地震中的物理學(xué)

1 地震波的特點

地震波是由震源發(fā)出的在地球介質(zhì)中傳播的彈性機械波。地震發(fā)生時，震源區(qū)的介質(zhì)發(fā)生急速的破裂和運動，這種擾動構(gòu)成一個波源。由于地球介質(zhì)的連續(xù)性，這種波動就向地球內(nèi)部及表層各處傳播開去，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型：縱波、橫波和面波。縱波是推進波，在地殼中傳播速度為5.5～7千米／秒，最先到達震中，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動，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，第二個到達震中，又稱S波，它使地面發(fā)生前后左右抖動，破壞性較強。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。其波長大、振幅強，只能沿地表傳播，是造成建筑物嚴重破壞的主要因素。

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、電視機、日光燈等家用電器出現(xiàn)的異常。其中收音機失靈最為常見，聲音忽大忽小，時有時無，調(diào)頻不準，有時連續(xù)出現(xiàn)噪音。它還包括一些電機設(shè)備工作不正常，如微波站異常、無線電廠受干擾、電子鬧鐘失靈等。 一般認為地震引起電磁場的變化的原因有兩個，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，使電磁場有相應(yīng)的局部變化。因此觀測電磁場的變化也成為預(yù)報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的變化。地震孕育過程中，地核處在巨大的壓力和高溫中，物質(zhì)中的電子會加速逃逸，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負電層。在負電層電場的作用下，地殼中的某些導(dǎo)電率較高的地層會因極化作用，在下表面積累一定的正電荷，上表面積累一定的負電荷。如果相鄰的地層間有一定的“絕緣”，那么這兩個地層會產(chǎn)生巨大的電勢差，當電勢差達到一定值時會產(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)生垂直運動的重要表征。地震時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。地球重力場是一種比較穩(wěn)定的地球物理場之一，其大小與觀測點的位置和地球內(nèi)部介質(zhì)密度有關(guān)。因此，通過重力場變化可以了解到地殼的形變、巖石密度的變化，從而預(yù)測地震。

2.4 地震云 地震即將發(fā)生時，地?zé)峋奂诘卣饚В卣饚r石受強烈應(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，同時巨大的能量使這部分水汽上升速度和高度大增而進入高空低溫區(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，這就是地震雨的原因。 另外，磁場的變化會對氣壓產(chǎn)生影響，地殼出現(xiàn)裂縫，地球內(nèi)部的熱量釋放出來，加上振動和波動都伴隨能量的轉(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，也會促進降雨量的增加。

2.6 地震光 當?shù)卣鸺磳l(fā)生時，由于地下巖石發(fā)生破裂、錯斷，巖石間產(chǎn)生相對摩擦滑動等而產(chǎn)生一種電磁效應(yīng)，從而造成一個較大范圍的放電現(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，但多以藍白色為主。

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

總之，地震前后會出現(xiàn)許多物理異常信息，利用這些異常信息來進行地震預(yù)報的研究是世界性難題，目前還沒有完全達成共識，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，地震研究與預(yù)報會更加科學(xué)和成熟。