地震中的物理學(xué)

1 地震波的特點(diǎn)

地震波是由震源發(fā)出的在地球介質(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波。地震發(fā)生時(shí)，震源區(qū)的介質(zhì)發(fā)生急速的破裂和運(yùn)動(dòng)，這種擾動(dòng)構(gòu)成一個(gè)波源。由于地球介質(zhì)的連續(xù)性，這種波動(dòng)就向地球內(nèi)部及表層各處傳播開(kāi)去，形成了連續(xù)介質(zhì)中的彈性波。地震波按傳播方式分為三種類(lèi)型：縱波、橫波和面波。縱波是推進(jìn)波，在地殼中傳播速度為5.5～7千米／秒，最先到達(dá)震中，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動(dòng)，破壞性較弱。橫波是剪切波，在地殼中的傳播速度為3.2～4.0千米/秒，第二個(gè)到達(dá)震中，又稱S波，它使地面發(fā)生前后左右抖動(dòng)，破壞性較強(qiáng)。面波又稱L波，是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波。其波長(zhǎng)大、振幅強(qiáng)，只能沿地表傳播，是造成建筑物嚴(yán)重破壞的主要因素。

2 地震引起的物理異常及成因

2.1 電磁異常 電磁異常泛指地震前收音機(jī)、電視機(jī)、日光燈等家用電器出現(xiàn)的異常。其中收音機(jī)失靈最為常見(jiàn)，聲音忽大忽小，時(shí)有時(shí)無(wú)，調(diào)頻不準(zhǔn)，有時(shí)連續(xù)出現(xiàn)噪音。它還包括一些電機(jī)設(shè)備工作不正常，如微波站異常、無(wú)線電廠受干擾、電子鬧鐘失靈等。 一般認(rèn)為地震引起電磁場(chǎng)的變化的原因有兩個(gè)，一是地震前巖石在地應(yīng)力作用下出現(xiàn)“壓磁效應(yīng)”，從而引起地磁場(chǎng)局部變化；二是地應(yīng)力使巖石被壓縮或拉伸，引起電阻率變化，使電磁場(chǎng)有相應(yīng)的局部變化。因此觀測(cè)電磁場(chǎng)的變化也成為預(yù)報(bào)地震的主要手段之一。 

2.2 地電異常 地電異常是是指地下介質(zhì)的電阻率、大地電流和自然電場(chǎng)的變化。地震孕育過(guò)程中，地核處在巨大的壓力和高溫中，物質(zhì)中的電子會(huì)加速逃逸，并分布在地層下的低溫面面上，這種“溫差發(fā)電”原理使地層下面存在著大量的自由電子，這些電子形成了一個(gè)負(fù)電層。在負(fù)電層電場(chǎng)的作用下，地殼中的某些導(dǎo)電率較高的地層會(huì)因極化作用，在下表面積累一定的正電荷，上表面積累一定的負(fù)電荷。如果相鄰的地層間有一定的“絕緣”，那么這兩個(gè)地層會(huì)產(chǎn)生巨大的電勢(shì)差，當(dāng)電勢(shì)差達(dá)到一定值時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的放電現(xiàn)象，將絕緣層擊穿，從而使物質(zhì)的電阻率變化 。

2.3 重力異常 重力異常是地殼發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)的重要表征。地震時(shí)造成地殼局部斷裂抬升，引起該地區(qū)的巖石形狀和密度生改變，從而引起該地重力發(fā)生變化。地球重力場(chǎng)是一種比較穩(wěn)定的地球物理場(chǎng)之一，其大小與觀測(cè)點(diǎn)的位置和地球內(nèi)部介質(zhì)密度有關(guān)。因此，通過(guò)重力場(chǎng)變化可以了解到地殼的形變、巖石密度的變化，從而預(yù)測(cè)地震。

2.4 地震云 地震即將發(fā)生時(shí)，地?zé)峋奂诘卣饚В卣饚r石受強(qiáng)烈應(yīng)力作用發(fā)生激烈摩擦而產(chǎn)生大量熱量，這些熱量從地表面逸出，使空氣增溫產(chǎn)生上升氣流，上升氣流在高空就形成了“地震云”，地震云的尾端一般都指向地震發(fā)生處。 

2.5 地震雨 在震前地?zé)崾沟孛嫠菘焖僬舭l(fā)，而震后能量大面積釋放加速了空中水汽的飽和度，同時(shí)巨大的能量使這部分水汽上升速度和高度大增而進(jìn)入高空低溫區(qū)域，這些低溫水汽以急劇增多的粉塵為凝結(jié)核而形成為水或冰散落下來(lái)，這就是地震雨的原因。 另外，磁場(chǎng)的變化會(huì)對(duì)氣壓產(chǎn)生影響，地殼出現(xiàn)裂縫，地球內(nèi)部的熱量釋放出來(lái)，加上振動(dòng)和波動(dòng)都伴隨能量的轉(zhuǎn)化與傳播，介質(zhì)（地殼和空氣中水分子）吸收部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使得地面和空氣中水分子溫度升高，水汽飽和度增加，也會(huì)促進(jìn)降雨量的增加。

2.6 地震光 當(dāng)?shù)卣鸺磳l(fā)生時(shí)，由于地下巖石發(fā)生破裂、錯(cuò)斷，巖石間產(chǎn)生相對(duì)摩擦滑動(dòng)等而產(chǎn)生一種電磁效應(yīng)，從而造成一個(gè)較大范圍的放電現(xiàn)象，并沿著斷裂縫隙通向大氣層，在低空引起大氣電離和發(fā)光現(xiàn)象。也有學(xué)者認(rèn)為地光是地下天然氣等物質(zhì)沿地面裂縫冒出，突然自燃而產(chǎn)生的。地光顏色多種多樣，但多以藍(lán)白色為主。

2.7 地震聲 地震聲是強(qiáng)烈地震前巨大的能量使巖石發(fā)生錯(cuò)動(dòng)、破裂及蠕變而發(fā)出的。地聲的到來(lái)是由遠(yuǎn)而近再由近而遠(yuǎn)，具有方向性。一般在大地震前幾秒或一、二分鐘內(nèi)可聽(tīng)到地聲。掌握地聲知識(shí)能夠?qū)Φ卣鹌鸬捷^好的預(yù)報(bào)預(yù)防效果。

總之，地震前后會(huì)出現(xiàn)許多物理異常信息，利用這些異常信息來(lái)進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的研究是世界性難題，目前還沒(méi)有完全達(dá)成共識(shí)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，地震研究與預(yù)報(bào)會(huì)更加科學(xué)和成熟。