书城科普夺命巨浪:海啸灾害的防范自救
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第8章 噩梦循环——地震海啸灾害(1)

先认识一下地震

地震是地球上的一种自然现象,对人类的危害十分严重,被有关国际组织列为自然灾害之首。人类与地震灾害的斗争历史已十分久远。

我国战国时代以前的《竹书纪年》

中就提到了山东泰山和河南西部两次地震,距今已有4000年的历史。

公元132年,东汉的张衡发明了世界上最早的地震仪——候风地动仪。

用这架地震仪曾准确地判定了一些地震震中的方向。这台地震仪比其他国家的地震仪早1700多年。

究竟为什么会发生地震呢?

我国自古以来就传说,地动就是龙在活动。按这种传说,龙是个十分庞大的神物,一般静卧不动,一旦活动就发生地震。大动大震,小动小震,小到皱眉眨眼,大到翻身打滚。于是,人们总是时时处处给龙王烧香献牲,祈求平安。

西方人把地震带来的灾难看做是上帝的惩罚。1755年11月1日,正值万圣节,葡萄牙首府里斯本所有的大教堂都在举行祈祷仪式。善男信女们正在虔诚地祈求上帝拯救他们。突然,一场毁灭性大地震降临里斯本城,教堂坍塌,教徒伤亡。

部分幸存者逃到海滨,又被高达20米的大西洋怒涛卷走,死伤极为惨重。狂热的布道者硬说这是上帝对触犯教规者的惩罚。这次地震,不仅在6分钟内将名城里斯本几乎变成一片废墟,也使非洲的摩洛哥损失惨重。连欧洲南部各地的教堂也是大钟震响、吊灯晃动。它还使瑞典、瑞士和意大利的湖水泛起了波澜。这次地震的有感直径达2000多千米。

随着现代科学技术地高速发展,人们不会再认为地震是“龙打滚”

或“上帝的惩罚”。

在科学中,最基本的知识是分类。分类反映了人们对自然现象的认识水平。从不同的角度,为了不同的研究目的,可以对地震进行不同的划分。

按地震的形成原因可分为:构造地震、陷落地震、火山地震及人工诱发地震。

构造地震是地壳运动使震源处物质发生了形体和位置的改变引起的,世界上的破坏性地震90%以上都属此类。比如,邢台大地震、唐山大地震、汶川大地震等等。

陷落地震是由地壳上层压力造成地下溶洞塌陷引起的地表的震动。

比如采矿时由掘进面附近岩石破裂引发的地震。火山地震是由于火山喷发引起的地表震动。它约占地震总量的7%。火山爆发就像在地下进行爆破一样,当然会使大地产生震动,规模间或也有大的。因为有的火山爆发所拥有的能量,和一次大地震释放出的能量差不多,甚至超过,它所能造成的震动也是不小的。火山爆发前后也有地震发生。因为在火山爆发前,大量岩浆已在那里的地壳中聚集膨胀,既可以使岩层产生新的断裂,又可以促使那些原有的断裂再次发生变动,所以一般都有地震发生。当然地震也就成了火山快要爆发的信号。在火山爆发后,大量岩浆迅速喷出地表,地下深处的岩浆来不及补充,于是留下空间,那里的岩层就会塌陷,产生断裂,造成一些规模很小的地震。例如1976年8月16日加勒比海中的瓜德罗普岛上的苏拂里埃尔火山爆发后两三天内,发生的地震达到大约1000次之多。接着,在8月30日又一次大爆发。火山活动地区内的地震是相当多的,不过一般都不大。我国没有正在活动的火山,可能活动的火山也极少,对我国来说,研究这种类型的地震是没有多大意义的。

人工诱发地震是由人为的活动引发的地震。例如巨大的地下核试验,或修建大坝进行水库蓄水而引起的地震等。相对于构造地震来说。

核试验引起的地震高频成分比较多,利用这一特点可以区别出某地的地震是天然地震还是核试验地震。比如,在2009年朝鲜进行核试验后,国际社会很快就在周边检测到了由核试验所引发的地震动,并据此推断出了核试验的量级有多大。由水库蓄水引起的地震,历史上也频频发生,尤其是近几年,随着修建大坝速度的加快,这一问题也再次成为了环境保护学家与地质学家争论的焦点。1967年12月,印度的柯伊那水库地区发生了一次6.5级地震,大坝受到破坏,造成严重损失。

这个地区原来没有发生过什么地震,可是在1962年水库开始蓄水,当蓄水量还没有达到总容量的一半时,这里的小地震就频繁出现,5年之后,发生了这次破坏性地震。这次地震是不是水库蓄水引起的呢?事实上确实有关,世界上不少水库蓄水后都有过类似的现象。到1975年为止,共计有20个国家近50个水库发生了这类地震,不过一般都很小,5级和5级以上的还不到10次,最大的就算印度柯伊那这次6.5级地震了。

水库蓄水为什么会发生地震呢?这不仅因为水库中水的重量会增加对那里地壳的压力,同时还由于水向岩层里渗透所产生的力的作用,以及岩石中的水增多后,会改变原来的性能,打乱了原来地壳中力的平衡。但这仅仅是事情的一方面,更重要的原因,是由于那里的地下存在着断裂,水库一般修建在峡谷之中,这种地形的出现往往与断层有关。当水渗进断裂带以后,使断裂带两边的岩层之间摩擦减少,易于滑动。因此,并不是水库蓄了水就会有地震,主要还在于这里的地壳中有无可以活动的断裂,而水库蓄水只不过是一种触发作用。这类地震目前记录到的都不大,还没有超过6.5级的,可能是因为它的触发作用,使这里地壳中积累的能量通过一系列小地震已经释放出来了。对于这种地震,只要事先估计到它的可能性,采取工程上的预防措施,是可以保证水库安全的。我国广东河源新丰江水库在1959年10月蓄水,次月即开始发生很小的地震。出现这个情况以后,当即严密监视地震的活动,并采取了加固大坝等措施。因此,在1962年3月19日发生6.1级地震时,水库安全无恙。

我国沿海地震能发生海啸吗

中国地震局提供的材料说,我国渤海、黄海一般不产生地震海啸,大洋海啸对其沿岸也无影响。东海、南海,特别是台湾岛附近海域具备产生海啸的条件,是产生地震海啸的危险地段,这两个海区海水相对较深,海底摩擦力较小,发生在菲律宾海、琉球海沟的地震海啸可能传播过来,其沿岸是大洋地震海啸影响的可能地区。

1.我国近海历史海啸记载的考证

我国历史悠久,史书记载灾害的条目丰富,就海水或海浪侵袭沿海大陆的现象,古人所用的词语有“海溢”、“海水溢”、“海沸”、“海唑”、“海啸”、“海水翻上”、“海涛奔上”、“海水翻潮”、“海水泛滥”、“大风架海潮”等。就记载的年代来看,最早是公元前48年,汉元帝初元元年。此后,历朝历代都有疑似海啸的记载,但绝大多数都不是海啸,其中大部分是风暴潮,是热带风暴和台风所引起,少数是地震波引起海水的震荡所致,有的是近岸地震引起岩石崩塌激发海水的大浪,极少是由海啸所引起。

2.我国近海大陆架不具备产生海啸的条件

地震海啸的形成是有它特定的地质环境的。按传统的观点,地震使海底地形产生突然垂直位移,引起海水上下扰动而引发海啸。故海啸形成在深海中,至少要大于200米的深度,震源深度小于50千米,震级在6.5级以上,地震类型是倾滑型地震。根据我们的研究,地震海啸的形成是海底的滑坡体和崩塌体在地震的触发下产生突然滑动和崩塌,引起海水的扰动而形成海啸。

因此,必须具备较陡的海底地形,其滑坡体和崩塌体处在不稳定的状态。只要发生地震,不论震级多大,也不论地震类型,只要滑坡体和崩塌体足够大,滑坡较快较远,就可产生足够大的海啸。相反,如果海底不存在滑坡体和崩塌体,即使再大的地震也不能引发海啸。像日本东侧地处太平洋板块向欧亚板块俯冲、发育深海沟、海底地形陡峭、存在大量滑坡体和崩塌体、有强烈地震活动的贝尼奥夫带,因此是海啸多发区。可是,我国东部渤海、黄海、东海及南海大面积海域都位于缓坡大陆架,不易产生滑坡及崩塌。虽有一些6~7级的地震活动,多半都是走滑型地震,很少引起地壳垂直位移,引发海啸的可能性很小。

3.沿海地震活动特征也无法产生地震海啸

众所周知,引起海啸的地震不仅地震震级要大于6.5级,震源深度在50千米以内,更重要的是,按传统的认识,地震震源类型为倾滑型,也就是正断层型或逆断层地震。

如1960年智利8.9级地震,引起特大海啸,即是太平洋板块在智利一带向南美洲板块俯冲,造成断层上下位移错动,致使海水翻腾,引发特大海啸。虽然,我国沿海地震活动带也常有6~7.5级的地震发生,但能做出震源机制解的地震多半是走滑型地震,这类地震是很难引发海啸的。

4.我国海域可能发生海啸源的地段

据前所述,海水较深,海底地形较陡,常发生6.5级以上地震,且多为倾滑型地震,即由逆断层或正断层产生的地震,由此而促使海水上下扰动,进而引发海啸。或地震引起大量海底滑坡,因滑坡体滑动致使海水扰动,引发海啸。具备这样的环境与条件的地段,只有在我国东海海域以东的冲绳海槽、琉球群岛和我国南海东部的马尼拉海。

可以引发海啸的地震

海啸一般是伴随着地震的发生而发生,但并不是所有地震都会引发海啸。地震不只发生在海洋,也发生陆地。通常情况下,只有发生在海洋中的地震才可以引发海啸。

地质学界有种说法:“有地震必有断层”。我们前面介绍的3种板块边界状态,都会产生断层,但出现的结果并不相同,应该说,只有汇聚型板块边界发生地震时,才容易产生海啸。因为分离型是平拉开,转换型是平推,不会对海水水体产生很大的提升或压迫作用。但是,这只是我们的主观分析,这些状态并不像我们想象的这么简单。

重要的是,是否对海水有“升、降”

作用。

据统计,全球有记载的破坏性地震海啸约发生了260次,其中,约有85%的地震海啸分布在太平洋的岛孤—海沟地带,这一地区正是汇聚型板块俯冲向下的地区。但是,向下俯冲过程中,过程顺利的话,沿断层自由地缓缓滑动,也不会产生地震。

由地震而引发的海啸,其破坏力是相当惊人的。比如,1896年发生在日本三陆的近海地震伴生的海啸,形成几十米高的海浪冲上沿岸陆地,造成27122人丧生。

地震海啸不仅在震中区附近造成破坏,有时还会波及几千米以外的地区,让人防不胜防。1960年智利8.9级大地震,波及遥远的日本和美国,并造成相当大的破坏。在日本,海啸浪高20米,将一条渔船抛到岸上压塌了一栋民宅。

海啸造成的巨大危害严重影响了海洋沿岸居民的正常生活,并造成越来越严重的经济损失。1883年喀拉喀托火山爆发引起的大海啸,使人们越来越深刻地认识到海啸的危害,促使人们更加重视海啸的研究。此后的理论研究内容包括4个方面:海啸的产生原理;海啸在大洋中如何传播;海啸在近岸带中如何传播;海湾内和大陆架上的海啸动力学研究。

下面我们就简单了解一下地震海啸的研究概况及结果。

19世纪初,法国数学家提出求解小振幅波的初值问题。小振幅是海啸波的特点,波面起伏不大。这项研究为海啸研究奠定了理论基础。

从20世纪50年代开始,科学家对海啸作了多方面的试验研究:

将海啸发生区域按比例缩小在大型水槽中进行物理模拟试验。

数值模拟:数值模拟也叫计算机模拟。它以电子计算机为手段,通过数值计算和图像显示的方法,达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。

人工海啸试验:在外海的水上或水下爆炸进行试验。

海啸的危害主要在于海啸登陆时对沿岸居民及设施的破坏。但是,如果海啸在深海传播时,由于波高和波长之比很小,周期会比较长,因此,船舶行驶在海啸波传播的海面上,对船舶不会造成破坏,船舶也难以察觉到海啸波。所以在海啸发生时,船要离港离岸,驶向外海才能有效地避开海啸的危害。

海啸的发展受多方面因素的影响,比如,其发源地的特性和几何特征、海底变形的大小、地震的持续时间和强度等。

通常情况下,海啸发源地的海底断层呈狭长带状。海中的山脊都是引导或约束海啸波传播的地势,这种地势有利于海啸波能量显着集中从而使波高增大,所以能量辐射的方向性表现得特别明显。另外,海啸波在传播过程中如果遇到海岸边界、海岛、半岛、海角等障碍物时就会发生绕射。海啸进入湾内后,波高会急剧增大,尤其是在三角形或漏斗形的湾口处更是如此,这时在湾内的最大波高通常为海湾入口处的3~4倍。海啸波在湾口和湾内会反复反射,诱发湾内海水的固有振动,造成波高激增,这时可能会出现几十米的大波和波峰倒卷。

不可忽视的海底地震

在海上航行时,总是会有大风浪跟人们进行较量,人们也就习以为常了。但是,有时候会有些让人意想不到的天灾突然降临在我们身边。来自深不可测的海底世界的这种天灾,是海底地震和海底火山的发源地。当这些来势凶猛的天灾在突然之间降临时,总是会夺走人们的性命,毁掉人们的家园,令很多人生离死别、无家可归。

地震、海啸给人类带来的灾难是十分巨大的。当猛烈的震动来临,汹涌呼啸,以迅雷不及掩耳之势越过海岸线、越过田野,迅猛地袭击着岸边的城市和村庄,瞬时人们都消失在巨浪中。港口的所有设施和被震塌的建筑物在怒涛的疯狂洗劫下,席卷一空。海啸风暴过后,大地上一片狼藉,随处都有残木破板和人畜尸体。目前,人类只能通过预测、观察火山、地震、海啸等突如其来严重的灾害,来预防或减少它们所造成的损失,还不能控制它们的发生。

海底地震是地下岩石突然断裂而发生的急剧运动。岩石圈板块沿边界的相对运动和相互作用是导致海底地震的主要原因。海底地震及其所引起的海啸给人类带来灾难,它所造成的直接灾害有:

海底地震、海啸引起的巨大海浪冲上海岸,会造成沿海地区遭受破坏。

建筑物与构筑物的破坏,如桥梁断落、水坝开裂、房屋倒塌、铁轨变形等。

山体等自然物的破坏,如山崩、滑坡等。

地面破坏,如喷水冒沙、地面裂缝、塌陷等。

对海洋生物产生极大的危害,海底地震发生的同时,会从地心冒出很多有害气体,这些有害气体会对海洋生物有严重的危害。

对海底光缆的危害,在地震发生的同时,海底铺设的很多光缆都会被破坏。

此外,在有些大地震中,还有地光烧伤人畜的现象。

地震的直接灾害发生后,会引发次生灾害。有时次生灾害所造成的伤亡和损失,比直接灾害还大。