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地震知识
中小学校地震避险指南

地震预报那些事儿︱地震预报,为什么这么难?

现在人类的认知中,对于地下的了解太少了。

虽然说地震前,由于地壳应力的高度集中,地下异常现象很多,但是,现今我们无法观测到位于地下深处的这些现象。

当然,地震作为地球上主要的自然灾害之一,永远是科学家们研究的主要方向,相信终有一天,我们可以看到更多地下的秘密。

地震预报仍是世界难题?

社会发展到今天,人们登上距离地球38.4万千米的月球,去见“嫦娥姐姐”已经不是一个梦想;乘飞机去遥远的地方已经是一种主要的交通工具;天文学家们利用太空望远镜可以直接观测到遥远的行星。但是在地球内部,人们还只能修建几米深的地下车库;最多深入到几十米的地下商场、数千米的矿井。由于现在科学水平有限,人们能到月球上取回岩石,但还无法得到地球内部数十千米深的岩石。所以,地震的喜怒无常总让我们感到出其不意,真可谓是上天容易入地难啊!

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这就是为什么可以做天气预报,而不能做地震的预报,从科学的角度上讲,地震的预测和天气预测是两个完全不同的问题,地震发生的复杂性要比刮风下雨多出很多的难度系数。至今,地震与其他事件预测相比,面临着一系列特殊的困难。

地震发震机制不明。地震一般发生在几千米到数十千米的地下,而当今世界上最深的钻井只有12千米。人们对地下发生的变化,目前只能依靠在地表上建立的地震台站观测的资料,来推测地下发生的变化,所以这种推测很不唯一。

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地震孕育的复杂性。地震预报的研究对象,是发生在地下深处的复杂地质—地球物理过程,目前既看不见也摸不着。通过专家们的不断研究,地震是地球上规模宏大的地下岩体破裂现象,其孕育过程又跨越了几年、几十年,甚至更长时间,而且地震的孕育、发生、发展过程十分复杂,地震类型也十分复杂。在不同的地理构造环境、不同的时间阶段、不同震级的地震,都会显示出相当复杂的孕育过程。这个是很难在实验室或者野外进行模拟试验的,也很难用经典物理学从本质上加以描述。所以在地震预报中经常会遇到“震无常例”的困难。

地震发生的概率性小。大家都能从电视上看到,全球每年都有地震发生,但对于一个地区来说,强烈地震可能是几十年、几百年或者更长的时间才能遇到一次。对于不同地区,甚至不同时期的孕震过程,机理差异也很大,要进行研究的话是要有统计样本,而这个样本的获取,在一个人的有生之年是非常困难的。

所以,地震预报仍然面临着长期艰苦探索的科学历程,是地球科学的一个宏伟的科学研究目标。对于目前的科技水平来说,地震预报专家只能对某些特殊类型的地震做出一定的预测,至今还不能预测大部分地震,尤其是大家关心的短期预报、临震预报成功率还是很低的。以上情况决定了地震预报目前仍是世界性科学难题之一。对此,仍有很多地震学家在执着地进行地震预报的科学研究,相信总有一天会攻克地震预报难关的。

地震预报那些事儿︱什么是地震预警

2008年6月14日早上8点43分,日本东北部的岩手县和宫城县发生里氏7.2级地震,日本的紧急地震速报系统检测到了震源地的纵波,提前10秒钟,在部分地区实现了由电视等媒体发布的地震预警。例如,古川第三小学就因为安装了速报预报装置,在地震前10秒钟,校内就响起了地震预报广播,正在上课的学生们在老师的指导下,马上跑到了附近的安全地带。这个事例告诉我们,在地震预报不过关的情况下,面对地震灾害不断发生,一些多地震的国家利用高科技手段,积极开展地震预警系统建设,为人类减轻地震灾害带来了一缕曙光。

那么什么是地震预警?

地震预警的概念

地震预警是指在地震发生后,根据地震波传播速度小于电磁波传播速度的特点,利用电子信号抢在地震波传播到之前,和地震波“赛跑”,来赢取提前预警的时间,向地震发生地提前几秒乃至数十秒发出警报,让人们迅速撤离。原理简单来说就如同打雷闪电,我们一般是先看见闪电,几秒后听见打雷。其实,打雷和闪电是同时发生的,只不过光速比声速快而已。

“预警”与“预报”的区别

从上面的定义可以看出,地震预警不是通常所说的地震预报,二者的根本区别是:地震预报是对尚未发生、但有可能发生的地震事件先发出通告,而地震预警是破坏性地震已经发生,而对即将到来的灾害抢先发出警告并紧急采取行动,从而防止或减少地震带来的灾害。

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地震预警的原理

目前,实现地震预警有三种基本技术途经:一是利用地震波和电磁波传播的速度差异;二是利用地震波本身在近处传播时纵波(P波)与横波(S波)传播速度的差异;三是利用致灾地震动强度阈值。

▲我们知道,电磁波的传播速度是每秒30万公里,而地震波最快的传播速度约是每秒6000多米,显然地震波的传播速度要慢得多。当强震发生后,在震中附近的地震监测台首先收到了地震波,这时立刻用电子信号向远处地区发出报警,于是在地震波还没有到达,远处地区就知道发生了地震,可立即拉响警笛或采取切断电源、关闭气阀等措施,减轻人员伤亡和财产损失。

▲纵波与横波都是地震波,为什么要利用它们的传播速度差异进行预警呢?这是因为横波造成的地震灾害要比纵波大得多,而传播速度又比纵波慢,从而可以利用它们之间的时间差发出警报信息。但是,纵波与横波传播速度的差异较小,纵波约每秒6公里,横波约每秒3.3公里,而且距离震中越近,时间差就越小,发出预警信息就更难。

▲如何利用致灾地震动强度阈值来实现预警呢?核电站通常采用这种方法,通过建立地震动监测系统,当地震动幅度超过给定的阈值时,监控器报警并采取紧急措施,安全停堆,从而防止核泄漏。墨西哥、日本、罗马尼亚等国家的一些重大工程,如水坝、核电站等都已建立了地震预警及处置系统。

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总体来说,建立地震预警系统的地区有以下三个特点:一是地震发生频繁。如日本、台湾、墨西哥和美国加州都位于太平洋地震带上,地震活动比较频繁;二是有较强的经济实力。地震预警系统对地震台网有严格要求,而且需要与相关行业和部门合作开发,如电视台、铁道部门、工厂、医院等等,都需要装备相应的警报终端,才能发挥预警系统的功效,因此预警系统的部署成本很高;三是设防区域小,预警价值高。日本、台湾面积偏小,美国的地震预警系统主要在旧金山周边区域。而且,这些防御区域经济相对发达,高科技产业密集,人口密度也大。

地震预警的局限性

尽管地震预警为人类减轻地震灾难带来了一束曙光,但就地震预警的原理而言,又有其必然的缺陷,具体有以下两点:一是受预警范围和时间的限制。预警系统的原理决定了其提供的应急时间是有限的,一般在10秒左右。在这段时间内,我们可以停止高速列车、从电梯撤离、终止或保护关键仪器和设备、将人员撤离到安全地带等,但也仅限于此,不能把预警的作用一味夸大。越是接近震中,能提供预警的时间就越短,甚至预警与强地震波几乎同时出现;离震中越远,提供的预警时间越长,但意义也随之削弱;二是迟报、不报或误报。目前,这种系统还处于发展阶段,地震预警因为求“快”,对地震大小、震源等信息的判断不一定完全准确,存在很多迟报或不报等情况。但是,由于地震预测、预报尚处于科学探索阶段,特别是短期与临震预报的水平与社会需求仍相距甚远。相比之下,地震预警的时间虽短,但其准确率却相对较高。

现在,地震预警系统大体上仍处于摇篮阶段,但发展中的这种系统还是十分有效的。例如,墨西哥城于1991年8月建立了向公众发布地震警报的地震预警系统。1995年,格雷罗地区发生7.3级地震,地震预警系统在地震波到达墨西哥城前72秒发出地震警报,为地震紧急处置赢得宝贵时间,大大减少了墨西哥城的人员伤亡和经济损失。而日本则早在20世纪50年代,开始建立铁路系统紧急地震监测和预警系统,是世界上最早建立实时地震预警系统的国家。日本的国家地震预警系统也于2004年试运行,当年10月,日本新澙发生7.0级地震,地震预警系统即有效运行,从而减少了人员伤亡和财产损失。

我国是作为墨西哥、日本之后第三个具有公众地震预警技术能力的国家。我国于2010年开始地震预警系统的技术攻关,2011年建成福建省地震预警示范系统,2015年6月批准启动《国家地震烈度速报与预警工程》,2018年6月批准项目初步设计方案,目前项目正在建设中。计划于2022年底完成全部工程建设和试运行。

科普︱人类有办法控制地震吗?

长期以来,人类对地震所造成的灾害,总是处于被动防御的地位,能否将对地震灾害的被动防御,转化为主动根治呢?这是一个具有十分重大现实意义和历史意义的科学课题,也是全人类共同的期盼。

随着地震观测技术的发展,科学家们发现,修建大水库、油田向地下注水开采石油、地下核爆炸等均能引起小地震,这给科学家研究控制大地震活动打开了一扇窗户。例如印度的柯伊纳水库,1962年建成之前,水库所在地区从来没发生过地震,当蓄水量还没达到总库容量的一半时,小震便频繁发生了,最大震级达6.5级。美国的雷克来德水库从1935年到1937年,共发生了100多次地震。赞比亚与津巴布韦交界处的卡里巴水库,原是无震区,但自1958年水库建成蓄水以来,仅5.1~6.1级地震就发生了9次。目前,世界上已有20多个国家的50多座水库发生过水库地震。我国有10座水库发生过5级左右的地震,湖南省邵东县南冲水库在1974年曾连续发生了8次地震。广东省河源新丰江水库,自1959年10月建成蓄水后,在11月就开始发生小震,1960年以后每天发生几十次小震,1962年3月19日在距大坝一公里处发生6.1级地震,震中烈度达8度。此外,河南省的丹江口水库和辽宁省的参窝水库等,都是国内有名的多地震水库。

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水库

往地下采油和注水也能引起地震。1962年3月,美国丹佛韦落基山军火工厂向地下3600多米深处灌废水,引发了1500多次小地震,废水灌得越多,地震也就越大。这是世界上发现最早的注水地震,引起了很多地震科学工作者的关注。不少国家进行了注水诱发地震实验,证明注水地震发生是有条件的,只有在断层应力易于集中的地段才能发生。例如,我国华北平原的任丘油田,1977年初采时用注水驱动方式采油,1978年采油区便不断发生2~3级有感地震。这是因为大规模的采油或注水,使油田的应力状态和岩石性质发生剧烈应变化而引起的。

核爆炸也能引起地震。原因是地下核爆炸是高能量的爆破,产生短暂而巨大的压力脉冲,使岩体和断层发生位移而造成地震活动的。1966年开始,美国在内华达州进行了5次地下核爆炸,每次都引起小地震;1968年再次进行再次巨大的地下核爆炸,引起了几千次小地震,半个多月后才逐渐平静下来;1971年美国进行的“坎尾金”核爆炸(相当于500万吨梯恩梯炸药),引发4.9级地震,是目前最大的核爆炸引发的地震。

综上所述,既然水库蓄水、深井注水和地下核爆炸可以引起岩石层产生小的断裂活动,把累积的地应力能量释放出来,那么在地下累积着巨大应力有可能发生大地震的地区,用注水或爆炸的方法,使巨大的地应力化整为零,以千万次小地震的形式分散释放出来,不是就可以避免大地震灾害了吗?人们不就从被动的防御,转为主动控制了吗?

为此,科学家们进行了大规模的试验。1969年至1973年,美国科学家在丹佛兰吉利油田,向地下交替进行注水和抽水试验,注水时发生小地震,抽水时小地震就停止了;1970年,日本在松代油田、我国在胜利油田也进行了同样的试验,都得到了相同的结果。所以,在孕育着大地震的地区,用注水和爆炸的方法化大震为小震,是有一定科学根据的。但这些方法还很不成熟,特别是在技术上还办不到,然而它们为我们今后的努力指明了方向,同时也给人们战胜地震灾害增加了信心和力量。

科学总是慢慢向前发展的,许多年以前在人们看来不可能实现的事情,而如今来看都已经成为了现实。相信在无数科学家的努力下,地震这一不可预测和无法控制的科学难题,在不久的将来一定会找到破解的好办法。

地震预报那些事儿︱我国地震预报的发布

地震预报的发布是一项涉及人民生命财产和社会安定的大事,为此,我国对地震预报的发布特别重视和谨慎。为了加强对地震预报的管理,规范发布地震预报的行为,1998年12月17日,国务院发布了《地震预报管理条例》。条例规定,一个完整的发布地震预报过程包括四个程序:地震预测意见的提出、地震预报意见的形成、地震预报意见的评审和地震预报的发布。

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◆ 地震预测意见的提出与地震预报意见的形成。地震预测意见属科学行为,它必须是依据真实、可靠的资料通过科学分析得到的,绝非是无根据的主观臆测。任何单位和个人都可以提出地震预测意见,但必须上报县级以上地震工作部门或机构,而不得向社会散布。地震预报意见只能由县级以上地震工作部门或机构,通过召开地震会商会的形式产生。

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◆ 地震预报意见的评审制度。由于地震预报发布属政府行为,不仅要考虑地震预测中的科学问题,而且要考虑与其有关的社会、经济影响。各级地震工作部门或机构作为同级政府主管地震工作的职能部门,在向政府报告地震预报意见的同时,必须提出相关的防震减灾工作部署建议。为此,有必要建立地震预报的评审制度,但紧急情况可以不经评审。地震预报的评审工作规定由国家和省级地震工作部门组织。

◆ 国家对地震预报实行统一发布制度。地震短、临预报只能由省级人民政府发布,但考虑到我国地震预报的现状,特别是近几年来对一些中强地震做出有减灾实效的发布短临预报的实例,特别授予市、县人民政府可以发布48小时之内的临震预报的权限。但这个特别授权只能在已经发布地震短期预报的地区。

此外条例规定,从事地震工作的专业人员违反条例规定,擅自向社会发布地震预测意见、地震预报意见及评定结果的,依法给予行政处分;对制造地震遥言、扰乱社会正常秩序的,依法给予治安管理处罚。

地震预报那些事儿︱我国的地震预报

地震预报是向社会公告可能发生的地震的时间、地点、震级范围等信息的政府行为,是防震减灾工作的基础。我国的地震预报研究和实践以邢台地震现场工作为起点,经过几代地震工作者的辛勤努力,既有预报成功的喜悦,也有预报失败的阵痛。

1966年3月8日至3月22日,河北省邢台先后发生6.8级和7.2级地震,造成重大人员伤亡和财产损失。周恩来总理三次视察地震灾区,并向科学工作者发出了“希望在你们这一代解决地震预报问题”的号召。全国约有54个科研单位,2600余名科技人员来到邢台震区,利用各自的学科优势,在尚无经验可借鉴的情况下,开展地震预报探索。

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邢台市隆尧县地震纪念碑

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周总理视察邢台地震灾区

在各级政府的重视支持下,震区群众纷纷建立以地下水和动物为主要观察对象的测报点,参加观察活动的不仅有农民,还有干部和中小学师生,形成了一支人数众多的业余测报队伍,这就是我国地震群测群防工作的伊始。我国的地震预报工作由此在地震废墟上起飞。一支“专群结合”的地震预报队伍,在邢台地区建立了一批地震前兆观测台站,使用20余种方法进行观测,取得了一批有价值的观测资料。他们紧紧抓住这些经验性认识不放,本着实践第一的原则,边观测、边研究、边预报,探索从观测资料中排除干扰,提取信息,进行地震预报方法与途经的实践,为地震预报思路的形成和地震预报的成功实践奠定了基础。

70年代,地震预报有了很大的发展。在这个阶段震前波速比等观测资料变化增强了人们的信心,提出了相应的地震孕育模式。尤其是在1975年对海城7.3级地震成功的预报,降低了损失,震惊了世界,大家似乎认为,攻克地震预报难关已为期不远了。然而,正当我国地震工作者为海城地震预报成功而欢心鼓舞之时,1976年唐山大地震的发生,使人们从辉煌的顶峰一下又跌落到了黑洞洞的深渊。经过科学总结与反思,他们较为清醒地认识到,地震前兆变化是多样的和复杂的。某些观测资料的异常变化与地震之间无必然的联系,地区的不同,地震类型的不同,可能出现不同的情况,甚至在同一地区不同地震所造成的观测资料变化也是截然不同。这种情况促使地震工作者对地震预报研究与实践进行重新评估,充分估计地震预报所面临的困难,从多方面探索地震预报的途径。

80年代到现在是地震预报的第三个阶段,主要是部署先进的地震观测系统与相应的分析处理系统,使得地震台网监测工作实现了数字化、网络化、集成化,提高了观测的精度,丰富了观测信息,实现了数据的实时传递和共享,在地震的速报及分析预报中发挥着重要的作用。同时在预期可能发生强震地区,加强布设高密度高灵敏度的地震观测台网,加强震情短临跟踪工作,强化地震观测与分析,进行地震预报实验。

在取得大量现场震例和实际经验的基础上,通过对孕震过程和地震前兆的深入研究,逐步发展带有中国特色的地震预报方式,形成了“长、中、短、临”的阶段性渐进式地震预报科学思路和工作程序,即地震的孕育、发展和发生是一个系统演化过程,这个过程的不同阶段则显出不同特征的前兆异常,从而有可能依据孕震过程中不同阶段所表现出的具有阶段性特征的前兆异常,开展阶段性地震预报。其中长期预报是数年至一、二十年的地震形势预测;中期预报是1年至数年内地震危险区及其地震强度预测;短期预报是震前半个月至数月的地震预报;临震预报则是几天至十几天的地震预报。

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我国探索总结出长、中、短、临渐进式地震预报工作思路

虽然从根本上说,我国与世界各国一样,当前的地震预报尚处于低水平的探索阶段。而且与日本、美国等国相比,在地震观测技术、仪器设备、通讯技术、数据处理技术等方面仍有差距。但在震例资料、观测到的前兆现象和积累的地震预报经验上是其他国家无法比拟的。在总结预报经验的基础上,我们进一步研究了地震预报的判据、指标和方法,建立了一套地震预报的震情跟踪技术程序,把地震预报向实用化方面推进了一大步,而其他国家只停留在研究或在个别地区以实验场的方式进行实验。

总之,我国目前的地震预报水平和现状大体可这样概括:

对地震孕育发生的原理、规律有所认识,但还没有完全认识;

能够对某些类型的地震做出一定程度的预报,但还不能预报所有的地震;

做出的较大时间尺度中长期预报有一定的可信度,但短临预报的成功率相对较低,特别是临震预报。

实现成功的地震预报,是全人类的共同愿望。可以说,道路是曲折的,前途是光明的,需要我们一代又一代的地震工作者竭尽全力的为之奋斗。

地震预报那些事儿︱我国成功的地震预报

根据1966年邢台地震的预报经验,我国于1972年开始实行了一年一度地震趋势会议会商制度,集中各学科的专家对孕震过程和地震前兆深入研讨,提出下年度和未来一段时期的地震趋势意见,逐步形成了具有中国特色的地震预报方法,即“长、中、短、临”渐进式地震预报的科学思路和工作程序。我国的地震预报已居于世界先进行列,曾成功地对海城等几次大地震做出了短临预报,经联合国教科文组织评审 ,作为唯一对地震做出过成功预报的国家,被载入史册。

1、海城地震

1975年2月4日19时36分06秒,在辽宁省海城、营口一带发生了7.3级地震,震中烈度9度,死亡人数1328人,经济损失8.1亿人民币。由于我国地震部门对这次地震做出了成功的预报,当地政府及时采取了防震措施,使地震灾害大大减轻,伤亡的人员多为老、弱、病、残和不听指挥的人。这在我国第一次,也是世界上罕见的预报成功的地震。据推测,如无预报,人员伤亡将达15万人左右,经济损失将超过50亿元。

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海城新华影剧院发布的因地震改放露天电影的通知

邢台地震后,华北地区强震活动逐步北移的形势引起了人们的高度关注,在1970年召开的全国地震工作会议上,决定将辽宁列为全国重点地震监视区。1974年7月,在渤海地震协作区联防会上,明确提出:营口、大连等地是近期发生破坏性地震危险性较大的地区,务必做好捕捉大震的准备。1974年12月至1975年2月初,辽南地区地震台站与群众测报点发现大量异常,如:地下水的变化和穴居动物的异常反应越来越多,出现异常的范围逐渐扩大,分布比较集中的地区是丹东、营口、海城、盘山、锦县一线以及鞍山、辽阳一带,并向东北方向延伸。同时,小震活动增多,尤其是营口石硼峪地震台,自2月1日起记录到数以百计的小地震,辽宁省地震部门于2月3日深夜,写出可能要发生一次较大地震的紧急报告。2月4日上午8时,辽宁省政府立即中止了正在召开的常委扩大会议,专题研究防震问题,一致同意发布地震预报意见。上午10时30分,省政府又向有关部门发出通知,要求广泛发动群众,采取具体的防震措施。在辽南地区人民有一定准备的情况下,2月4日19时36分,海城发生了7.3级强烈地震。

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海城地震的预报成功,成为人类防震减灾史上光辉的一项,极大地鼓舞着地震工作者攻克地震预报难关的信心。

2、孟连地震

1995年6月30日、7月10日、7月12日在云南省西部孟连中缅边界连续发生了5.5级、6.2级和7.3级地震。云南省地震局依据多年预报经验,狠抓短临跟踪,对这一组地震做出中期、短期和临震三步成功预报。

在地震前兆观测中期阶段,地下水位异常信息较多,部分地形变变化巨大。短期阶段前兆观测异常项目迅速增加,而在临震阶段异常现象出现“巨变”,数量突然减少。根据以往震例,这样的类似异常,可以对应的是7级以上的地震。由于中短期异常的配套性、协调性较好,沧源地震台记录的5.5级、6.2级地震序列的P波初动一致向下,与海城地震有极好的相似性,加之该区历史双震较多,双震间的时间间隔一般不超过3天,使预报人员能及时判定6.2级后3天内,有再次发生强震的危险,并及时报告给地方政府。孟连县政府根据短临预测意见,立即发布临震预报,迅速将群众从危房中撤离,结果在7月12日凌晨5时11分发生7.3级大震。由于采取了防震措施,大大降低了人员伤亡和财产损失。这次短临预报的成功,受到了云南省政府和国家地震局的表彰和奖励。

3、伽师地震

1997年1月21日新疆伽师县发生6.3级、6.4级地震,之后5级以上地震连续发生,至1997年6月16日,共发生6级以上地震7次,最大震级为6.7级。这种在4至5个月内连续发生如此多的6级以上强震群现象,为国内外所罕见。新疆自治区地震局的科技人员严密监视震情,认真分析该强震序列的变化特征,发现前兆台站观测到地磁、地倾斜等异常,4月5日又在异常增加的基础上突然平静。北京工业大学、中国气象局和地壳应力所专家,根据多种观测资料和研究工作,预测一周内伽师地区可能发生7级左右地震。新疆自治区地震局及时抓住这些短临异常,于4月5日下午召开紧急会商,作出一周内伽师地区可能发生6级地震的预报,并迅速报告给县政府,由县政府发出了短临预报,伽师县15万群众当夜撤离危房。第二天凌晨发生6.4级、6.3级地震,倒房1000余间,但无一人死亡。此预报受到党中央和新疆自治区政府的表彰。

尽管地震科技人员为地震预报做出了不懈的努力,也成功的预报了一些地震,地震监测手段和仪器进步神速,地震预报研究也有了长足的进步,但地震孕育过程极其复杂,使地震预报,尤其是短、临预报,目前仍处于经验性预报的探索阶段,仍是世界性科学难题,这需要我们一代代的地震工作者们为之奋斗,使地震对人类的危害降低到最低。

城镇社区地震安全知识图解

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意见征集:测测地震知识普及,评评防震减灾服务

44年前的7月28日

一场7.8级地震撕裂了唐山大地

成了国人心头恒久的伤痕

 

生命面前

“大地震”不再只是简单的名词

更是人类敬畏自然、敬畏生命的警钟

 

铭记是为了更好地前行

了解地震基本知识、树立科学防震减灾意识、掌握应对地震的技能

应该引起我们每个公民的重视!

 

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居家防疫期间如何做好地震安全准备(动画版)

居家防疫期间如何做好地震安全准备

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认识地球 ︱ 板块边界多地震

1967年,美国普林斯顿大学的摩根、英国剑桥大学的麦肯齐等人,把“海底扩张学说”的基本原理扩大到整个岩石圈,并总结提高对岩石圈的运动和演化的总体规律的认识,形成了新的板块构造理论。这一理论认为地球的岩石圈不是整体一块,而是被一些断裂构造带比如海岭、海沟等分割成许多的单元,这些单元叫做板块。全球的岩石圈可以分为六大板块,即太平洋板块、印度洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块,其中只有太平洋板块几乎完全在海洋,其余板块均包括大陆和海洋,板块与板块之间的分界线是海岭、海沟、大的褶皱山脉和大断裂带。每个大的板块又可以分为许多小的板块,这些板块漂浮在软流层之上,处于不断运动之中。

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世界六大板块分布图

如果把世界地震的分布和全球板块分布相比较,我们可以明显发现两者非常吻合。据统计,全球有80%的地震发生在板块边界上,这是不是就说明板块运动过程中的相互作用是引起地震的重要原因呢?

一般说来,板块内部比较稳定,两个板块之间的交界处,是地壳比较活跃的地带,火山、地震也多集中分布在这一带。板块彼此碰撞或张裂,形成了地球表面的基本面貌。在板块张裂的地区常形成裂谷或海洋,如大西洋、东非大裂谷等就是这样形成的。在板块碰撞挤压的地方,常形成山脉,喜马拉雅山脉就是亚欧板块和印度洋板块碰撞产生的。地球上的海陆形成和分布,陆地上大规模的山系、高原及平原,主要都是地壳板块运动的结果。

其实对于科学家来说,地球还蕴含了许多奥秘,等待着去探索发现。而地质结构也并不是一个容易被解开的问题,每一点小小的发现都会让我们的科技有着巨大的进展。

认识地球 ︱ 海底扩张提供动力

1960年,赫斯教授大胆提出海底运动假说。他认为,洋底的一切运动过程,就像一块正在卷动的大地毯,从大裂谷的两边卷动(大裂谷是地毯上卷的地方,而深海沟则是下落到地球内部的地方)。地毯从一条大裂谷卷到一条深海沟的时间可能是1.2亿~1.8亿年。形象地说,托起海水的洋底像一条在地幔中不断循环的传送带。因为在地球的地幔中广泛存在着大规模的对流运动,上升流涌向地表,形成洋中脊,下降流在大洋的边缘造成巨大的海沟。洋壳在洋中脊处生成之后,向其两侧产生对称漂离,然后在海沟处消亡。在这里,陆地作为一个特殊的角色,被动地由海底传送带拖运着,因其密度较小,而不会潜入地幔。所以,陆地将永远停留在地球表面,构成了“不沉的地球史存储器”。

1962年,赫斯教授发表了他的著名的论文——《大洋盆地的历史》。这篇论文被人们称为是“地球的诗篇”当中,赫斯教授以先人之见,首先提出了“海底扩张学说”。

我们知道,地球是由地核、地幔、地壳组成的。因为地幔温度很高,压力大,像沸腾的钢水,不断翻滚,产生对流,形成强大的动能。大陆则被动地在地幔对流体上移动。形象地说,当岩浆向上涌时,海底产生隆起是理所当然的,岩浆不停地向上涌升,自然会冲出海底,随后岩浆温度降低,压力减少,冷凝固结,铺在老的洋底上,变成新的洋壳。当然,这种地幔的涌升是不会就此停止的。在继之而来的地幔涌升力的驱动下,洋壳被撕裂,裂缝中又涌出新的岩浆来,冷凝、固结、再为涌升流动所推动。这样反复不停地运动,新洋壳不断产生,把老洋壳向两侧推移出去,这就是海底扩张。

tips:大洋会变宽吗

大洋不会变宽,因为洋壳不断地沿着海沟俯冲,岩石圈下面的对流循环不断地洋中脊形成的新地壳向外推移,并把老地壳推进海沟。你可以想象,洋壳削减和海底扩张的过程,就好像洋壳在一个巨大的传送带上传进传出。

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海底扩张示意图

在洋底扩张过程中,其边缘遇到大陆地壳时,扩张受阻碍,于是,洋壳向大陆地壳下面俯冲,重新钻入地幔之中,最终被地幔吸收。这样,大洋洋壳边缘出现很深的海沟,在强大的挤压力作用下,海沟向大陆一侧发生顶翘,形成岛弧,使岛弧和海沟形影相随。

“海底扩张学说”的诞生,恰好可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论。魏格纳的“大陆漂移学说”,被赫斯教授的“海底扩张学说”所代替就是情理之中的事了。20世纪60年代后,被人们一度冷落的“大陆漂移学说”又重新受到人们的重视。

认识地球 ︱ 发现大陆漂移之谜

人类诞生以后,就对脚下的大地充满了好奇,而陆地也有着无穷无尽的谜团等着人类去探索,随着新大陆的发现和人类众多探险活动的进行,地球的许多秘密已经被解开。然而,每一个新的发现都要经历漫长而曲折的过程,大陆漂移学说的诞生就是其中之一。

世界地图大家都看过,为什么有的大陆海岸线会那么吻合?非洲大陆和南美大陆就像一块巨大的七巧板可以拼合在一起。他们曾经连在一起吗?下面我们来了解一下大陆漂移学说。

早在1620年,英国哲学家、科学家培根就在地图上观察到,南美洲东岸和非洲西岸可以很完美地衔接在一起。然而培根只是将自己关于两块大陆的想法说了出来,而没有试图去寻找证据,来证实两岸曾经是相连的。

1910年的一天,年轻的德国气象学家阿尔弗雷德?魏格纳意外地发现,大西洋两岸的轮廓竟是如此相对应,特别是巴西东端的直角突出部分,与非洲西岸凹入大陆的几内亚湾非常吻合。自此往南,巴西海岸每一个突出部分,恰好对应非洲西岸同样形状的海湾;相反,巴西海岸每一个海湾,在非洲西岸都有一个突出的部分与之相对应。这难道是偶然的巧合?这位青年学家的脑海里突然掠过这样一个念头:非洲大陆与南美洲大陆是不是曾经贴合在一起,也就是说,从前他们之间没有大西洋,到后来才破裂、漂移而分开的?

这个偶然的发现,让魏格纳兴奋不已。他开始搜集大量的资料,验证自己的设想。在搜集了充分的证据后,在严谨的科学研究的基础上,终于发表了他的大陆漂移理论。他认为,所有大陆曾经连成一片,然后由于大陆漂移而分开,分开的大陆之间出现了海洋。

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大陆漂移过程示意图

然而,魏格纳的大陆漂移理论遭到同时代绝大部分地质学家的强烈抨击,因为这一学说有一个致命的弱点——动力,也就是说板块漂移的驱动力是什么?魏格纳对此的解释是地球自转离心力和天体引潮力。但是,当时的物理学家们根据魏格纳的说法进行计算后,发现利用大陆的体积、密度计算陆地的质量,再根据硅铝质岩石(花岗岩层)与硅镁质岩石(玄武岩层)摩擦力的状况,算出了要让大陆运动所需的力量。物理学家发现,日月引力和潮汐力实在是太小了,根本无法推动大陆运动。魏格纳逝世之后,大陆漂移理论也随之被人遗忘。

认识地球 ︱ 地球在加速自转吗

也许,你能感觉到其实我们的地球时刻都在转动。地球绕自转轴由西向东的转动,从北极点上空看呈逆时针旋转,从南极点上空看呈顺时针旋转,就是我们所说的地球自转。地球自转是地球的一种重要运动形式。你拿一个地球仪,把手放在左面,向右拨,这就是地球自转的模型。

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地球自转的方向

地球好比一只陀螺,它绕着自转轴不停地旋转,每转一周就是一天。自转产生了昼夜交替的现象,朝着太阳的一面是白天,背着太阳的一面是夜晚。当我们中国这里是白天的时候,处在地球另一侧的美国正好是夜晚;因为地球自转的方向是自西向东的,所以我们看到日月星辰从东方升起,逐渐向西方降落。

其实,古希腊的费罗劳斯、海西塔斯等人,早已提出过地球自转的猜想。中国战国时代就已有“天左舒,地右辟”的论述,而对这一自然现象的证实和它被人们所接受,则是在1543年哥白尼日心说提出之后。

那么,地球为什么会自转?自转的原因是什么?自转的动力从哪里获得?为什么选择现在的方向、姿态、速度自转?这些都是现代科学至今没有解决的问题。

美国国立标准技术研究所(NIST)的观察结果表明,长时期以来呈减慢趋势的地球自转速度自1999年开始加快。NIST的时间测定师们称,为调准以地球自转速度为标准的地球时间和原子时钟的时间,自1972年起到1999年的27年来,为地球的标准时钟追加过共22闰秒的时间,但1999年后却没有追加过闰秒,是因为地球的自转速度加快了。20世纪初以后,天文学的一项重要发现是,确认地球自转速度是不均匀的。人们已经发现的地球自转速度有以下3种变化:

一是长期减慢。这种变化使日的长度在一个世纪内大约增长1~2毫秒,使以地球自转周期为基准所计量的时间,2000万年来累计慢了2个多小时。引起地球自转长期减慢的原因主要是潮汐摩擦。科学家发现在三亿七千万年以前的泥盆纪中期地球上大约一年400天左右。

二是周期性变化。20世纪50年代从天文测时的分析发现,地球自转速度有季节性的周期变化,春天变慢,秋天变快,此外还有半年周期的变化。周年变化的振幅约为20~25毫秒,主要是由风的季节性变化引起的。

三是不规则变化。地球自转还存在着时快时慢的不规则变化,其原因尚待进一步分析研究。

近数十年来,地球自转减慢还与人类的活动有很大的关系,特别是人造地球卫星的发射,其反作用力让地球自转直接变慢,根据动量守恒的原理,这种因素应该是目前造成地球自转变慢的最主要原因了。所以人类为了地球的安全,发射的卫星不应该再借助地球自转的动力。

有人说,地球自转变化与南极有关。南极的巨大冰川,现在正在慢慢融化,也就是说,南极大陆的冰块在减少,重量正在减轻。这样,地球就失去了平衡,影响了自转速度。但是,这种变化是单向的,它不可能既给地球自转加速,又给自转减速。这一原动力是什么呢?有一种令大多数人信服的解释是:季风影响地球自转。有科学家计算过,每年由季风从大陆转移到海洋,又从海洋转移到大陆的空气,重量竟达300万亿吨。这么大重量的物质从地球一处转移到另一处,足可以影响地球的重心,改变地球的角动量分布,使地球自转发生加速或减速变化。

认识地球 ︱ 了解地球的“内脏”

假设我们发明了一辆能够穿透坚硬岩石的盔甲,那就让我们穿上这套盔甲,开始穿过地球各个圈层到达地心的旅行吧。在这一旅途中,我们将穿过不同的圈层:地壳、地幔、地核,每层的物质组成、温度和压力都不同。

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地球内部结构图

地心之旅首先从地壳开始。地壳是地球固体圈层的最外层,由坚硬的岩石和风化的土层组成,又叫岩石圈。如果把地球比喻成一个鸡蛋的话,那地壳就是蛋壳。地壳的厚度各地有很大的差异,大约变化于5至70千米之间。地壳基本可以分为大陆型地壳和大洋型地壳两种,前者厚度较大,平均厚度约为35千米,越往高山地区,厚度越大。我国天山和青藏高原的地壳厚度就达到65千米以上,最厚的地方可达70至80千米。而大洋型地壳厚度较小,平均厚度仅为6千米,大西洋和印度洋部分为10至15千米,太平洋为5千米,最薄处在马里亚纳海沟,约为1千米。

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地壳剖面图

地壳自形成以来,每时每刻都在运动着,这种运动引起地壳结构不断地变化。地震就是人们直接感到的地壳运动的反映。更普遍的地壳运动是在长期地、缓慢地进行着,也是人们不易觉察到的,必须借助仪器长期观测才能发觉。例如,大地水准测量资料证明,喜马拉雅山脉至今仍以每年0.33~1.27厘米的速度在上升。

当穿过地壳继续向地心前进时,我们将穿过一条界线——莫霍面,它是地壳与地幔之间的分界面。莫霍面是由奥地利地震学家莫霍洛维奇,于1909年的一次地震时意外发现的。莫霍面之下就是温度较高的地幔了,厚度为2900千米,分为上地幔和下地幔。莫霍面到1000千米深处之间为上地幔,因为其主要物质是橄榄岩,所以又称为橄榄岩带。下地幔的成分与上地幔相近,但金属氧化物和硫化物较上地幔有所增加,所以又称金属矿带。

穿过地幔就是地核,是地球的中心圈层,位于2900千米以下直到地心。还用鸡蛋来比喻的话,地幔是蛋清,地核就是蛋黄了。地核由液态的外地核和固态的内地核两部分组成,化学组成为铁和镍。

地球内部是一个极不平静的世界,地球内部的各种物质始终处于不停的运动之中。有的科学家认为,地球内部各层次的物质不仅有水平方向的局部流动,而且还有上下之间的对流运动,只不过这种对流的速度很小,每年仅移动1厘米左右。

今天探测器可以遨游太阳系外层空间,但对人类脚下的地球内部却鞭长莫及。目前,世界上最深的钻孔也不过12千米,连地壳都没有穿透。科学家只能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来认识地球内部的秘密。

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