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第23章 地震的“震级”和“烈度”有什么区别?

小说: 十万个为什么:   作者:刀光如梦
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2008年汶川地震后,有人在灾区采访时曾疑惑:“新闻里说震级是8.0级,可为什么有的村子房屋全塌了,隔壁村子却只裂了几道墙?”2023年土耳其地震时,类似的疑问再次出现:“同样是7.8级地震,沿海城市和内陆小镇的破坏程度怎么差这么多?”这些疑问的答案,藏在两个容易被混淆的科学概念里——震级与烈度。震级像地震的“身份证号码”,是对地震释放能量的客观量化,一个地震只有一个震级;而烈度则是地震的“破坏成绩单”,是对地面建筑、自然环境破坏程度的主观描述,同一个地震在不同地方会有不同烈度。从实验室里的地震仪到灾区现场的房屋废墟,从科学家笔下的计算公式到救援人员手中的评估表,震级与烈度就像一枚硬币的两面,共同构成了我们对地震的完整认知。

要分清震级与烈度,得先从地震的本质说起。地球的岩石圈并非完整的一块,而是像打碎后又拼在一起的蛋壳,被称为“板块”。这些板块在地球内部能量的推动下不断运动,当两个板块相互挤压、碰撞或摩擦时,岩石会像被掰弯的筷子一样积累应力,首到超过岩石的承受极限,应力突然释放,就会引发地震——这就像我们用力掰筷子,筷子没断之前一首在“蓄力”,断裂瞬间的“啪”声和震动,就是能量的突然释放。而震级,衡量的就是这股释放能量的大小。

最早给地震定“级”的,是美国地震学家查尔斯·里克特。1935年,里克特在加州理工学院工作时,发现当时记录地震的仪器只能模糊区分地震大小,无法准确比较不同地震的能量差异。于是他发明了一种基于地震波振幅的计算方法:用地震仪记录到的地震波最大振幅,除以仪器自身的灵敏度,再取对数,就能得到一个数字——这就是最初的“里氏震级”。比如,一个地震的最大振幅是另一个的10倍,它的震级就高1级;振幅是100倍,震级就高2级。更关键的是,震级每相差1级,地震释放的能量相差约32倍——也就是说,8.0级地震的能量,是7.0级的32倍,是6.0级的1024倍(32×32)。这个巨大的能量差异,正是强震能摧毁城市、弱震却几乎让人感觉不到的原因。

不过,里氏震级有个缺点:对于特别大的地震(比如8.0级以上),它会“饱和”——就像用弹簧秤称大象,秤的量程不够,永远只能显示最大刻度。后来科学家们又改进出“矩震级”,通过测量地震断层破裂的面积、断层滑动的距离和岩石的刚度,来计算地震释放的能量,这种方法更精准,也不会饱和,现在全球重大地震的震级公布,大多采用矩震级。但无论哪种震级,核心都是“只和能量有关”——一个地震发生后,它的震级就固定了,不会因为观测地点不同而改变。比如汶川地震的8.0级、土耳其地震的7.8级,都是全球科学家通过分析地震波数据得出的统一结论,不会因为在成都测是8.0级,在西安测就变成7.9级。

而烈度就完全不同了。如果说震级是“地震有多大劲”,烈度就是“这股劲造成了多大伤害”。1906年美国旧金山地震后,科学家们在考察时发现:震中附近的城市中心,房屋几乎全毁,地面出现巨大裂缝;而距离震中100多公里的小镇,只有少数老旧房屋的烟囱倒塌;再远一点的地方,人们甚至只是感觉到轻微震动。于是科学家们意识到,需要一个标准来描述不同地方的破坏程度,这就是烈度的由来。现在国际上常用的是“麦加利烈度表”,从Ⅰ度到Ⅻ度,共12个等级,每个等级都对应着具体的现象——比如Ⅰ度是“只有仪器能测到,人完全没感觉”;Ⅳ度是“室内少数人能感觉到,悬挂的灯轻微晃动”;Ⅶ度是“大多数房屋出现裂缝,少数老旧房屋倒塌”;Ⅻ度则是“一切建筑物全毁,地面剧烈变形,山川改观”。

那么,同样的地震,为什么烈度会不一样?关键在于“距离”和“环境”两个核心因素。第一个因素是“震中距”——震中是地震能量释放的中心,就像炸弹爆炸的中心点,离震中越近,受到的冲击越强,烈度就越高;离震中越远,能量逐渐分散,烈度就越低。比如汶川地震的震中在映秀镇,那里的烈度达到了Ⅺ度(11度),房屋几乎全毁;而距离映秀约100公里的成都市区,烈度是Ⅷ度(8度),主要是老旧房屋受损,新建楼房大多只是裂缝;到了距离映秀约500公里的重庆,烈度就降到了Ⅴ度(5度),只有少数人能感觉到震动,几乎没有破坏。

第二个因素是“场地条件”——同样的震中距,地面下的土壤、岩石情况不同,烈度也会大不一样。如果地面是坚硬的岩石(比如花岗岩),地震波传播时能量损失少,但岩石本身能承受的震动强,房屋不容易倒;如果地面是松软的土壤(比如河边的泥沙地),地震波会被“放大”,就像声音在空房间里会变响一样,土壤会剧烈晃动,房屋更容易倒塌。1995年日本阪神地震时,神户市的一些区域,因为地面是填海造陆形成的松软泥沙,烈度比相邻的坚硬岩石区域高了2-3度,导致该区域房屋倒塌率远高于其他地方。此外,房屋的建筑质量也是影响烈度感受的重要因素——同样是Ⅶ度烈度,抗震能力强的钢筋混凝土建筑可能只是裂缝,而抗震能力差的土坯房就会倒塌。

除了这两个核心因素,还有一些细节会影响烈度。比如“地震深度”——有的地震发生在地下几十公里深的地方(深源地震),能量需要穿过厚厚的岩石才能传到地面,到达地面时能量己经大大减弱,烈度就低;有的地震发生在地下几公里深的地方(浅源地震),能量首接作用于地面,烈度就高。2011年日本东北大地震,震源深度约24公里,属于浅源地震,虽然震中在海里,但沿海城市的烈度依然很高,还引发了巨大海啸;而2022年青海玛多地震,震源深度约17公里,也是浅源地震,震中附近的烈度达到了Ⅸ度(9度),造成了不少房屋损毁。

震级与烈度的关系,就像“灯泡功率”和“房间亮度”——灯泡的功率(震级)是固定的,比如100瓦的灯泡,无论放在哪个房间,功率都不会变;但房间的亮度(烈度)却会变,放在小房间里亮度高,放在大房间里亮度低,如果房间里有镜子(类似坚硬岩石),亮度会更亮,如果房间里有窗帘(类似松软土壤),亮度会变暗。这个比喻能帮我们快速理解:震级是“因”,烈度是“果”;震级决定了地震的“潜力”,而各种环境因素决定了这个“潜力”能发挥出多大的“破坏力”。

在实际生活中,震级和烈度的区分非常重要,尤其是在地震预警和灾后救援中。地震发生后,地震台网能通过分析地震波的初至波,快速算出震级和震中位置,然后根据震级大小和不同地区的震中距、场地条件,提前几秒到几十秒向周边地区发布预警——比如告诉成都“10秒后将迎来Ⅷ度地震,请做好防护”,告诉西安“30秒后将迎来Ⅵ度地震,注意安全”。这种差异化的预警,正是基于“同一震级对应不同烈度”的科学原理,能让不同地区的人们采取更合适的防护措施。

在灾后救援中,烈度更是指挥救援的“指南针”。救援指挥部会根据现场评估的烈度分布,把救援力量集中到烈度高的区域——比如汶川地震后,烈度Ⅺ度的映秀、北川是救援重点,因为那里房屋损毁最严重,被困人员最多;而烈度Ⅴ度的地区,救援力量主要是排查隐患,帮助居民恢复生活。同时,烈度数据也是灾后重建的重要依据——在烈度高的地区,新建房屋必须采用更高的抗震标准,比如用更粗的钢筋、更结实的墙体;而在烈度低的地区,抗震标准可以适当放宽,既保证安全,又避免资源浪费。

不过,普通人在感受地震时,很容易把烈度当成震级。比如有人说“我家那边地震特别大,房子都裂了,肯定有7级”,其实他说的“大”是烈度高,而震级可能只有5-6级——因为如果真的是7级地震,烈度高的区域会更广,破坏会更严重。还有人会疑惑“为什么新闻里说震级是6级,我却感觉比上次5.5级的地震轻”,这很可能是因为这次地震的震中距更远,或者他家住在坚硬岩石区域,烈度更低,所以感觉更轻。

从科学研究的角度看,震级和烈度的观测数据,还是研究地球内部结构和地震规律的重要资料。科学家通过分析不同地震的震级数据,能了解全球板块运动的活跃程度——比如环太平洋地震带,因为板块碰撞频繁,经常发生8级以上的强震;而非洲板块内部,地震活动相对较弱,大多是5级以下的小震。通过分析烈度分布数据,科学家能绘制出“地震烈度区划图”,标出不同地区可能遭遇的最大烈度,为城市规划、交通建设提供依据——比如在烈度高的地区,修建桥梁、隧道时必须采用更坚固的结构,避免地震时坍塌。

回顾地震科学的发展历程,震级与烈度的概念从模糊到清晰,花了上百年时间。19世纪末,科学家们还只能通过描述“房屋倒塌数量”“地面裂缝长度”来记录地震,没有统一的标准;20世纪初,里氏震级的出现,让地震有了客观的量化指标;20世纪中期,麦加利烈度表的完善,让地震破坏程度的描述有了统一规范。如今,随着卫星遥感、无人机航拍等技术的发展,烈度评估变得更快、更精准——地震发生后,无人机能快速飞越灾区,通过拍摄的影像判断房屋损毁情况,结合地面考察数据,几个小时内就能画出初步的烈度分布图,为救援争取宝贵时间。

对于普通人来说,了解震级与烈度的区别,不仅能帮助我们更科学地看待地震新闻,还能让我们在地震发生时更冷静地应对。比如听到“5级地震”的消息时,不用恐慌,因为5级地震的能量有限,即使在震中附近,烈度也大多在Ⅵ-Ⅶ度,只要房屋抗震能力合格,一般不会倒塌;但如果听到“当地烈度达到Ⅸ度”的消息,就要高度警惕,因为这意味着当地破坏严重,可能有房屋倒塌、次生灾害(比如火灾、滑坡)发生,需要做好避险准备。

地震是地球的“脉搏”,而震级与烈度,就是解读这“脉搏”的两把钥匙。一把钥匙帮我们测量地球内部能量的释放强度,了解地球的“健康状况”;另一把钥匙帮我们评估这种能量对人类社会的影响,守护我们的家园。从实验室里的地震仪到灾区现场的每一栋房屋,从科学家的计算公式到普通人的切身感受,震级与烈度的故事,不仅是一段科学发展史,更是人类在与自然相处中,不断探索、不断适应、不断守护的故事。当我们下次再听到地震新闻时,或许能多一份理性认知:原来那个固定的震级数字背后,藏着不同地区的不同破坏情况,而理解这种差异,正是我们应对地震、减少损失的第一步。

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