地震如何形成、如何測量以及板塊構造學解釋了什麼

地震是地球外殼運動的常規部分,而不是隨機或無法預測的異常現象。根據美國地質調查局(USGS)的說法,地球的地殼被分成大塊,稱為板塊,這些板塊緩慢移動、相互滑過並碰撞。大多數地震發生在斷層——岩石中的裂痕——沿著或近於這些板塊之間的邊界處。

地下實際發生了什麼

USGS將這個過程描述為一個稱為彈性反彈的三步機制。首先,當板塊移動時,斷層的粗糙、參差不齊的邊緣相互卡住,儘管板塊的其他部分繼續移動,所以應力和能量在周圍的岩石中積累。其次,一旦積累的力最終超過了把斷層邊緣粘在一起的摩擦力,岩石就會突然滑動。第三,儲存的能量以地震波的形式向外釋放,搖動地面——人們感受到的地震。

地震活動通常成序列發生。USGS指出,稱為前震的較小震顫可以在更大的主震之前發生,儘管它們只在事後才被確定為前震,餘震——主震之後的較小地震——可以持續數週、數月甚至數年。儘管對力學的理解如此,USGS明確指出,科學家無法預測地震何時發生,即使在他們知道地震可能發生的地區。

三種板塊邊界,三種地震

根據NOAA海洋探索和USGS的說法,板塊以三種不同的方式相互作用,每種方式都會產生不同的地震模式。在發散邊界,板塊彼此分開,岩漿上升形成新的海洋地殼;地震在那裡很常見,中大西洋洋脊就是一個例子。在聚合邊界,板塊碰撞——一個通常滑到另一個下方——產生強大的地震,伴隨著山脈、深海溝和火山鏈,這種模式在太平洋火圈周圍可見。在轉換邊界,板塊橫向相互研磨而不創建或摧毀地殼,通過摩擦產生地震;加州的聖安地列斯斷層是標準例子。

地震學家如何記錄和測定地震大小

USGS解釋說,地震通過全球地震儀網絡檢測,其中每個站點都在其自己的位置測量地面運動。核心儀器是地震儀——通常是擺錘或安裝在彈簧上的質量——位於地震儀內,當岩石滑動時記錄振動,能量從震中向外以波的形式輻射。

地震學家區分兩個不同的測量。震級描述地震在其源地的大小,無論從哪裡測量都是相同的數字。強度,在修正麥卡利強度標度上測量,描述在特定位置感受到的搖晃和損害,這取決於距震源的距離和當地地面條件而變化。

里氏標度與矩量級

大多數人聽說過的震級標度——里氏標度——是由Charles Richter在1930年代開發的,用於使用附近的地震儀站點測量南加州的地震;根據USGS,它在技術上被稱為ML,代表'地方震級'。它測量在稱為Wood-Anderson地震儀的特定儀器上記錄的最大擺動或振幅。

隨著地震儀網絡在全球擴展,研究人員發現Richter的方法僅對某些頻率和距離範圍有效,它無法正確記錄最大地震產生的最低頻率波——這種限制稱為飽和。地震學家後來引入了矩量級標度(Mw),USGS說它基於'矩'的物理量——斷層上的滑動量乘以滑動的斷層表面積——使其在地震規模的全範圍內有效。USGS現在使用矩量級報告地震震級。

地震有多常見?

地震的頻率遠高於大多數人的認識。USGS的國家地震信息中心每年定位約12,000至14,000次地震。IRIS(地震學研究機構協會)指出,檢測到的地震數量隨著時間的推移而增加,主要是因為地震儀網絡變得更敏感,而不是因為地震本身變得更頻繁。

因為矩量級標度是對數的,IRIS指出,對於每個整步震級上升,全球每年記錄的地震數量減少大約十倍,而釋放的能量增加大約三十倍。

為什麼這很重要

認識到地震是正在進行的板塊運動的可預測副產品——而不是孤立的、無法解釋的事件——是全世界使用的危害地圖、建築規範和早期預警系統的基礎。來自USGS和NOAA的板塊邊界框架也解釋了為什麼某些地區,如太平洋火圈或聖安地列斯斷層帶,在地質時間上反覆經歷地震,儘管沒有任何單一事件可以提前預測。