地震如何形成及其震級如何測量

地震是全球例常搜索的話題，每當顯著震動登上頭條時興趣就會激增。最常重複出現的兩個問題是：物理上是什麼導致地面震動，以及之後報告的震級數字實際上意味著什麼。兩個答案都來自於美國地質調查所（USGS）和地震學研究聯盟（如IRIS，地震學合作研究機構）等機構記錄的數十年地震學研究。

是什麼導致地震

根據USGS，地震是由斷層上的突然滑動引起的。地球的地殼分為大的構造板塊，這些板塊不斷地（儘管很緩慢）移動。在板塊相遇的地方，摩擦力使它們的邊緣粘合在一起，儘管板塊持續推動。USGS以加州的太平洋板塊和北美板塊為例：它們沿著聖安地列斯斷層以大約每年兩英寸的速度彼此磨擦，該邊界的長度超過650英里，深度超過10英里。

當斷層的邊緣保持粘合時，板塊繼續移動，這使得兩側的岩石彎曲和受應力。儲存的能量不斷積累，直到最終超過摩擦力而失效。當斷層「鬆脫」時，被粘合的岩石在突然的滑動中彈回到較低應力位置，儲存的能量向外輻射為地震波，USGS將其描述為像「池塘中的漣漪」般傳播。

不是所有斷層在時間上都表現相同。USGS指出，在某些地區，斷層通過近乎恆定的蠕動移動，在頻繁的微小衝擊中釋放少量應變。在蠕動不穩定的地區，應變可能在數十年或數個世紀中積累，然後一次性全部釋放，產生更大的地震。

震源、震中和地震波

根據USGS，地震開始的地表下的點被稱為震源（或焦點）；直接在其上方的地表上的點被稱為震中。從震源，兩種主要類型的波向外傳播：P波沿其傳播方向壓縮和拉伸岩石，並首先到達監測站；S波使地面橫向移動，並在P波之後到達。USGS解釋說，這兩種波類型在不同地震儀站的到達時間差使科學家能夠計算地震發生的距離。

當今如何測量震級

根據USGS，震級描述地震在其震源處的大小；一次地震有一個單一的震級值。這不同於強度，強度測量特定位置的震動嚴重程度，根據距震中的距離、深度和當地地質條件的不同可能會有很大的差異——IRIS將震級比作燈泡的瓦數，將強度比作從該燈泡不同距離感受到的亮度。

根據密歇根理工大學，最為公眾熟悉的標度，里克特標度，是由地震學家查爾斯·F·里克特在1934年開發的。它從記錄在特定地震儀類型上的最大波的振幅計算震級，並根據距地震的距離進行調整。USGS表示這種方法無法準確測量非常大的地震：一些事件被低估，另一些被高估。

地震學家現在主要使用矩震級標度（Mw），USGS和密歇根理工大學將其描述為首選，因為它在整個地震規模範圍內都能準確工作，並且適用於全球。矩震級由稱為地震矩的物理量導出，計算方法是岩石的剛性乘以滑動斷層的面積乘以斷層移動的距離。該矩值通過地震圖數據和地質測量估計，然後轉換為公開報告的震級數字。

為什麼每個整數如此重要

震級標度是對數的。USGS和密歇根理工大學都表示，每增加一個整數對應於地震儀記錄的地動振幅增加十倍，以及釋放能量大約增加32倍。密歇根理工大學給出了說明性的能量比較：1級地震釋放的能量大約相當於6盎司TNT，而8級地震釋放的能量大約相當於600萬噸TNT。

震級與強度對比

因為震級是描述震源處釋放能量的單一數字，它本身不能描述特定城鎮或建築物搖動的強度。特定位置的搖動嚴重程度是用強度標度描述的，例如改進的麥卡利強度標度，USGS表示它用羅馬數字表示，並取決於包括距震中的距離、地震深度和當地地質等因素。