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日本地震背后的科学

自我鉴定 时间:2023-06-19 08:50:06

zoޛ)jm5}uF介绍地震、海啸及核泄漏等相关知识。

①致命地震海啸②核泄露危机③“超级月亮”惹的祸?

逆断层地震

在会聚板块边界(简称会聚边界)的俯冲带,当一个地壳板块被强力潜没到另一个板块下面时,就会发生逆断层地震。由于板块边缘略微倾斜导致大段被卡住,这类地震成为地球上最大的地震,矩震级能超过9级。自1900年以来,地球上所有六次矩震级在9级或以上的地震都是逆断层地震。没有其他已知类型的构造活动能产生如此规模的地震。

日本标准时间2011年3月11日14时46分(北京时间13时46分),日本东北部地区太平洋近海地震发生,为里氏9.0级逆断层地震,震中位于日本仙台市以东130千米的海底,震源深度约20千米。

这次巨大地震引发日本太平洋沿岸及至少20个国家的海啸和撤离警告,其中包括北美洲和南美洲的整个太平洋海岸。地震发生后一小时内,最高达37.9米的海啸巨浪越过防波堤重创日本,海浪深入内陆多达10千米。其他多个国家则遭遇较小海浪袭击。

这次地震是日本有史以来发生的最强烈地震,也是现代地震记录于1900年开始以来全球五大地震之一。这次强震对日本造成广泛破坏,不仅导致大量人员伤亡(截至4月5日,确认已造成12431人遇难,15153人失踪),而且严重毁坏房屋、公路和铁路,在许多地方引发大火,数百万人一度缺水断电,福岛核电站的多个核反应堆部分熔毁,周围地区人员紧急撤离,日本进入全国紧急状态。地震造成的总经济损失估计在1220亿~2350亿美元之间。

这次地震的巨大能量甚至将日本本州岛向东移动了2.4米,使地球的自转轴移动了25厘米。由于地球自转速度加快,地球质量重新分布,使得一天的长度减少了1.8微秒。九州一座火山在地震两天后喷发。这座火山曾于2011年1月喷发,目前尚不清楚它的新近喷发是否与这次地震有关。而据日本气象厅3月26日透露,地震后,日本全国至少有13座活火山周边地震活动趋于活跃。

本文旨在帮助你了解有关地震、海啸以及核泄漏的一些基本常识。

①致命地震海啸

地震发生后海啸接踵而至,对所经之处的一切带来毁灭性破坏。

日本位于环太平洋火山地震带上,是地震多发国。日本人一直非常注重建筑物的抗震性,因此这次地震虽然很强烈,但地震本身并未给日本造成重创。事实上,这次给日本造成重大损失的是地震引发的严重海啸和核泄漏事故。

发生于2004年的印度洋地震、海啸和飓风也造成了惨重损失,其中海啸是最主要的杀手。而这次日本地震海啸的地域性要强得多,造成的破坏也大得多。海啸巨浪袭击了日本东海岸,几小时内抵达夏威夷,包括南美洲、加拿大、美国阿拉斯加在内的太平洋地区,以及包括俄勒冈州在内的美国部分沿海地区都发布了海啸预警。在日本,海啸巨浪所到之处,汽车、飞机和建筑物横遭扫荡。海啸导致日本的一些村镇全盘消失,受创最严重地区甚至出现三层楼高的极强巨浪。

海啸是怎样发生的?

海啸一词在日语中为“津波”,意为“港口巨浪”。海啸是由一个水体中大量水的移位造成的,这个水体通常指海洋,但也指大型湖泊,迄今大约80%的海啸都出现在太平洋。海啸在日本很常见,已经记录到的在日本发生的海啸多达190多次。由于海啸巨浪所涉及的水量和能量巨大,所以海岸地区常常遭遇海啸的毁灭性影响。

地震、火山爆发及其他水下爆炸(包括水下核装置引爆)、山体滑坡、陨星撞击和水面上下的其他大规模扰动都可能引发海啸。古希腊史学家希罗多德是第一个记录与海底地震相关的海啸的人,但对于海啸本质的了解实际上是从20世纪才开始的,而且人类对海啸的认识至今算不上很充分。

当海床陡然变形,使上面的海水竖直移位时,就可能发生海啸。构造地震(例如这次日本地震)是与地壳变形有关的地震,当海底下面发生这样的地震时,变形区域上面的海水就被从平衡位置移位。具体地说,当与会聚边界有关的冲断层突然移动时就可能产生海啸,这是因为与这种移动有关的竖直分力导致海水移位。虽然一般断层上面的运动也会引起海床移位,但这类事件的规模一般都太小,不足以引发强海啸。

海啸以两种巨大力量造成破坏:水墙高速前进时携带的粉碎性力量和大水体砸向陆地时携带的毁灭性力量。就算浪头看起来并不大,其力量仍可能具有摧枯拉朽之威。平常风浪的浪宽(从一个浪尖到另一个浪尖之间的宽度)约为100米,高约2米,而在深海,海啸的浪宽可达约200千米。海啸巨浪在深海的穿行速度每小时超过800千米,但由于巨大的浪宽,海啸巨浪在任何地点的一次摆动(一个周期)都要花20~30分钟才能完成,浪高只有约1米,这就使得在深海探察海啸十分困难,船只也很少能注意到海啸的经过。

当海啸到达岸边时,水变得越来越浅,浅水作用压缩海浪,海浪速度降低到每小时80千米以下,浪宽则减小至不到20千米,浪高却大大增加。由于海啸巨浪仍具有很宽的浪宽,所以海啸往往要花几分钟才会达到最高峰。除了非常巨型的海啸外,到达的海浪不会破裂,而是看起来很像迅速的潮涌。邻近很深水域的开阔海湾和海岸线还可能进一步将海啸变形成阶梯状波浪。

海啸浪尖到达岸上时所造成的海面暂时性升高被称为“高涨”,位于一个参考海平面之上的高涨程度以米为计量单位来表示。一次大型海啸可能会在几小时内先后到达多重巨浪,其中第一波到达岸上的巨浪或许并不具有最大的高涨。

能预警海啸吗?

如果海啸登陆的第一部分是波谷而非浪尖,那么沿着海岸线的海水就会剧烈回退,暴露出通常被淹没的区域。因此,海水回退可以作为海啸的一种预警信号。许多海啸幸存者报告说,他们在观察到海水回退的同时还听到“吸气声”,于是立即往高处跑,从而逃过一劫。2004年,英国10岁小女孩蒂丽·史密斯及其父母和妹妹在泰国普吉岛度假,印度洋海啸发生时,当时刚从学校地理课上学到海啸知识的蒂丽观察到海水回退,于是对父母说可能马上要来海啸。她的父母立即警告其他人逃命。几分钟后,大海啸来袭,而数十条生命因蒂丽得以保全。不过,由于海水回退有时可能超过数百米,那些不知道危险就在眼前的人们会待在海水退却处捡拾露出水面的鱼,因而丧生。

地质学家、海洋学家和地震学家分析地震,基于很多因素来决定是否发布海啸预警。海啸临近时会出现一些预警信号,地震后自动系统也可能立即提供海啸预警,其中最成功的系统之一是附着于浮子的海底压力感应器,它持续监测上方水体的压力。然而,海啸事实上还是无法被精准预测,即使地震的震级和震源都被确定。

在海啸高风险地区,通常运用海啸预警系统来警告人们在海啸到达前逃离。在易于遭遇太平洋海啸的美国西海岸,预警标识上指明了逃生路线。在日本,国民都得到了良好的地震与海啸教育,海啸预警标识遍布海岸线,周围山头上则布设海啸警报器。

科学家还利用电脑模型对海底压力感应器的实时读数和海底形状及海岸地貌进行分析,通常能够在海啸到达前几分钟发出预警。电脑模型还能对海啸大浪的高度作出估计。另外,动物学家猜测,一些动物能听到来自地震或海啸的次声波,因而或许可以通过动物行为来预测地震和海啸。不过,这方面的证据具有争议性而未被广泛接受。

能阻止海啸吗?

虽然预警海啸在一定程度上可行,但要想阻止海啸却基本上是不可能的。日本是迄今海啸预防体系最完备的国家,日本从1896年的一场海啸灾难后就开始进行海啸科学研究,并采取了海啸反制举措。日本建设了许多高达4.5米的防波堤来保护沿岸人口密集区,还建了防潮水闸、水道来分流海啸潮水。不过,这些举措的有效性也遭到了质疑,因为海啸常常翻过这些屏障。例如,1993年7月,一次袭击日本的海啸浪高最高达到30米,使一个完全由海啸墙包围的港口镇遭受重创,镇上所有的木头结构建筑尽毁。虽然防波堤使海啸减速并降低了浪高,但仍未能阻止海啸的破坏。

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