什么是地震的震级和烈度?是否能像预测天气预报那样预测地震?

作者: 张丽君

来源: 《科学世界》

发布日期: 2023-12-21 18:30:30

本文详细解释了地震的震级和烈度的区别,以及当前地震预测的现状和挑战。震级反映地震的能量大小,烈度反映地震对地面和建筑物的影响程度。虽然目前无法精确预测地震,但科学家们正在通过监测地壳变化等方法,逐步提高地震预测的可能性。

什么是地震的震级和烈度?是否能像预测天气预报那样预测地震?

当发生地震时,地震局会发布地震的震级和烈度通告。这也是我们判断地震严重程度的重要指标。那么,地震的震级和烈度有什么不同之处?地震又是否可以像天气预报一样可以提前预测呢?

震级所表现的是地震能量的大小,而烈度则指地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。一次地震只有一个震级,而各地的烈度却各不相同。

震级有不同种类表现地震规模大小的震级,是根据地震计的记录(最大振幅或地震整体波形)计算得出的。里氏震级于1935年提出,是目前国际通用的地震震级标准,通过仪器检测到的地震相关数据计算出来的震源处地震的大小。但是这种衡量方法得出的数据有个很大的缺陷,它与震源的物理特性没有直接关系,使得一些强度明显不同的地震在用传统方法计算后,得出的里氏震级却一样。

目前,科学界认为最为标准的震级标度是“矩震级”(Mw)。为了推算出震区岩盖会在多大的范围内、发生什么程度的错位,必须要更为精确地表现地震的规模。但是矩震级也存在着不足,比如“无法对小规模地震进行计算”,“计算量太大,以至用计算机也要花费十多分钟”等。

震级每提升1级,释放的能量就大约增加32倍;提升2级,释放的能量就将增加约1000倍。

另外,地震的发生频率与震级成反比,即震级每减小1级,该级别地震的发生频率就比上一级大10倍。烈度由人体的感觉决定烈度表示的是地震对某地的地面和建筑物的影响或破坏程度。在同一次地震中,因为各种因素的差异(比如震区各地与震源的距离不同,或该地地壳发生晃动的难易程度不同等),烈度也会有所不同。中国地震局发布的地震烈度共分12个等级。

决定地震烈度的评定指标,包括人的感觉、房屋震害程度、其他的震害现象和地震相关的参数。例如“人在室内能感到晃动,悬挂的电灯也在明显地摇晃,所以烈度为4度”。在1996年之前的将近120年的时间里,人们是以人的感受来划分地震烈度的级别的。对同样的烈度来说,每个人的感受不一定会完全一致。

在1990年左右,科学家们用地震计(加速度计)测定出大地震动的加速度数值,并用加速度值与体感烈度的对应关系计算出地震烈度。这样一来,便可在多个观测点布设仪器进行记录,得到各个地区内的详细烈度。地震引发的晃动,会因为不同区域里的地壳内部结构状况的不同而有所变化。因此,就算是在看起来离震源很近的地方,烈度也有可能低一个等级。

与震级表现地震的规模相对,烈度反映各地的晃动程度。

一般来说,离震源越远晃动越弱,烈度也会随之变小。但各地地壳内部的情况不同,有些地方较容易发生晃动,所以有可能出现与震源距离相同的两个地方,烈度却不同的现象。所谓的地震“预测”,就是对何时、何地、以何种规模发生的地震做出预先通告。目前还没有能够确切预报地震的方法,将来能够进行严格意义上的精准地震预报恐怕也并不现实。这是因为地震发生的过程,或者周边因素连锁反应导致地震的影响过程非常复杂。

对于地震来说,稍许的条件变动,都可能影响结果产生巨大改变,这是一种“混沌”的性质。同时,在现实中是不可能完全掌握所有条件的。以前曾经认为,如果能够完全重现过去大地震的发生周期的话,就有可能对下一次地震进行预测。但是,随着研究的深入开展,研究人员深深地感到这种预测难以做到。

其实并不然。以天气预报为例,对于造成天气变化的原因我们并不完全了解(各种模型与方法并非十全十美)。

此外,对时刻变化的气温、气压、风向、湿度等条件也不能做到完全周密的观测。所以天气预报只是实现了某种程度上的准确性。利用观测到的各种条件模拟天气变化时,会将各个条件稍作变动得出不同的预测结果,再对预测结果的平均值及偏差程度等进行统计处理,便可预测出未来最有可能发生的景象。同理,应该有用于预测地震发生可能性的方法。天气预报基于气温和气压的监测数据,地震则关注地壳变化和孔隙水压等数据。

需要持续监测与地震相关的板块边界的黏着情况、滑移状态等。地壳变化的数据尤为重要。比如说通过监测慢滑移来观察地壳的变化。在这一阶段的预测,有可能认为地壳变化将一直持续进行,直到有地震发生;也有可能认为地壳变化将呈停滞状态。此后对地壳变化继续实时监测,如果得到新的数据,就能知道针对初始阶段的预测“答案”是否正确了。

反复这样的步骤,便能从诸多“可能会发生的预测结果”中,挑选出在某种程度上最有可能发生的“脚本”。也就有可能给出“地震发生的概率上升”这样的预报提醒。即使要达到这一初步的层次,仍有很多课题需要解决。但已然成为事实的是,如今我们已经踏上了通往实用的地震预测之路。

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