地震

当大量岩石在地表以下改变位置时发生的地面突然震动被称为地震。移动的质量发出的冲击波可能强大到足以改变地表，推起悬崖，在地面上打开巨大的裂缝。

地震，科学家称之为地震，几乎连续不断地发生。幸运的是，大多数地震只有被称为地震仪的灵敏仪器才能探测到。其他的则是轻微的震动。然而，剩下的一些会造成重大灾难。它们产生了如此悲惨和戏剧性的后果，如城市被毁、大坝被毁、山体滑坡、被称为海啸的巨大海浪和火山爆发。在世界的某些地方，一场大地震通常每年至少发生一次。根据美国地质调查局的长期数据，平均每年约有1万人死于地震。长期以来，人类一直关注地震的危害。最古老的编年史来自中国，早在3000多年前的商朝。

大多数最严重的地震都与地球最外层，尤其是地壳的形状变化有关。这些所谓的构造地震是由储存在地壳岩石中的应变能迅速释放而产生的大陆厚约22英里(35公里)。一小部分地震与人类活动有关。例如，炸药或原子弹爆炸有时会引起轻微的地震。向地下深处注入液体废物以及大坝后面的水库中储存大量水所产生的压力也会引发小地震。

最强烈和最具破坏性的地震与地壳的破裂有关，这被称为断层。虽然世界上大部分地区都有断层，但并不是所有地区都有地震。来自地球内部的压力使板块它们组成了地壳。张力不断累积，直到板块突然沿着断层移动，从而释放出能量。板块沿着岩石的裂缝向相反的方向滑动，震动地面。物体可以上下、横向或垂直或水平移动。在地球表面，地面的位移可能从几英寸到几英尺(或几厘米到几米)不等。地表上出现了一些断层线。

地震中移动的岩石引起激波(称为地震波)在岩石中向各个方向传播。在一场大地震中，距离震中数千英里或数千公里以外的人都能感觉到震动。被称为地震仪的探测和记录设备可以捕捉到世界另一端的地震波。

地震波有两大类:体波和面波。体波在地球内部传播。它们包括P波或主波和S波或次波。P波在地壳中从破裂点传播，这被称为地震的焦点。地球表面上紧靠震源上方的点被称为震中。P波交替地压缩和膨胀它们所经过的岩石，并沿着波传播的同一方向振动。S波振动方向与波的传播方向成直角。这些次级波是使粒子上下或左右移动的“震动”波。S波的速度总是小于P波的速度。通过比较P波和S波到达地震观测站的时间，科学家可以确定数千英里外地震的位置。

在P波和S波通过地球体之后，会出现两种类型的表面波，沿着地球表面传播。它们被命名为勒夫波和瑞利波，以发现它们的科学家命名。由于表面波的振幅更大，在远离震中的地方发生的破坏性震动中，有很大一部分是由表面波造成的。表面波传播速度比体波慢，是最强大的冲击波。

地震经常引起地球表面的剧烈变化。除了地面运动之外，其他地表效应还包括地下水流动、滑坡和泥石流的变化。地震会对建筑物、桥梁、管道、铁路、堤防、水坝和其他结构造成重大破坏。

水下地震能引起巨大的海浪海啸．海底剧烈的震动产生的波浪以不断扩大的圆圈在海洋表面传播。在深水中，海啸的速度可达每小时500英里(800公里)。当海啸到达海岸时，它已经拥有了巨大的规模和力量，高度可达100英尺(30米)。海啸可能是灾难性的，有可能摧毁沿海定居点。

地震也会导致毁灭性的火灾。火灾造成的财产损失是1906年旧金山地震后最大的一次，当时市中心的521个街区不受控制地燃烧了三天。1923年的东京大地震之后也发生了火灾，给市民造成了很大的损失和困难。

地震仪记录地震引起的冲击波的模式。地震仪配备了电磁传感器，可以将地面运动转换为电变化，并由仪器进行处理和记录。地震仪在屏幕上或纸上打印出来的记录被称为地震记录。

大多数地震仪使用钟摆。地震时地面移动，钟摆也随之移动。地震仪记录了钟摆相对于地面运动的运动。早期的机械地震仪有一个沉重的摆，通过在旋转的纸鼓上划一条线来记录地震波的模式。后来的仪器使用了一个由钟摆的运动而移动的镜子;镜子反射的光在包在鼓上的感光纸上描绘出波浪的图案。电子技术的发展产生了今天广泛使用的高精度摆式地震仪。在这些仪器中，由钟摆运动产生的电流通过电子电路放大地面运动并将其数字化，以获得更精确的读数。

地震的强度可以通过所造成的破坏程度来测量，也可以通过各种仪器读数的计算来测量。修正莫卡利烈度量表通常用于确定地震造成的破坏程度。它定义了12级地震强度。

里氏震级是根据岩石运动所释放的能量来计算的。里氏震级的定义是“在距离震中100公里(62英里)的地方，用伍德-安德森(Wood-Anderson)特制地震仪记录的最大地震波振幅(千分之一毫米)的对数，以10为底。”该定义已扩展到允许在任何距离使用任何校准的地震仪。

里氏2级的地震是人类在没有仪器辅助的情况下所能感觉到的最小的地震。震级每增加一级，大致相当于以地震波形式释放的能量增加30倍。因此，1964年阿拉斯加8.6级大地震的能量并不是4.3级地震的两倍。相反，它释放的能量是4.3级的80多万倍。

然而，里氏震级低估了特大地震的相对规模。考虑到断层滑动的数量和性质的矩震级尺度提供了更一致的测量方法。(1964年阿拉斯加大地震的矩震级为9.2级。)其他几个震级也在使用中。

大多数地震发生在环绕世界的两个大地震带之一。这些带与最近形成的山脉和火山活动带重合。一个地震带沿着北美和南美多山的西海岸环绕太平洋，并贯穿亚洲的岛屿地区。据估计，目前地震释放的能量有80%来自这条带，它被称为环太平洋带或火环带。

另一条活跃度较低的带穿过欧洲和北非之间的地中海地区。然后向东穿过亚洲，在东印度加入火环。这一地震带地震释放的能量约占世界总能量的15%。还有一些惊人的地震活动带，主要是沿着大洋中脊——包括北冰洋、大西洋和西印度洋的脊——以及沿着太平洋大裂谷在东非。

地震的震源可能发生在离地表很近的地方，最大深度约为430英里(700公里)。然而，每年超过75%的地震能量是由浅源地震释放的，即震源深度小于40英里(60公里)的地震。世界上大部分地区至少偶尔会发生浅震源地震。地震释放的总能量中约有12%来自中级地震——震源深度约为40至200英里(60至300公里)。大约3%的总能量来自深度地震。

理论板块构造论毫无疑问，在世界构造板块的边界和地震的地理分布之间有直接的关系。地壳被分解成许多独立的板块，这些板块的边缘很少与大陆海岸线重合。科学家们早就知道这些板块边缘在地震研究中极其重要。位于活动板块边缘的大地震与地球物理过程有关，这些过程被称为挤压、俯冲和覆盖，以及横冲。

当一股来自上地幔的熔融物质流沿着两个相邻板块的连接处上升时，板块就会从扩散中心分开或分开。这就产生了一个充满熔融物质的裂谷。这种构造运动被称为挤压;裂谷的形成一般与之有关火山．这种板块边界最好的例子之一就是大西洋中脊的形成。它标志着大约2亿年前非洲以前与南美洲相连的区域，以及欧洲从北美分离的区域。大洋中脊是许多地震的发生地。

虽然有些板块正在分开移动，但有些板块正在相互移动，或聚集在一起。为了适应两个板块碰撞时的这种运动，一个板块的边缘必须滑过或超过另一个板块。当一个板块从另一个板块上方经过时，这就叫做覆盖。向下进入地幔较深处的板块被称为俯冲板块。许多海底连接处都以海沟为标志，海沟下面是一个巨大的逆冲带。这被称为贝尼奥夫带，它沿着俯冲的板块向下延伸，并浸入地幔。深源地震通常发生在贝尼奥夫带。在海沟向陆地的一侧是岛弧，例如阿留申千岛群岛。这些岛链与地球上最活跃的地震带有关。

第三种类型的构造运动被称为横移，当两个相邻的板块沿着所谓的转换断层相互滑动时发生。这种类型的交界处的最好的例子是太平洋板块横向研磨过北美板块，主要沿着著名的加州圣安德烈亚斯断层。圣安德烈亚斯断层在地面上几英里外都能看到。这是一个几乎连续的裂缝，从加州南部延伸650英里(1050公里)，一直延伸到加州北部海岸的Point Arena。在Point竞技场之外，它继续在太平洋下面。1906年旧金山大地震就发生在这条断层上。

尽管科学家们普遍认为，构造最不稳定的地区与缓慢移动的板块的边缘地带重合，但也不能假定大地震只发生在板块边缘。强烈地震很少发生，在板块内的薄弱地带具有同样的破坏力。

1811年至1812年冬天，美国密西西比河流域的新马德里断层沿线发生了三次里氏7.5级以上的地震。它们在与美国接壤的地区是有史以来最大的。这次地震的震级与加州最大的地震相当，而且震感范围更大。强烈地震也发生在稳定的大陆板块内。

在许多试图寻找预测未来地震的地点、时间和强度的线索的尝试中，最好的结果似乎与使用地震观测台的地震活动性研究有关。其他方法是基于探测一个地区地震记录中的空白。沿着断层的段，如果长时间没有发生位移，更有可能释放积聚的应力。

地震学家发现，在大地震之前，震中周围的环境通常会发生某些可测量的物理变化。这些变化包括断裂带的地壳变形程度;岩石膨胀的发生，即体积的增加;井中氡浓度上升。对这些变化的持续监测和密切审查有望提高预测能力。可以为一些地震易发地区绘制风险图，比如在加利福尼亚，可以监测地表断层。虽然这种方法在横冲带(如沿着圣安德烈亚斯断层)很有用，但不适用于俯冲带，在那里，贝尼奥夫带深处产生的地震活动与地表结构只有模糊的关联。

虽然地震可以通过诸如山体滑坡、海啸、火灾和断层破裂等次生效应造成死亡和破坏，但就生命和财产而言，最大的损失通常来自地面剧烈震动期间人造地表和地下结构的倒塌。地震学家经常收集大量的数据来解释地震中发生的有记录的地面运动的特征。这些知识是预测未来地震中的地面运动所必需的，以便设计抗震结构。

降低地震破坏性的最有效方法是设计和建造能够承受强烈震动的建筑物和其他结构。例如，当建议在一个地点建造办公楼时，必须考虑诸如附近断层线的几何形状和摩擦特性、地震波穿过周围地下岩石的通道以及将围绕建筑物的土壤和岩石的状况等因素。

在许多情况下，地震加速度图，速度图和模拟地震引起的位移图，被用来确定一个地点是否适合安全建造建筑物。在许多国家，经济现实通常要求建筑的建造不是为了完全防止所有的破坏，而是为了将中等地震的破坏降到最低，并确保在最强烈的地震中不会发生重大倒塌。

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