地震是如何形成的以及如何测量其震级

地震是全球常见的搜索话题，每当显著震动登上头条新闻时，人们的兴趣就会激增。两个问题最常被提出：是什么导致地面震动，以及随后报告的震级数字究竟意味着什么。这两个问题的答案都源于美国地质调查局(USGS)等机构和地震学研究联合体(如IRIS，地震学综合研究机构)几十年的地震学记录。

是什么导致地震

根据USGS的说法，地震是由断层的突然滑动引起的。地球的地壳被分为大的构造板块，这些板块在不断地缓慢运动。在板块相遇的地方，摩擦力使它们的边缘粘在一起，即使板块继续推动。USGS以加州的太平洋板块和北美板块为例：它们沿着圣安德烈斯断层以每年大约两英寸的速度相互摩擦，这条边界长度超过650英里，深度超过10英里。

当断层边缘保持粘合时，板块继续运动，这会弯曲并对两侧的岩石造成应力。储存的能量不断增加，直到最终超过将断层固定在一起的摩擦力。当断层"解开粘合"时，粘合的岩石会突然弹回到应力较小的位置，储存的能量以地震波的形式向外辐射，USGS将其描述为像"池塘中的涟漪"一样扩散。

并非每条断层都以相同的方式随时间演变。USGS指出，在某些地区，断层通过近乎恒定的缓慢运动来移动，通过频繁的小震释放少量应力。在缓慢运动不恒定的地方，应力可能会在几十年或几个世纪内累积，然后一次性释放，产生更大的地震。

震源、震中和地震波

根据USGS的说法，地震开始的地表以下的点称为震源或焦点；直接在其上方的地表点称为震中。从震源出发，两种主要类型的波向外传播：P波压缩和拉伸其传播方向的岩石，首先到达监测站；S波使地面左右摇晃，在P波之后到达。USGS解释说，这两种波类型在不同地震仪站到达的时间差使科学家能够计算出地震发生的距离。

当今如何测量震级

根据USGS的说法，震级描述的是地震源处的地震大小；一个地震只有一个震级值。这与烈度不同，烈度测量特定位置的震动强度，可能因震中距离、深度和当地地质条件而异。IRIS将震级比作灯泡的瓦数，将烈度比作距离灯泡不同距离处感受到的亮度。

根据密歇根理工大学的说法，公众最熟悉的震级标度里克特量表是由地震学家Charles F. Richter在1934年开发的。它从在特定类型地震仪上记录的最大波的振幅计算震级，并根据到地震的距离进行调整。USGS指出，这种方法不能准确测量非常大的地震：有些事件被低估，有些被高估。

地震学家现在主要使用地震矩标度(Mw)，USGS和密歇根理工大学将其描述为首选，因为它可以准确地适用于各种规模的地震，并且在全球范围内都适用。地震矩标度是从一个称为地震矩的物理量推导出来的，计算方式为岩石的刚性乘以滑动的断层面积乘以断层移动的距离。从地震图数据和地质测量估计的这个矩值，然后被转换为公开报告的震级数字。

为什么每个整数都那么重要

震级标度是对数的。USGS和密歇根理工大学都指出，每增加一个整数对应于地震仪记录的地动振幅增加十倍，以及释放的能量大约增加32倍。密歇根理工大学给出了示意性的能量比较：1级地震释放的能量大约相当于6盎司的TNT，而8级地震释放的能量相当于约600万吨的TNT。

震级与烈度

由于震级是描述源处释放能量的单一数字，它本身并不能描述特定城镇或建筑物摇晃的强度。特定位置的震动强度而是使用烈度标度来描述，例如修正的Mercalli烈度标度，USGS表示该标度用罗马数字表示，并取决于包括距震中的距离、地震深度和当地地质等因素。