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上帝发怒时:地震的科学

黄庭芳教授 (Photo by Tommy Cho)
黄庭芳教授(右)与地球系统科学课程助理教授杨宏峰 (Photo by Tommy Cho)
图一
图二

2011年日本东北发生地震海啸,倏忽四年,世人对当时的骇人景象仍历历在目之际,另一场灾难的影像已然取而代之。今年4月25日发生的地震令尼泊尔地动山摇,灾区传来的照片和录像尽是铺天盖地的雪崩、横飞的乱石、掩埋一切的瓦砾,历史遗迹、广场和高塔全震成一堆堆断壁残垣。

地震是怎样引起的?尼泊尔这场地震与日本东北大地震有何分别?在地震中造成最大损失的因素是什么?尼泊尔地震与其他地震相比,释放了多少能量?中文大学地球系统科学课程主任黄庭芳教授一一解答。

黄教授解释,地球表面是由不同板块组成,这些板块是在不断移动。相邻板块以每年几厘米至十几厘米的速度或移离或靠近(聚合)。两个板块聚合在一起,就极可能引发大地震。

有海水覆盖的板块(海洋板块)与没有被海水覆盖的板块(大陆板块)相比,通常较年轻、温度较低和密度较高。海洋板块与大陆板块聚合时,密度较高和较重的海洋板块被迫往下沉,即隐没到大陆板块之下,并把大陆板块某部分陆地推高,在此过程中在两个方向都形成潮汐波(海啸)。这是2011年日本地震发生的情况。地震通常就是这种板块碰撞导致的隐没作用引起。(图一)

但是,如果两个密度大致相同的大陆板块互相靠近(碰撞),由于密度相当,不会造成一方隐没,因此两者互相推挤角力,就会令一部分陆地上升。高海拔的山脉就是这样形成。板块隐没时会造成一道裂口或缝隙,大陆板块碰撞造成的地壳现象则更为复杂和分散,碰撞会形成一道更为广大和形态不定的缝线,上面满布高危地点。尼泊尔处于印度板块和欧亚板块互相挤压之处,从大约四千至五千万年前开始,就以每年约五厘米的速度互相推挤摩擦。在连接两板块的缝合带上,不同地点均曾录得大型地震。(图二)

地球板块运动不论是隐没型还是碰撞型,能量积累至一定程度就必须释放。这时候,我们所站立的土地开始摇晃,令我们惊惧失措。

尼泊尔7.8级地震释放的能量,相当于五百六十亿千克炸药的威力。2008年四川8级地震所释放的能量则再多一倍。这是因为能量和地震级数呈对数关系,地震震级每增加0.2级,释放的能量就高一倍。

log E = 4.8 + 1.5Ms

不同级别地震的能量

以黎克特制表示的各级地震之间的能量差异:

相差0.2 ~ 能量变成两倍

相差0.4 ~ 能量变成四倍

相差0.6 ~ 能量变成八倍

相差1.0 ~ 能量变成三十二倍

相差2.0 > 能量变成一千倍(32 x 32 = 1,024)

相差4.0 > 能量变成一百万倍(324 = ~ 1,148,576)

© Brooks/Cole, Cengage Learning

2011年日本东北大地震达9级,比尼泊尔地震高1.2级,这表示它释放的能量是其六十四倍。在有纪录的历史上,最大规模的地震是1960年发生在智利的一场,强度达9.5级,释放能量几乎等于这次尼泊尔地震的四百倍。

无坚不摧的地震在尼泊尔歴史上并不少见。1934年,一场8.1级地震袭击加德满都谷,百分之二十的房屋被夷为平地,百分之四十受损。事实上,在上月这场地震发生前两周,一些世界顶尖的地球科学家就在加德满都开会,预估下次超强地震来临时这个国家的易损性。很不幸,大自然比科学家抢先一步。

4月25日的尼泊尔地震几乎是2005年巴基斯坦喀什米尔7.6级地震的翻版,那次地震有八万七千人罹难。喀什米尔的损失大多是由建造草率和保养差劣的基建设施解体引致。即使地震科学有长足的进步,但预测地震周期的准确度,往往有几年甚至几十年的误差。但是人们从历次地震学得教训(这些教训的代价有时候是宝贵的人命),我们知道即使资源紧绌,还是有不少工作可以控制或减少地震的破坏。黄教授说:「令这么多人死的不是地震,而是建筑物倒塌。」

中大地球系统科学课程采取系统学习模式,从大气、土地、水和生物四个领域了解地球,并探讨人类活动对地球的影响。这个学习模式是基础,用以探讨和解决全球气候变迁、空气与水污染、自然灾害、生物多样性、能源和可持续发展等问题,而这些问题是该课程结构和研究的重点。

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