漫談地震發(fā)光現(xiàn)象

地震發(fā)光現(xiàn)象，俗稱“地光”，是一種自然光源。世界上有關(guān)地光的最早文字記錄是《詩經(jīng)·小雅·十月之交》，里面記載了公元前780年(周幽王二年)發(fā)生在陜西省岐山地區(qū)的一場6～7級地震：“燁燁震電，不寧不令。百川沸騰，山冢崒崩。高岸為谷，深谷為陵?！逼渲小盁顭钫痣姟本褪菍Υ舜蔚卣鸢l(fā)光現(xiàn)象的描寫。公元一世紀(jì)，羅馬歷史學(xué)家塔西佗的《編年史》中，記述了公元17年小亞西亞地震破壞了12座城市和地震發(fā)生時(shí)火光閃閃的現(xiàn)象。這是外國人對地震發(fā)光現(xiàn)象的最早記錄。

長久以來，地震前或地震發(fā)生過程中是否有發(fā)光現(xiàn)象這一問題，讓人們倍感困惑。一些人認(rèn)為，地光完全是目擊者在地震發(fā)生時(shí)因內(nèi)心恐懼所產(chǎn)生的幻覺。19世紀(jì)以前，在有關(guān)的觀察報(bào)告中，地光多被解釋為地方性雷暴、云霞、彩虹、激光、流星等。在電力被廣泛利用后，又有人懷疑地光是輸電線路打火、電焊弧光等等。

1750年，英國和北歐頻繁發(fā)生地震并出現(xiàn)眾多地震發(fā)光現(xiàn)象，從而引起倫敦皇家學(xué)會(huì)的注意。威廉·斯圖克雷博士曾試圖用地表電流來解釋地震的熱、聲、光現(xiàn)象。直到20世紀(jì)初，意大利學(xué)者里佐收集了1905年9月8日發(fā)生在意大利長拉布里亞地震的42份地光材料，開創(chuàng)了深入研究地震發(fā)光現(xiàn)象之先河。1910年，加里廣泛收集了歐洲148例地震發(fā)光資料，發(fā)表了《地震時(shí)觀察到的發(fā)光現(xiàn)象的搜集和分類》一文，成為分析研究地震發(fā)光現(xiàn)象的開山之作和精細(xì)劃分地光類型的寶貴文獻(xiàn)。此后，通過逐年對地震發(fā)光現(xiàn)象的觀察和大量翔實(shí)豐富的觀察報(bào)告，人們才逐漸解除了對地光存在的真實(shí)性的懷疑和誤解。

光怪陸離的形態(tài)

地光的形態(tài)很難用簡單的語言文字準(zhǔn)確而形象地描述。它們有的形似霓裳入云，態(tài)若仙女散花，色帶飄蕩，有的光如火炬，霞若寶塔，在天邊或直照云端，或如天燈高懸、串球盤旋：有的貌似火紅幕布，狀若銀白屏扇，在地平線附近或彩虹豎立、弧光沖天，或光帶平鋪、光扇疊嶂，而更多的是明亮耀眼的圓球體，像串串葫蘆，光點(diǎn)閃閃……

科學(xué)家們分析研究了形形色色的地光形態(tài)后，按放電形式將其歸納成3種類型：一種是低空大氣的放電形式。它形態(tài)多變，有時(shí)輪廓模糊，有時(shí)旋轉(zhuǎn)飄動(dòng)，有時(shí)一閃而過，但比雷雨閃電持續(xù)的時(shí)間要長，可以把遠(yuǎn)山森林的輪廓映襯得清清楚楚。一種是不完全的火花放電形式。它飄忽不定，閃爍著很亮的藍(lán)色光，形態(tài)為單一的光束或光帶。一種是地下溢出物質(zhì)流放電形式。它從地面沖天而起，由下而上擴(kuò)散成光柱、火球、彩帶等，光柱頂部多擴(kuò)展，常呈現(xiàn)各種焰火般的形態(tài)，火球從地面升起，呈直線、拋物線和螺旋滾動(dòng)，彩帶呈半球狀、扇形的弧線，或臨近地平面，或并列于低空。

紛繁復(fù)雜的成因

科學(xué)家們認(rèn)為：地光的成因，一是地球內(nèi)部能量急劇聚集，于地殼上層直接放熱發(fā)光，一是地球內(nèi)部能量強(qiáng)烈釋放，于低空大氣層輻射放電發(fā)光，或者是二者的組合。

在第一種成因作用下，地光的形態(tài)多是底邊在地面，半徑幾十米至百米，呈現(xiàn)稍平的半橢球形或扇形彩虹光帶，以及拔地而起的光束、光柱、光球等。

在地震發(fā)生前，地球內(nèi)部的部分介質(zhì)已處在應(yīng)力急速積累的狀態(tài)，地殼上層巖石開裂膨脹，并產(chǎn)生電、磁、熱及其他物理和化學(xué)性質(zhì)變化。在巖石變形過程中，各部分間的撞擊與磨擦能產(chǎn)生大量的熱，熱度達(dá)到一定程度即發(fā)出光亮，其道理就像“馬蹄上的鐵掌與路面上的石頭撞擊后而產(chǎn)生的火花一樣”。

巖層的斷裂導(dǎo)致大地自然電流被切斷，改變了地殼內(nèi)部水的流動(dòng)和地磁場，即在某些地區(qū)產(chǎn)生明顯的電位差。曾經(jīng)有人進(jìn)行過詳細(xì)計(jì)算：地下水在1000個(gè)大氣壓下流動(dòng)時(shí)，可產(chǎn)生1～10萬伏的電位差。若巖石有1％的間隙，每平方千米的電流可達(dá)3～30安培，會(huì)產(chǎn)生2～200伽馬的磁場，極易引發(fā)電弧發(fā)光，當(dāng)富含具備壓電效應(yīng)的石英類礦物的高電阻率巖石被低電阻率的巖石覆蓋時(shí)，由于地下水的存在，其界面電場會(huì)發(fā)生變化并產(chǎn)生電流。當(dāng)?shù)卣饝?yīng)力在10～100帕之間變化時(shí)，如果壓電巖體輸給發(fā)光體的總功率有1％～10％成為可見光的話，就足以產(chǎn)生極光光體。

在第二種成因作用下的地光，除具備前者所顯現(xiàn)的形態(tài)之外，還有其光怪陸離、變化萬千的特殊類型。

人們常把地球內(nèi)部比喻成一個(gè)巨大的“天然核反應(yīng)堆”，地震能量就來自它的“核轉(zhuǎn)化”。在這一轉(zhuǎn)化過程中，釋放出的大量帶電高能粒子，在高速運(yùn)移中因受到巖層阻擋而改變速度時(shí)，會(huì)輻射出光子、中微子，然后毫無阻礙的穿透地殼并使地面大氣發(fā)生二次電離。

地殼裂縫的急劇開合，可導(dǎo)致地層中的氣體、蒸氣、鈾、釷、氡等放射性物質(zhì)呈電離狀態(tài)噴出地面，形成一股股強(qiáng)大的電荷和載熱物質(zhì)流。進(jìn)入低空大氣層后，大氣不同部位的靜電場的電荷密度發(fā)生改變，形成強(qiáng)電場，直接參與異種電荷中和放電過程。在地球表面曲率半徑小的山頂和地氣噴出的縫隙地帶，由于電荷密度大，同性電荷相互排斥，稍有大氣擾動(dòng)，大量的同性電荷就被帶到空氣中形成“空間電荷氣塊”。這些“氣塊”在低空隨氣流飄動(dòng)，當(dāng)遇到異性“電荷氣塊”，特別是靠近異性電荷異常密集區(qū)時(shí)，便形成很強(qiáng)的局部電位梯度，使異性電荷擊穿空氣產(chǎn)生電荷中和，放電發(fā)光。當(dāng)有云塊飄來，云塊就會(huì)感應(yīng)帶電，在適當(dāng)?shù)臈l件下放電發(fā)光。

上述的放電發(fā)光過程，若發(fā)生在地表突出物的頂部，因電荷的不斷補(bǔ)充，持續(xù)時(shí)間較長，寬度較大，多形成閃爍型和片狀地光，若發(fā)生在河谷、噴沙冒水孔、裂縫井壁，由于“地氣”(天然氣，沼氣、高能離子、氨氣等)的參與而形成大小不一的火球，若低層空氣中存在著多種形式的放電過程，可在某兩個(gè)方向相反的放電過程之間形成火球，并由此獲得巨大的旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)起飛。由于球體內(nèi)部帶有電離的混合氣體(氮、氫、氧、臭氧、氧化氮等)不穩(wěn)定，在移動(dòng)過程中碰到障礙物或球與球之間相互碰撞，就爆炸成五彩繽紛的焰火。

臨震前的信號

地光作為地震將臨的信號早已引起人們的極大興趣和高度重視。1920年，我國寧夏海原“空中發(fā)現(xiàn)紅光如練，瞬時(shí)即地震”(8．5級)之后，寧夏的隆德縣在輯縣志時(shí)，不僅記述了這次地震的情況，還引述了古人《震兆六端》中的“夜半晦黑，天忽開朗，光明照耀，無異日中，勢必地震”的訊條。1971年，莫斯科國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(huì)上，地震學(xué)家呼吁加強(qiáng)地光研究，并指出：研究大氣電，觀測大氣發(fā)光現(xiàn)象，對地震預(yù)報(bào)很有幫助。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，80％以上的地．光是在地震前1小時(shí)至震發(fā)時(shí)段發(fā)生的。由于白晝光亮較弱，難以分辨，只有在黑夜里光亮明顯，容易惹人注目。所以，常給人防不勝防的恐懼感和發(fā)現(xiàn)甚晚之遺憾。但是，在國內(nèi)外許多地震中，也有在震前幾小時(shí)、幾天，甚至更長時(shí)段里出現(xiàn)地光的實(shí)例。

1966年，我國邢臺(tái)地震的前18天，震中外圍區(qū)多處出現(xiàn)紅色光球：1970年，通海地震的前1個(gè)月，有盆大紅色光球滾動(dòng)：1976年，唐山地震前的5～6小時(shí)，天空突然明亮，并持續(xù)20多分鐘，四周景物豁然可辯。

在綜合研究了世界各大地震的發(fā)光現(xiàn)象后，地震學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，震前的地光形態(tài)、空間分布及地光亮度等普遍存在以下特性：①形態(tài)多以光球，片狀和閃電式出現(xiàn)。②空間分布和亮度上具有初始時(shí)分散、亮度弱，越趨發(fā)震時(shí)越集中、越亮。③在震中外圍所見的地光方向，或指向震中呈環(huán)形展布，或指向斷裂構(gòu)造帶呈帶狀分布，或指向某特定地質(zhì)體呈塊狀分布。在未來震中區(qū)所見地光方向零亂，但密度和強(qiáng)度要比外圍區(qū)所見到的大。④8級以上地震，地光發(fā)光點(diǎn)分布范圍可超過500千米；7～8級地震，地光發(fā)光點(diǎn)分布范圍約200千米：6～7級地震，地光發(fā)光點(diǎn)分布在100千米范圍內(nèi)，5～6級地震，地光發(fā)光點(diǎn)只限于震中附近地區(qū)，而且數(shù)量有限。

根據(jù)這些特性，人們可以粗略地預(yù)測出即將發(fā)生的地震的大概方向、時(shí)間、地點(diǎn)和震級?？梢姡毓馐欠浅Ｖ档弥匾暤呐R震信息。對它的詳細(xì)研究和觀測，不僅有助于短期臨震預(yù)報(bào)，對探索地震成因也具有特別重要的意義。

[責(zé)任編輯]王亞娜