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上帝發怒時:地震的科學

黄庭芳教授 (Photo by Tommy Cho)
黄庭芳教授(右)與地球系統科學課程助理教授楊宏峰 (Photo by Tommy Cho)
圖一
圖二

2011年日本東北發生地震海嘯,倏忽四年,世人對當時的駭人景象仍歷歷在目之際,另一場災難的影像已然取而代之。今年4月25日發生的地震令尼泊爾地動山搖,災區傳來的照片和錄像盡是鋪天蓋地的雪崩、橫飛的亂石、掩埋一切的瓦礫,歷史遺跡、廣場和高塔全震成一堆堆斷壁殘垣。

地震是怎樣引起的?尼泊爾這場地震與日本東北大地震有何分別?在地震中造成最大損失的因素是甚麼?尼泊爾地震與其他地震相比,釋放了多少能量?中文大學地球系統科學課程主任黃庭芳教授一一解答。

黃教授解釋,地球表面是由不同板塊組成,這些板塊是在不斷移動。相鄰板塊以每年幾厘米至十幾厘米的速度或移離或靠近(聚合)。兩個板塊聚合在一起,就極可能引發大地震。

有海水覆蓋的板塊(海洋板塊)與沒有被海水覆蓋的板塊(大陸板塊)相比,通常較年輕、溫度較低和密度較高。海洋板塊與大陸板塊聚合時,密度較高和較重的海洋板塊被迫往下沉,即隱沒到大陸板塊之下,並把大陸板塊某部分陸地推高,在此過程中在兩個方向都形成潮汐波(海嘯)。這是2011年日本地震發生的情況。地震通常就是這種板塊碰撞導致的隱沒作用引起。(圖一)

但是,如果兩個密度大致相同的大陸板塊互相靠近(碰撞),由於密度相當,不會造成一方隱沒,因此兩者互相推擠角力,就會令一部分陸地上升。高海拔的山脈就是這樣形成。板塊隱沒時會造成一道裂口或縫隙,大陸板塊碰撞造成的地殼現象則更為複雜和分散,碰撞會形成一道更為廣大和形態不定的縫線,上面滿布高危地點。尼泊爾處於印度板塊和歐亞板塊互相擠壓之處,從大約四千至五千萬年前開始,就以每年約五厘米的速度互相推擠摩擦。在連接兩板塊的縫合帶上,不同地點均曾錄得大型地震。(圖二)

地球板塊運動不論是隱沒型還是碰撞型,能量積累至一定程度就必須釋放。這時候,我們所站立的土地開始搖晃,令我們驚懼失措。

尼泊爾7.8級地震釋放的能量,相當於五百六十億千克炸藥的威力。2008年四川8級地震所釋放的能量則再多一倍。這是因為能量和地震級數呈對數關係,地震震級每增加0.2級,釋放的能量就高一倍。

log E = 4.8 + 1.5Ms

不同級別地震的能量

以黎克特制表示的各級地震之間的能量差異:

相差0.2 ~ 能量變成兩倍

相差0.4 ~ 能量變成四倍

相差0.6 ~ 能量變成八倍

相差1.0 ~ 能量變成三十二倍

相差2.0 > 能量變成一千倍(32 x 32 = 1,024)

相差4.0 > 能量變成一百萬倍(324 = ~ 1,148,576)

© Brooks/Cole, Cengage Learning

2011年日本東北大地震達9級,比尼泊爾地震高1.2級,這表示它釋放的能量是其六十四倍。在有紀錄的歷史上,最大規模的地震是1960年發生在智利的一場,強度達9.5級,釋放能量幾乎等於這次尼泊爾地震的四百倍。

無堅不摧的地震在尼泊爾歴史上並不少見。1934年,一場8.1級地震襲擊加德滿都谷,百分之二十的房屋被夷為平地,百分之四十受損。事實上,在上月這場地震發生前兩週,一些世界頂尖的地球科學家就在加德滿都開會,預估下次超強地震來臨時這個國家的易損性。很不幸,大自然比科學家搶先一步。

4月25日的尼泊爾地震幾乎是2005年巴基斯坦喀什米爾7.6級地震的翻版,那次地震有八萬七千人罹難。喀什米爾的損失大多是由建造草率和保養差劣的基建設施解體引致。即使地震科學有長足的進步,但預測地震周期的準確度,往往有幾年甚至幾十年的誤差。但是人們從歷次地震學得教訓(這些教訓的代價有時候是寶貴的人命),我們知道即使資源緊絀,還是有不少工作可以控制或減少地震的破壞。黃教授說:「令這麼多人死的不是地震,而是建築物倒塌。」

中大地球系統科學課程採取系統學習模式,從大氣、土地、水和生物四個領域了解地球,並探討人類活動對地球的影響。這個學習模式是基礎,用以探討和解決全球氣候變遷、空氣與水污染、自然災害、生物多樣性、能源和可持續發展等問題,而這些問題是該課程結構和研究的重點。

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