Revista AOA_11

智利 地震和海啸

一系列综合学科的信息来计算上述可能性。例如,新构造研究用 来识别和绘制活动断层,并借助古地震学找到指定断层在以前发 生的每次地震及发生时间。为此,我们需要研究指定断层的完整 运动,并识别其他此类地震的不同高度。另外,对断层面上方有 机物(例如碳 14)的研究也可了解以前每次地震的发生时间。每 次地震的高度还可用于计算其震级。最近,对地面变形的研究还 融合了 GPS 数据。通过 GPS 数据可以研究断层区域每个点的变 形如何随时间变化而增高的情况,并研究是否将发生断裂。

地球和地震

地震产生的断层长度从数米到数百千米不等,而相对于断裂层两 侧的位移振幅也会从数厘米到大约 20 米不等。

另一方面,风险是关于地震对建筑物影响的评估,方法是确定发 生特定震级的地震时,将对现有建筑物造成的成本损坏。

地球是一个活动的行星。而其他星球,比如火星,虽曾十分活 跃,但现在已不再活动。原因是,行星是由许多陨石围绕一个引 力点汇聚而形成的。粒子受到万有引力的作用会被吸引在一起, 而粒子质量较大的地方会成为引力极,这样就形成了行星。由于 行星的体积不断增长,会从以下两种来源产生内部热量:一个是 来自聚集粒子的辐射;另一个是强大的万有引力,它将粒子向地 球中心推挤,而在地球中心由于物质的分解会产生热量。 每单位时间内产生的热量与行星的体积(立方级辐射)成正比。 而行星表面损失的热量仅以平方级辐射增长。由于产生的热量大 于损失,内部温度会不断升高。当达到一定温度时,固体会转化 成液体(期间还会导致化学分化),较重的物质会落向中心,而 较轻的物质则浮向表面。最后形成了深度在 30 到 2,900 千米之 间的地幔层对流圈,在此空间内,轻而热的物质上浮,重而冷的 物质下沉。例如,在正在进行加热的水容器底部即可看到对流现 象。火山是板块边沿处过热物质的出口。在地球上,该过程形成 了大气层、大洋、地壳和地核,其中地核主要由铁和镍构成,围 绕在地球中心周围。 对流圈的外层构成了我们熟知的板块。板块将地球的表面划分为 若干部分。由于内部对流的原因,地球表面板块的突然移动有时 便会引发地震。 我们的地球正在进行着这样的运动,是一个活动的行星。当内部 辐射停止后,行星便会冷却下来,而对流也将停止,板块会停止 移动,也就不会再发生任何地震,我们的星球就像火星一样不再 活动。因此,地震对于推测行星的生命期以及陆地与海洋的形成 非常重要。

测量地震的大小和影响

智利和地震危险

虽然里氏震级和麦加利烈度常被使用,但许多人对于此地震测量 实际上并不了解。

构造板块是形成我们这一“疯狂之地”(一位出色作家的说法) 的原因。这里是两个巨大板块的交界处。从阿里卡 (Arica) 到 爱森 (Aysen),纳斯卡板块沉在南美洲板块之下,此现象称为俯 冲。大洋板块的主要成分为玄武岩,其密度高于大陆板块的花岗 岩。因此,纳斯卡板块会沉在南美洲板块下方。 断裂产生于两个板块之间,且地震深度向东递增。接触线为海 沟,距离海岸线大约 100 千米。两个板块每年靠近大约 10 厘 米,也就是说两个板块在 120 年里会靠近大约 12 米。这与 1877 年在阿里卡 (Arica) 和安托法加斯塔 (Antofagasta) 之间发生的 9 级历史性大地震对应,该地震还伴随着破坏性的海啸。 因此,当纳斯卡板块与南美洲板块靠近的距离达到 12 米时,会 很快再次发生这样的地震。由于这一地区在 100 多年里尚未遭 受强烈的地震,而积聚的变形仍存在,因此几乎可以断言将发生 新的断裂,同时伴之以海啸。虽然以上说法在很多场合被提及, 但海滨地带建筑物的建设依旧忽视了即将到来的海震。伊基克 (Iquique) 市高于海平面 2 米,而急救医院的位置较低,与海 平面持平。 通常,纳斯卡和南美洲板块之间的接触面是分段的。因此,我们 在圣地亚哥 (Santiago) 和科皮亚波 (Copiapo) 之间以及中部山 谷 (Valle Central) 看不到活火山,但在北科皮亚波 (Copiapo) 地区再次发现了火山活动。圣地亚哥 (Santiago) 南部区域具有 中部山谷 (Valle Central) 的特征,同时也存在活火山。此地段 是纳斯卡板块反常活动的结果,例如海底火山会在掩埋时改变俯 冲条件。这样,沿整个接触面断裂几乎失去可能性,即使在各个 分段内仍可发生大规模的地震。纳斯卡板块结束于爱森 (Aysen) 。在南部,南极洲板块与南美洲板块交界处的靠近速度仅为每年 2 厘米,预示着在此区域可能发生大地震的时间会显著晚于北部 区域。1949 年,彭塔阿雷纳斯 (Punta Arenas) 附近发生了 7.8 级的地震,断裂出现在南美洲板块与苏格兰(相当于加勒比板块 南部)之间。

里氏震级。查尔斯·里克特曾是加州理工学院 (CALTECH) 的一名 地震专家。20 世纪 30 年代,加州理工学院配备有当时世界上功 能最强大的望远镜 — Monte Wilson 望远镜。天文学家利用此 望远镜可以以前所未有的程度观测太空,测算恒星的大小并根据 其亮度进行分类。但是,太大的距离变化致使较遥远恒星的观测 亮度低于实际亮度。纠正恒星亮度的一个方法是,根据距离地球 一光年的距离观测恒星,将其调整到相同的距离以便进行实际的 比较。这一方法很难在实际中应用,因为随后的研究发现了巨大 的亮度变化。因此,基于亮度的对数,使用了“星等”的定义。 例如,10 的对数为 1,100 的对数为 2,1,000 的对数为 3 等 等。因为使用 1、2、3… 这样的数字比 10、100、1,000… 要方 便地多。 里克特在研究地震方面采用了相同的方法。但他并未使用地震波 的振幅(相当于恒星亮度),而是使用观测仪器(地震检波器) 按 100 千米的距离来纠正振幅。通过此纠正方法,将按照 100 千米为距离单位观测所有地震,然后使用对数公式来定义加利福 尼亚的震级。这一方法很快传遍全球。震级用于对地震产生的能 量进行分级,从而表示地震的大小。震级在 5 和 6 之间的地震 即可视为具有破坏性。 震级是没有限制的。过去最大的地震是 1960 年发生在智利的瓦 尔迪维亚 (Valdivia) 大地震,其震级达到 9.6。但是,以后可 能会发生更大的地震。较小的震级甚至会出现负数。 麦加利地震烈度。这是一个实用但不科学的测量方法,形成 于 14 世纪末,由意大利火山和地震学家约瑟佩·麦加利 (Giusseppe Mercalli) 在研究了地震在意大利不同地区的影响后 提出。直至今日,麦加利烈度仍未经过任何仪器的测量,而是按 照专家预先定义的参数列表来确定地震处的“烈度”。然后,再 研究断裂区周围的各个地点,并为各点估算麦加利烈度,最后在 断裂区周围绘制出具有相同烈度的曲线,称为“同震线”。通过 同震线可看出,烈度在朝向断裂区的方向递增,而在远离断裂区 的方向递减,直至消失。 地震烈度从 I 到 XII 不等,其中烈度 IV 意味着“大多数人 在家都能感觉到震动。悬挂物会向两侧摆动。窗户和门会发出声 响。静止的汽车会开始摇动。”烈度 IX 则描述为“会对坚固的 建筑物产生破坏。房屋会连根拔起。地下管道将断裂。地面出现 裂缝。水坝会受到严重破坏。”

振荡达到了最低值 57.3 分钟。震中区域受到了完全的破坏,这 导致国家南部地区的人们开始使用木材作为建筑材料。

海啸(海洋波)

靠近海洋的大地震会产生振幅很大的海啸,这会带来不同于地震 波的破坏影响。尤其是,海啸冲击的破坏距离非常遥远,可从震 中区域直到受影响海域的海岸线。 海啸与震源的特性密切相关,在海底逆断裂的情况下破坏力尤其 强大。震源的频率部分越低,则激发的海啸波越多。无分散的非 线性孤立波(孤波)是最有效的波浪传输形式。海底地面的滑动 也为形成此类波创造了条件。

海啸发生于外海,起初振幅较小(数厘米),但移动流体体积及 其动能非常大(平均深度为海床以上 4 千米)。

当波浪到达海岸时,水深降低而波幅增加,有时可达 20 米以上。 该现象变为非线性。波浪的传播速度随着水深减小而降低,然后 波浪前端会断开并从后向前推,从而提高了波浪高度。因此,海 滨地带会遭受侵袭和破坏。 1868 年和 1877 年,在智利北部发生的里氏震级较大的海啸,就 是由两个 9 Mw 的俯冲地震引发的。直至今日,房屋仍建筑在受影 响区域内,即使预期在未来年将发生类似的地震。 如之前所述,人们已知的最大海啸是 1960 年的智利大地震(9.6 级),它摧毁了太平洋周围的一切。在欧洲地区,已知的最大 海啸是 1754 年在里斯本地震后发生的。苏门答腊海啸(2004 年,9.3 级)也具有很大的破坏性,但比不上智利的海啸记录。 但是,智利未采取必要的措施进行充分的自我保护,来逃避海啸 风险。荒谬的是,世界上大多数发生地震的国家(海震达到最大 震级),地震法规中尚未包含“海啸”这一项。 评估海啸地震波引发的海啸所带来的影响绝对是非常困难的,但对 这一领域的研究一直在持续,人们做了许多工作来加固建筑物以抵 御波浪的冲击。因此,专家、大学和政府组织有责任来严肃面对该 问题,进行研究并采取措施以形成国家行动计划,保护海岸线免遭 此破坏现象的侵袭。法规中永远都不能将海啸排除在外。

什么是地震?

地震产生于两个相邻板块的交界处。已知有三种情况可引发地 震: 一. 板块缓慢地向彼此移动(每年几厘米),例如纳斯卡板 块与南美洲板块和非洲的阿尔及利亚断层。当表面的力超过 断裂阻力时,板块之间的隔离区域会在某一时刻断裂,从而 产生裂缝,并且由于挤压,一个板块会快速移动到另一板块 上方。 二. 两个板块向相反的方向移动,不断扩大断裂。例如复活 节岛,这里就是纳斯卡板块与太平洋板块分离的地方。 三. 两个板块在同一方向上并行移动,一个板块擦过另一个 板块,不产生挤压和扩张,例如位于加利福尼亚的著名的圣 安德烈亚斯断层。 突然的断裂会辐射出一系列复杂的地震波,该波可以穿过周围区 域,这种情况下,地球就像是一件乐器,而地震波就是它演奏的 音乐。振幅较大的地震波会对断裂区域周围产生破坏。地震的影 响取决于“已断裂”区域的大小,而这又取决于最终断裂区域处 各种力分布的复杂情况。

1960 年智利大地震

世界上有记录的最大地震是 1960 年发生在智利的地震,其震 级达 9.6 级,破坏距离从康塞普西翁 (Concepcion) 到爱森 (Aysen)(国家南部),达 1,000 千米。该地震之前,在康塞普 西翁 (Concepcion) 发生了 7.8 级的地震,人们认为这就是主震 了,却不曾想到随后发生了更具破坏力的地震。地震造成的断裂 范围超过 200 千米,两个板块之间的位移大约为 25 米。 该地震产生了巨大的海啸,如同飞机以 730 千米/秒的速度穿过 整个太平洋,其破坏性的波浪甚至到达了夏威夷岛和日本。该地 震释放的能量是如此强大,以至于该期间首次测量到地球自身的

另一个重要方面是区分危险和风险。危险是指某区域在指定时期 内发生高于指定震级值地震的可能性。对于危险的研究包括通过

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