书城自然海啸防范与自救
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第6章 地震与海啸(2)

火山地震:是指由于火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用而引起的地震。火山地震一般较小,造成的破坏也极少,而且发生的次数很少,只占地震总数的7%左右。目前世界上大约有500座活火山,每年平均约有50座火山喷发。我国的火山多数分布在东北的黑龙江、吉林和西南的云南等省。黑龙江省的五大连池、吉林省的长白山、云南省的腾冲及海南岛等地的火山在近代都喷发过。

火山和地震都是地壳运动的产物,它们之间有一定的联系。火山爆发有时会引发地震,地震要是发生在火山地区,也常常会引起火山爆发。

陷落地震:一般是指因为地下水溶解了可溶性岩石,使岩石中出现空洞,空洞随着时间的推移不断扩大,或者由于地下开采矿石形成了巨大的空洞,最终造成了岩石顶部和土层崩塌陷落,从而引起地面震动。陷落地震震级都比较小,约占地震总数的3%。最大的矿区陷落地震也只有5级左右,我国就曾经发生过4级的陷落地震。陷落地震对矿井上部和下部仍会造成比较严重的破坏,并威胁到矿工的生命安全,所以不能掉以轻心,应加强防范。

地球上主要地震带的分布

地球上大多数地震都发生在呈带状分布某一特定的地区,我们把这叫做地震活动带。地震的分布是有规律的,世界上的地震主要集中分布在三大地震带上,即环太平洋地震带、地中海—喜马拉雅地震带(欧亚地震带)和海岭地震带。

环太平洋地震带:是地球上最主要的地震带,世界上80%的地震都发生在这里。它像一个巨大的环,围绕着太平洋分布,沿北美洲太平洋东岸的美国阿拉斯加向南,经加拿大本土、美国加利福尼亚和墨西哥西部地区,到达南美洲的哥伦比亚、秘鲁和智利,然后从智利转向西,穿过太平洋抵达大洋洲东边界附近,在新西兰东部海域折向北,再经斐济、印度尼西亚、菲律宾,我国的台湾省、琉球群岛,以及日本列岛、千岛群岛、堪察加半岛、阿留申群岛,回到美国的阿拉斯加,环绕太平洋一周,也把大陆和海洋分隔开来,环太平洋地震带地震释放的能量约占全球地震释放能量的76%。又因为该地震带多是火山群岛,因此也有人把这称为“火环”。

阿尔卑斯—喜马拉雅山地震带(欧亚地震带):也叫做欧亚地震带。横贯亚欧大陆南部、非洲西北部地震带,它是全球第二大地震活动带。这个地震带全长2万多千米,跨欧、亚、非三大洲。

阿尔卑斯—喜马拉雅山地震带主要分布于欧亚大陆,从印度尼西亚开始,经中南半岛西部和我国的云、贵、川、青、藏地区,以及印度、巴基斯坦、尼泊尔、阿富汗、伊朗、土耳其到地中海北岸,一直延伸到大西洋的亚速尔群岛。这个地震带释放的能量约占全球所有地震释放能量的22%。

中国正处于环太平洋地震带与阿尔卑斯—喜马拉雅山地震带,这两个地震带都是十分活跃的地震带,同时又都位于几大板块的边缘,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分发育,主要地震带就有23条,这里最常发生破坏性地震和少数深源地震。

海岭地震带:也叫做大洋中脊地震带,沿着大洋中脊分布在太平洋、大西洋、印度洋中的海岭(海底山脉),强度一般都不大。还有,贝加尔湖,东非、西欧、北美,中国东部裂谷系,有时也有强烈地震。

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”。我们前面介绍的三种板块边界状态,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260次,其中,约有85%的地震海啸分布在太平洋的岛弧—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,也不会引发海啸。

地震海啸的研究

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。

2004年发生在印度尼西亚海域的8.9级大地震,人们至今还记忆犹新。这次地震直接造成的死亡人数只有数千人,但这次地震引发的海啸却波及整个印度洋沿岸,造成包括印尼、印度、泰国、缅甸、斯里兰卡、马来西亚、孟加拉国、马尔代夫等国家,超过30万人丧生。

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四个方面: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著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。

地震与海啸的关系

地震不是引发海啸的充分条件

充分条件是指:有了它一定有某个结果,没有它不一定没有这个结果。海底发生地震,却不一定引发海啸。据中国地震局统计,海底每发生15000次地震,仅引发100次海啸;又据1900年以来资料,地球上平均每年发生1次8.0级或8.0级以上的大地震,而在10次这样的地震中大约只有1次引发海啸。2004年12月26日苏门答腊—安达曼9.0级特大地震(美国测定震级)引发特大海啸,而在其东南200千米的苏门答腊明打威群岛北部于2005年3月28日发生8.7的级特大地震(美国测定震级)却没有引发海啸或引发很小的海啸。设在夏威夷的太平洋海啸警报中心随即发出海啸警报,而几个小时后,数个国家解除了海啸警报。几乎在同一海域,又都是8级以上的大地震,为何前者引发海啸,后者就不引发海啸。类似的震例还有:2006年11月15日,在日本首都东京举行的新闻发布会上,日本气象厅15日宣布,千岛群岛附近当地时间晚8时15分左右(北京时间晚7时15分左右)发生里氏8.1级强烈地震。此次地震的震中为择捉岛东北偏东390千米处,震源深度约为30千米。地震发生以后,日本气象厅向日本北部海岸地区发出海啸警报。日本气象厅在一份声明中说,第一波抵达北海道的海浪高度仅为40厘米,于21时29分左右抵达北海道根室港。NHK电视台从根室港传回的现场画面显示,当地海面十分平静。显然,海啸没有发生。据统计,设在夏威夷美国太平洋海啸预警中心从1948年开始到1996年,一共发布20次海啸预警,其中15次是假警报,实际没有发生海啸,5次是真警报。由此可知,有些地震可引发海啸,多数地震不引发海啸。因此,地震不是引发海啸的充分条件。

地震也不是引发海啸的必要条件

必要条件是指:没有它一定没有这个结果,有了它不一定有这个结果。显然,不发生地震,如前所述,一样因陨石坠落、海底滑坡、海岸崩塌、火山爆发,甚至核爆炸而引起海啸。因此,地震也不是引发海啸的必要条件。

由此来看,地震引发海啸既不满足充分条件,也不符合必要条件,因此,地震与海啸不存在直接的因果关系。

地震引发海啸的充要条件

从上面的论证得知,地震与海啸不存在直接因果关系,引发海啸的地震,不论震级大小与震源深浅,也不论震源机制类型,只要能触发足够大体积的、突然的海底滑坡或(和)海底、海岸崩塌,就可引发海啸。因此,引发地震海啸(特别是大的地震海啸)的直接原因,主要是海底地震所造成次生的巨大体积的海底滑坡和崩塌。而不是海底地震时海底地面的同震错断与变形。

实证1:1963年2月2日,在希腊附近的科林斯湾发生了小地震,触发了海底山崩引起了海啸,造成一定的损失。

实证2:1958年7月9日,美国阿拉斯加发生强烈地震,里图雅湾岸坡发生滑坡,约3050万米土石滑入海湾激起巨大涌浪,滑坡区对岸浪高52米,冲毁森林10千米,停泊在海湾口的两艘渔船沉没。

实证3:2004年12月26日,苏门答腊—安达曼特大地震引发特大海啸,同样也是地震引起大体积的滑塌,由滑塌引起深海水体的巨大扰动而激发海啸。

英国皇家海军“斯哥特号”调查船是在这次地震发生后一个月进入苏门答腊海域,使用高清晰度的多束激光声呐对海底进行了扫描。英国的海洋学家和地质学家参与了这项调查。英国科学家公布了2004年12月亚洲大地震引发海啸造成海底地质变化的图像。苏门答腊附近海底活动剧烈。震中海床升起十几米,沿印度洋与苏门答腊之间的海底山脉,出现了高100米、长达2千米的滑坡。

2005年3月28日,日本海洋研究开发机构公开了在印度尼西亚苏门答腊岛附近海域进行紧急海底调查的初步结果,得到约4000千米海域的高精度海底地形图。根据对海底地形图的分析和深海无人探测器探测,发现主要有三条逆冲断层,其中靠岛侧的一条这次破坏活动最为强烈。直视摄像在水深约2300米海底,发现了延续约45千米的大规模龟裂和崩落。

不论是英国皇家海军“斯哥特号”调查船使用高清晰度的多束激光声呐对海底进行扫描的结果,还是日本海洋研究开发机构进行紧急海底调查的初步结果,都反映这次2004年苏门答腊岛9.0级地震,产生了大规模的断裂、龟裂、崩落和滑坡,进而引发了特大的海啸。

从上述3个实证来看,地震海啸,实际是地震引起滑坡和崩塌,然后由滑坡和崩塌引起海水扰动而激发海啸。显然,如果海底或(和)海岸存在不稳定滑坡体和崩塌体,只要发生地震,地震的震动和断层错动就能触发海底滑坡与海岸崩塌,进而引发海啸。

可以设想,地震引起滑坡和崩塌,然后由滑坡和崩塌引发海啸,大致经过3个阶段。

阶段1:地震发生前,海水面上只有正常的波涛起伏,一般显得风平浪静。地震发生时,产生的地震波,在岩石中以6.5千米/秒的速度传播,在海水中以1.5千米/秒的速度传播,震中附近海面因地震产生的纵波而引起海面的震荡。

阶段2:震中附近已存在不稳定的滑坡体和崩塌体。当地震波传到滑坡体和崩塌体,或地震引起滑坡体和崩塌体中的断层错动。促使滑坡体和崩塌体向洋或向下降岩石圈板块俯冲相反的方向运动将水体挤向空中,引发海啸;两岸浅海的水体向产生海啸源的地段汇聚,因此,出现两岸的退潮现象。在印度洋海啸中,一位英国的小女孩,在接受科普教育时记住了这一现象而发出了海啸警报,拯救了沿岸度假的游客,成为拯救数百人生命的“小天使”。

阶段3:海啸波形成后,传向四面八方。在深水传播中因是重力长波,振幅小,海浪不大,航船无感觉;当海啸波传到浅海和滨海时,由于海水突然变浅,海浪不断叠加转变成巨浪,摧毁海岸的一切。

海底地震能否引发海啸,不在于震级大小、震源深浅、震源类型如何,而在于震源附近的海底是否存在不稳定的海底滑坡体与崩塌体。若存在,则会引发海啸;若不存在,再大的地震也不会引发海啸。在不稳定的滑坡体和崩塌体存在的前提下,震级小,引起小规模的滑坡和崩塌,进而引起小海啸。若震级大,不但可引发大规模的不稳定滑坡体和崩塌体的滑动和崩塌,也可引发不太成熟的滑坡体和崩塌体产生滑动和崩塌,进而引发大海啸。由此,可以得出结论:海底滑坡体与崩塌体的存在是引起海啸的充要条件,存在因果关系,而地震只是起到一个触发作用。地震海啸的产生条件

地震海啸的产生需要达到一定的条件,在一般情形下主要包括以下五个条件。

地震发生的形式

只有发生了一侧岩石圈俯冲于另一侧岩石圈之下形式的地震才可能引发海啸。