地球quakes: Finding Fault With Nature

更新于2018年4月5日
2015年4月,一场大地震席卷了尼泊尔的加德满都。 think4photop / Shutterstock.com

在任何大地震的几分钟内,冲击波都会扭曲景观,夷平建筑物并摧毁整个社区。每次,地球周围的人都会得到悲剧的提醒:'潜伏在我们脚下的危险世界。

每天都有数百人发生地震,其中大多数地震微弱或偏僻,无法影响许多人。但是所有这些地震噪声都掩盖了灾难性地震的风险,在整个人类历史中,这都使我们不断感到惊讶。沿着断层线的快速人口增长现在正以比以往任何时候都要高的风险—全球数十个大城市栖息在地球裂缝附近'正如2011年日本地震所证明的那样,海啸甚至会影响到远离断层的人。

不幸的是,人类无力阻止此类灾难,尽管在过去的一个世纪中地震学取得了重大突破,但我们仍然'甚至无法很好地预测它们。但是,尽管这听起来可能毫无希望,但我们仍然可以采取许多先发制人的步骤,至少为大地震发生前做好准备。以下是我们对这个星球了解的快速浏览'的地质暴发,以及您可以做的准备。

地球quake origins

地球'地壳总是在四处移动和旋转,'片状外层下的液态岩浆部分地为它提供了燃料。地壳漂浮在这个岩浆之上,分成几个锯齿状的圆盘,称为"tectonic plates,"在全球范围内不断推拉。这些圆盘上的摩擦'边缘是造成地震的原因。

大洋中脊
由于大洋中脊的大部分深达2000多米,因此大部分喷发都未被注意到。 诺阿

构造板块沿着一个巨大的疤痕彼此拉开,称为 全球中海脊, that zigzags 地球'的表面像棒球上的接缝(请参见下面的USGS地图)。岩浆在这里上升,冷却并变硬,这是因为两个板块以相反的方向翻腾,形成了新的地壳,在传送带上运行了几百万年之后,新的地壳可能变成干地。

同时,随着新的地壳在海洋中的诞生,较旧的地壳被推到地下,构造板块碰撞,这是一个潜在的暴力过程,会造成山脉,火山和地震。地震震颤可以通过几种不同的方式汇聚板块来释放,这取决于板岩的边缘如何碰撞和相互作用。这是地震断层的三种基本类型:

正常故障: 当两段地形沿着倾斜的裂缝垂直滑过彼此时,就会发生许多地震。如果这种类型的倾斜断层上方的岩体向下滑动,'s known a a "normal fault"(请参见右侧的动画)。这是由于构造板块从断层向外伸展时的张力所致,并导致周围景观的整体扩展。

反向故障: 也称为"thrust fault,"当倾斜断层上方的岩体从下方向上推,将其推到另一块土地的顶部时,就会发生这种类型的张开。正断层和反向断层都显示出地质学家所说的"dip-slip"运动,但与正常断层不同,反向断层是由压缩而不是张紧引起的,从而导致地形的压实。

走滑故障: 当垂直断层的两侧水平滑动时,'s known as a "strike-slip fault." These earthquakes are caused by shearing forces, generated when the rough edges of bedrock scrape together, catch on a jagged edge 和 then snap back into place. 加利福尼亚州'圣安德烈亚斯断层是一个走滑系统,也是造成海地最近地震和余震的断层。

地震波

地震仪,圣胡安·巴图斯塔任务
The seismograph at the San Juan Bautista Mission, which is right next to the 圣安地列斯 fault in 加利福尼亚州. Ray Bouknight / flickr

沿断层的岩壁大部分时间都固定在一起,看似一动不动,但它们可以在数百或数千年内静静地建立巨大的压力,然后突然滑动并立即释放所有这些。地震产生的力来自两种基本类型的波-体波和表面波-一系列连续的三波破坏性波波到达。

Body waves, which pass through the interior of the 地球, are the first to hit. The fastest ones are known as primary waves, or P波,因为他们'重新分散得如此之大,并推动岩石颗粒向前或向后移动,'通常危害最小。 P波紧随其后是次要的体波,即S波,它们也穿过整个行星,但速度较慢,并且将岩石颗粒移到侧面,这使它们更具破坏性。对于站在地上的人来说,P波和S波都感觉像突然震动。

身体波动后,地震前可能会有短暂的平静'最后,最猛烈的地震袭击。表面波仅穿过地壳's的上层,像涟漪一样水平地流过水。目击者经常形容地面为"rolling"在地震期间,这些缓慢的高振幅表面波通常是地震破坏力最大的部分。它们来回快速晃动是造成建筑物和桥梁结构破坏的主要原因。 (表面波进一步细分为 爱情波瑞利波,后者是最危险的。)

地球quake damage

1906年旧金山地震
1906年的地震摧毁了旧金山市80%以上的地方。 阿诺德·根特(Arnold Genthe)-国会图书馆/维基共享资源

我们从地震中面临的危险几乎完全来自我们周围已建成的基础设施。除了倒下的树木和岩石外,房屋,学校,商店和办公楼的倒塌也是典型地震中第一大死亡原因。由于地面震动和位移,道路和桥梁也可能崩溃,这是整个1989年旧金山地震期间发生的问题。众所周知,地震波会使汽车和火车出轨,并使隧道和桥梁下的车辆坠毁,或者使他们失去控制。

洪水是地震的另一种潜在副产品,因为地震有时会破坏大坝或扭转河流,并且可能会因燃气管道破裂或灯笼,蜡烛和火炬被点燃而引发火灾。在臭名昭著的期间 1906年旧金山地震,造成的大火(如上图所示)比地震本身造成了更大的破坏,并夺去了更多的生命。

地震还会使土壤松动,并可能导致山体滑坡,'在山区附近,雨季和树木稀少的地方(例如在海地,广泛的森林砍伐增加了滑坡风险)。然而,即使没有陡峭的山坡或没有雨水,地震也可以通过将其与下面的地下水混合而暂时将土壤变成流沙状物质。被称为"液化,"这个过程产生了泥泞的泥浆,使人和建筑物沉入地下,直到地下水位重新安置并且污垢再次固化。

2004年印度尼西亚海啸后果
2004年印度尼西亚海啸发生后。 图片RNW.org/flickr

但是,也许地震将水用于邪恶的最具有破坏性的方式是制造海啸,海啸可以耸立超过100英尺高,并撞击到距地震本身数千英里的海滩上。当陆地在海底断层上向上倾斜时,它会排走大量水,只有最近的海岸线才能阻止它。这种情况发生在2004年,当时苏门答腊附近的地震使海啸袭击了东南亚,并于2011年3月再次横越了日本的东北海岸。在整个历史上,几乎所有与太平洋接壤的国家都发生过这种情况。

城市和断层线

环太平洋以地震闻名,被称为"Ring of Fire" for the seismic rumbling that frequents places such as 阿拉斯加州, 加利福尼亚州, Hawaii, New Zealand, the Philippines, Indonesia 和 Japan. To the west, a pile-up of the Indian, Eurasian 和 Arabian plates creates another seismic hotspot, forging the Himalayan Mountains 和 spurring frequent earthquakes in Pakistan, Iran 和 southern Europe.

But while the Eastern Hemisphere may seem to suffer disproportionately, no place on 地球 is truly safe from seismic waves. Disasters like the 2004年苏门答腊海啸2005年巴基斯坦地震 以及2008年中国四川发生的地震如此严重,因为它们袭击了人口稠密的地区,但旧金山'海地悠久的地震历史和最近发生的事件说明了西部地区的类似风险。 (有关全球地震的危害,请参见下面的世界地图。)事实上,现代历史上最大的两次地震发生在美洲: 9.5级地震 1960年袭击智利 9.2级地震 在阿拉斯加'四年后的威廉王子湾。

全球地震风险

美洲的地震和火山倾向于紧贴西部海岸线,但也可能发生在更远的东部。加勒比海就是一个例子,因为它'拥有多个相互竞争的构造板块,使该地区成为地震雷区。除了最近在海地发生的7.0级地震及其持续的余震(其中之一以里氏震级测得)外,委内瑞拉北部(5.5级),危地马拉(5.8级)和开曼群岛(5.8级)的后续行动据报道较小。 )。地质学家说断层'现在的压力已经转移到西部,这意味着海地西部,古巴南部或牙买加可能会遭受另一场大地震。

在美国,过去几个当今城市下的土地在过去也遭受了巨大的震动,这很可能会抹杀他们如今遍布的都市地区。在美国最受关注的地震带中,科学家特别关注以下五个方面:

圣安地列斯

圣安地列斯断层
加利福尼亚州'圣安德烈亚斯断层被认为是高风险地震带。 Doc Searls / flickr

加利福尼亚州'的标志性疤痕沿着一系列走滑断层而移动,这是由太平洋板块向北向北美滑动造成的。它'之所以被称为高风险地震区,是因为附近有几个大城市,一旦地震破裂,数百万人将面临生命危险。 1906年和1989年的先前地震席卷了旧金山湾区,后者破坏了供水线并引发了大火,摧毁了这座城市的大部分地区。 圣安地列斯断层平均每年移动2英寸,这意味着洛杉矶将在大约1500万年后与旧金山相邻。一种 研究 2016年发表的论文在断层附近检测到大规模运动。研究人员说,运动是"seismic strain,"报告最终将以地震的形式释放 洛杉矶时报.

西北太平洋: 在圣安德烈亚斯北部,普吉特海湾周围的一组断层构成了北美最危险的地震灾害之一。该地区被称为卡斯卡迪亚俯冲带,释放出主要"megathrust"大约每500年发生一次地震。最后一次发生在1700年,当时太平洋西北部人烟稀少,但西雅图和温哥华都会区自那以后蓬勃发展,其重复演出可能会带来灾难性的后果。

阿拉斯加州

阿拉斯加州n 地球quake 1964
1964年的阿拉斯加地震造成至少139人死亡。 美国陆军/维基百科

七个 10大地震 美国曾经发生过的事故在阿拉斯加发生,包括1964年在安克雷奇(Anchorage)发生的威廉王子大地震。阿拉斯加是美国地震活动最活跃的州,也是地球上最活跃的热点之一,但历史上严酷的气候一直保持着它的人口(因此地震死亡人数)相对较低。尽管如此,安克雷奇现在的规模比1964年要大得多,从圣地亚哥到东京的城市始终受到阿拉斯加地震引发的海啸的威胁。

夏威夷: 夏威夷不仅本身具有地震活跃性,使该州容易受到地震和火山喷发的影响,而且还经常受到远处地震的打击。的 8.1级地震 例如,1946年,那场地震震撼了阿拉斯加的远东地区,向南部的大岛希洛市发送了海啸,杀死了159人,造成了2600万美元的财产损失。十八年后,继威廉王子海啸地震之后,又一次海啸袭击了夏威夷'64.

新马德里: 美国东部'已知最强烈的地震发生在大约200年前的密西西比河下游流域,对田纳西州,肯塔基州,伊利诺伊州,密苏里州和阿肯色州造成了严重破坏。实际上是"swarm"震颤,附近有居民 密苏里州新马德里,估计遭受200"moderate to large"1811年冬季的地震'12-其中有5个高于海拔8。房屋被夷为平地,形成了一个新的湖泊,密西西比河因突然的地面位移而短暂地倒流。由于当时该地区人烟稀少,因此只有一次死亡与地震有关。但是,如果新马德里断层今天也要经历类似的事件,那么圣路易斯(如上图)和田纳西州的孟菲斯等大都会地区也将经历类似的事件。 ,可能会遭受重创。

地球quake safety

由于建筑物在地震中造成一些最严重的问题,因此它们're a reasonable place to look first for solutions. Seismic-savvy construction has come a long way in the last century, pioneered in quake-prone places like Japan 和 加利福尼亚州 to let structures go with the flow instead of standing rigidly still. 通过 including more flexible joints 和 more room for sway, engineers can make buildings that let an earthquake'的能量通过它们,对它们的伤害比感觉到全力时要小得多。

海地地震破坏
在2010年海地地震之前,太子港的许多建筑物在结构上都不健全。 科林·克劳利/ flickr

然而,在像海地这样的贫困国家中,这种防震结构很少是可行的项目,太子港的许多建筑物甚至在2010年地震之前就已经在结构上不健全。即使在富裕国家,也很少有人会设计房屋,商店或办公室来抵御大地震-像大多数人一样留下知识,准备和快速思考'生存的最大希望。

发生地震的理想场所是露天的,所以如果您'当有人击中时回到外面,呆在那里。联邦紧急事务管理局(FEMA)建议,也要在室内呆在第一位,因为研究表明,大多数地震伤害发生在建筑物中的人们试图搬到其他房间或在室外奔跑时。如果你躺在床上'在那里,或坐在地板上并保护自己的头部;如果屋顶倒塌,它也可能有助于隐藏在坚固的桌子或其他可以保护您的物体下面。通常建议在内部承重墙附近和室内门框内蹲下,但要远离玻璃窗和外墙。

最初的地震通常是在较大地震发生之前的前震,或者可能是P波,掩盖了更具破坏性的S波和地表波。无论哪种方式'最好尽快到那里'在颤抖中平静下来。进入室外后,请远离建筑物和任何可能掉落的物体,然后等到震颤停止。还应注意余震,余震可能发生在地震发生几分钟,几小时或几天之后。有关更多提示和方案, 请参阅这些FEMA指南 关于地震前,地震中和地震后该做什么。