则突然减少，这也是地震时有些地方地下水突然大量涌出或突然干涸的一个重要原因。
至于地下的沙，则范围比较有限。不久前还是河流、海滨的地方，地下有过去堆积起来的细沙层，它们在地震时同水一起因强烈短促的震动而具有类似液体的性质，这就方便了它们从地下喷出。不过沙层如果埋藏太深，要喷出来仍是有困难的。一般多是从地下几米的深处喷出，来自十几米深的就比较少了。像河边、海边以及河中的沙洲，这些存在着较厚的细沙层的地方，出现喷沙现象是比较多的。而在那种丘陵山区，因为地下是岩石，缺少沙土层，喷沙现象就不会发生了。
有些地区冬季上地封冻，那种没有完全冻结的地方就成为沙和水较易喷出的薄弱点，如果这里的地下沙土比较多又不很深的话，地震时就可能从此处喷出沙和水。室内经常烧火的炕头、灶头就是封冻不严的地方，所以地震时也可以从这里喷沙冒水。总之，喷沙冒水也是一种自然现象，它们的出现是有规律的、可知的，没有什么可奇怪的。
为什么地震时要特别注意防止火灾
根据世界地震历史资料，火灾在地震的次生灾害中所造成的损失，比例是很大的。
1923年9月1日，日本关东发生了一次8.3级地震，有人认为这是20世纪以来最大的一场自然灾害。据计算，损失财富总值大约相当于现在的300多亿美元，死亡和失踪14万多人，伤10万人。为什么损失如此之大呢？因为这次地震发生在日本工业和人口最集中的地区——东京和横滨，东京距震中不到100千米，横滨则仅距震中60多千米。但不仅是这个原因，还由于建设这些城市时，没有充分考虑到地震的危害，缺少防震措施。在横滨，地震使1／5的房屋倒塌，同时有208处起火。东京火灾更为严重，房子烧掉2／3，大震后半小时，有136处起火，风助火势，化学药品及油类等易燃物质越烧越旺，由于许多房屋是木建的，就特别易于着火。更严重的是许多街道又小又窄，当火灾发生后，救火车开不进去。即使救火车开进去也是无用的，因为自来水管都被震坏了，水源断绝，眼看着大火蔓延，无法制止。这次地震毁坏的57万多所房屋中，有44万多所就是被火烧掉的。而那些拥挤在街头和广场的难民被大火层层包围，无法逃生，伤亡惨重。死亡的人中有56000多人是被大火烧死的。
1906年美国旧金山大地震，由于烟囱倒塌和堵塞以及火炉翻倒，全市50多处起火，水管震裂，供水停止，致大火延烧三天三夜，使相当于10平方千米的市区，几乎全部烧光。事后统计，损失按1974年美元币值计算，约40亿，死人近千。
1964年日本新潟地震也是由于油库着火，十余日不熄，损失巨大。
由此可以看出有些地震的损失巨大，伤亡惨重，并不都是由于地震的自然原因，而主要是由于次生灾害所造成的。像火灾所造成的损失，如果事前做好防震抗震的准备，本来是可以设法避免或减轻的。
为什么地震发生后对水灾也要注意
在地震的次生灾害中，除了火灾，水灾的威胁性也是很大的。
1933午8月25日我国四川迭溪（原属茂县）发生地震。迭溪坐落在成都之北、岷江上游东岸的一个阶地之上，地震后，周围山峰崩颓，坠落的土石堵塞在岷江中形成了三条大坝，坝高均在百米以上，江水断流40多天。在这40多天中，水在大坝后面形成了三个“堰塞湖”，湖水越壅越高，终于在10月9日下午7时，前面那条大坝被冲开了，湖水溃决，犹如晴天霹雳，轰然一声，洪水排山倒海而下，两小时后到了茂县，第二天凌晨3时到了灌县，使这个远离地震中心100多千米的地方也受了灾。据不完全统计，光是灌县被冲毁的良田就达600万平方米，死亡1600多人。它所造成的人畜伤亡和财产损失比地震本身还要大。其实，这次灾祸是完全可以预防的，只是因为国民党反动派根本不顾人民死活，无人及时把江水险情通知下游各处，所以才招致这样大的伤亡和损失。
1959年美国蒙塔那州赫布根湖地震，山脊坍塌，土石崩垮，在马迪孙河形成了一个湖，湖面逐渐扩大，淹没了附近的公路、村庄、森林等等。1971年洛杉矶地震，这个城市的最大水坝受震后发生裂隙，迫使下游8万避居民迁避。
此外，也有可能由于地下喷沙冒水、水管断裂等等原因造成局部的水灾，但其影响不会是很大的。