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第7章 地震与海啸(3)

能够引发海啸的地震需要有一种能量能把大量海水突然抬起或大量海水突然下降,然后扩散至周围,形成整体海水(从海面到海底)的波动。2004年的印度洋大海啸就是海底突然下陷而引发的地震海啸。位于苏门答腊岛西南岸处的地震震中位于欧亚板块的南部边缘,印度洋板块沿印度洋东北缘的爪哇海沟俯冲于苏门答腊、爪哇等岛屿之下,其下沉速度是很缓慢的,大约是一年6厘米,按说这样的速度不会引发地震的产生。巧合的是,在深5~50千米的一段断层带,上下两侧板块紧紧地耦合(物理学上指两个或两个以上的体系或两种运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响以至联合起来的现象)在一起,使这个断层带卡死了。在北移的印度洋板块挤压下断层上方的苏门答腊西南缘一带,年复一年,积聚起越来越大的应变能,就像一块木板被两端向中间弯曲用力。当力量累积、岩石弯曲程度增大到岩石无法承受时,这段被锁住的断层突然断开,出现错动,苏门答腊西南地块反弹回原来位置,这就造成了一场可怕的地震海啸灾难的来临。这也是“弹性回跳说”的具体体现。根据印度尼西亚官方资料记载,2005年一年之内这一地区发生的地震达到8893次之多!震级一般都在里氏4.5~6.8级,其中4月是最频繁的月份,共发生1142次。以上数字可以看出,靠近苏门答腊沿海的一条地质断层带的地质活动是多么活跃,因此地震频繁发生。

地震震级足够

这是一个地震释放能量的问题,震级太小的地震不足以引起海水整体波动或引起的波动能量不够大,因此一般不会引发海啸。通常情况下,震级在6.5级以上才会形成海啸;在一些特殊情况下,小震级地震也能引发海啸,但可能性很小。形成大规模海啸必须要达到足够的震级。

海水要有足够的深度

地震发生点的海域,其深度达到几百米甚至几千米时才可能引发海啸。只有引起深达几百、几千米的海水整体(从海面到海底)波动,这样的能量才能引起巨大破坏力。也就是说,小于几百米的浅水处发生地震引发海啸的可能性很小。

地震的震源深度要小

震源小于60千米的地震被称为浅源地震。一般情况下,只有在海底发生浅源地震,才会形成地壳及海水的重大变化。所以一般震源深度小于60千米的地震才会引发海啸。但震源深度同样不是造成地震引发海啸的决定因素,和震级一样,在一些特殊情况下,震源深度大于60千米,依然有可能引发海啸,但这种可能性较小。

海底与海岸的地形条件

前面已经讲过,地震引发海啸以后,海啸在大海中传播时,虽然能量巨大,但这时海水整体传播,能量分散至广阔无边的海面上,海上行驶的船舶甚至觉察不到海啸的存在,也不会对船舶造成损坏。但是,一旦海啸进入地形较狭窄的湾口、港口时,能量集中在一起而得不到分散,就会形成十到几十米高的“水墙”,并冲向海岸,对沿岸的村落、居民、建筑、各种设施,以及湾内的船舶等造成巨大的伤害。不过,如果在离海岸很远处,比如,几百千米以外时,海底地形就开始有了变化,海水逐渐变浅,对海啸的能量提前造成损失,它到了岸边能量几乎消耗殆尽,也就没有什么破坏力了。这就是地形的影响。地震海啸中的地震对海啸的影响

海啸与震级的具体关系

在一般情况下,6.5级以上地震才能引起海啸,这是基于地震释放的能量的考虑。但是海啸与地震震级并不存在必然关系,也有一些特殊情况下,较小震级的地震引发海啸。当地震震级达到7~8级时,释放的能量比较大,引发的海啸比较多,也比较大,这属于一般情况。但是,释放能量小的小震级地震在特殊情形下一样可以引发海啸。如1909年5月11日,法国南海岸发生4.0级地震引发海啸,死亡40人,造成中等经济损失。1956年11月2日,希腊沃洛斯一阿格里亚5.7级地震引发海啸,损失轻微。1967年8月13日,巴布亚新几内亚6.2级地震引起海啸,损失严重。1984年1月8日,印度尼西亚苏拉威西西部5.9级地震引起海啸,死亡2人。更令人惊讶的是1963年2月7日,在希腊附近的科林斯湾发生了一次奇特的海啸,是由5天前的一次小地震触发了海底山崩引起的海啸,也造成一定的损失。由此来看,地震不一定引发海啸,引发海啸的地震也不一定要达到6.5级。因此,在研究地震震级与海啸的关系时,应该区分具体的条件。当然,小地震不会引发大规模的海啸,这是肯定的。为何小地震也会引发海啸呢?这是因为还有其他的一些因素在起作用。

地震海啸与地震类型的关系

一般认为,只有倾滑型地震才能引发海啸。其理由是,因为倾滑型地震会造成断层垂直错动而引起海水上下扰动,从而引发海啸。而走滑型地震不引起海啸,因为断层水平错动,不会引起海水上下位移变化。事实上,在一些具体情形下,倾滑型地震不一定引发海啸,而走滑型地震也不一定不引发海啸。

倾滑型地震不一定引发海啸

海底地震大部分发生在俯冲带,而俯冲带恰恰是大洋板块向大陆板块俯冲聚敛的地段,易产生倾滑型地震(严格来看,俯冲带的地震不是真正倾滑型地震,因其P轴是倾斜的,大致与俯冲带倾斜度接近)。大多数倾滑型地震都不引发海啸,只有少数引发海啸。据统计,海底每发生15000次地震,仅引发100次海啸。这些地震绝大部分都发生在环太平洋地震带,而发生在该带上的地震又大多为倾滑型地震。

从两次苏门答腊地震的震源机制解来看,它们都是缓倾角的倾滑型断层2004年12月26日,苏门答腊—安达曼发生9.0级地震,节面1:走向329°,倾角8°,滑动角110°。苏门答腊明打威群岛北部于2005年3月28日,发生同样的8.7级地震,节面1:走向329°,倾角7°,滑动角109°。这两次地震震源机制解完全相同,恰恰反映了它们的大地构造性质是类似的。它是由印度洋板块以每年6~7厘米的速率,按N23°E方向与缅甸微板块作斜向聚敛俯冲。但地震并不是发生在两板块的边界,而是发生在下降岩石圈板块内部。如果前者引起特大海啸,而后者却未引起海啸(有的报导有一点微海啸),这也反证了倾滑型地震与海啸没有因果关系。因此地震不直接引发海啸,而是因为地震的强烈震动和断裂突然错动,引起巨大体积的海底滑坡和崩塌。由此间接引发海啸。

走滑型地震不一定不引发海啸

众多研究地震海啸的学者认为,走滑型地震只有断层水平错动,没有断层垂直位移。不激起海水上下扰动。故不引发海啸。而事实是也有一些走滑型地震一样引发海啸。下面例子就是如此:

(1)1994年11月15日,在菲律宾民勤洛岛发生Mw(矩震级)7.1级地震,引发海啸,死33人,伤70人,造成一定的经济损失。它是一个典型的走滑型地震。节面1:走向339°,倾角70°,滑动角178°;节面2:走向249°,倾角88°,滑动角20°。节面1与马尼拉海沟平行,北西向马尼拉断裂作右旋错动。

(2)2005年6月15日,在美国加利福尼亚发生Mw7.2级地震,引发海啸,在克里塞梯城观测到20厘米高的海啸。这次地震是一个典型的走滑型地震。节面1:走向317°,倾角83°,滑动角175°;节面2:走向47°,倾角85°,滑动角47°。

走滑型地震反映地震断层沿走向滑动,断层两边沿走向作水平错动,按理不易引起海水扰动,但为何也会引发海啸呢?显然,是另一因素在起作用。

当然,以上观点仅属编者个人看法,目前普遍观点还是认为在海水较深。海底地形较陡,常发生6.5级以上地震,且多为倾滑型地震的情况下,比较容易引发海啸。

引发海啸的地震与震源深度的关系

关于引发海啸的地震的震源深度,一般认为近50千米。据统计,1900~1990年有仪器记录的引发海啸地震的震源深度,共140次。在海中或海岸附近不同震源深度的地震都可引发海啸,最浅的是1~10千米的地震,引发了18次海啸,占总数的13%;其中最浅的地震,震源深度为1千米,于1968年8月10日发生在印度尼西亚马古鲁群岛的7.6级地震引发海啸。震源深度大于60千米的只有8次,占总数的6%,最大深度是120千米;于1960年1月13日发生在秘鲁阿雷基帕的7.5级地震引发海啸,死9人,造成严重经济损失。而引发海啸最多的震源深度是21~30千米,次数是43次,占总数的31%。如果将21~30千米、31~40千米两个震源深度档次引发的海啸次数相加,则为71次,占总数的51%。显然这个深度是地震引发海啸的最佳深度,也是破坏性地震多发深度。由此可见,1~120千米深度发生的地震都可能引发海啸,而21~40千米深度发生的地震,引发海啸最多,而不是50千米。

地震海啸的分类

海啸可分为气象变化引起的风暴潮、火山爆发引起的火山海啸、海底滑坡引起的滑坡海啸和海底地震引起的地震海啸四种类型。其中地震海啸在发生地震时,海底地形的变动有两种形式:“下降型”海啸和“隆起型”海啸。这两种形式都会引起波动,形成巨大海啸。

1.“下降型”海啸

在地震发生时,海底地壳大范围下陷,随着迅速下陷,海水也会蜂拥而至,从而出现下陷地壳上方囤积大规模海水的情况。但是地壳下陷并不是无休止的,当下陷停止,海水突然受到阻力,就像某种东西飞速前进,忽然撞击上一个固体,那么这个东西必然会被弹出去,这时候的海水运动原理跟这一样,随即翻回海面的海水产生压缩波,形成长波大浪,并向四周传播与扩散。在这里我们可以联系到另一个知识点——海啸来临的前兆,异常退潮现象的发生,一般都是由于这种下降型的海底地壳运动而形成的。1960年智利地震海啸就属于此种类型。

2.“隆起型”海啸

海水陡涨,突然形成几十米高的水墙,伴随隆隆巨响涌向滨海陆地,而后海水又骤然退去。某些构造地震引起海底地壳大范围的急剧上升,海水也随着隆起区一起抬升,并在隆起区域上方出现大规模的海水积聚,在重力作用下,海水必须保持一个等势面以达到相对平衡,于是海水从波源区向四周扩散,形成汹涌巨浪。1983年5月26日,日本海7.7级地震引起的海啸属于此种类型。

地震引发海啸灾难实例

海啸是一种蓄积巨大能量,具有强大破坏力的海浪。当它到达近岸时,会形成10多米至几十米不等的“水墙”,如果海啸到达岸边,“水墙”就会冲上陆地,越过田野,以摧枯拉朽之势,横扫岸边的城市和村庄,瞬时人们都消失在巨浪中。之后,海滩上一片狼藉,到处是残垣断壁和人畜尸体。下面就按时间顺序回顾地震海啸给人类带来的巨大灾难的实例。

1755年葡萄牙里斯本地震与海啸

欧洲历史上有记载的最大一次地震,发生在1755年11月1日早上9时40分,震中位于欧洲大西洋东岸的葡萄牙首都里斯本的附近海域,震级为8.8级。

里斯本位于特茹河北岸,距河口约9千米,港口深广,是伊比利安半岛最好的港口,也是葡萄牙第一良港。1755年11月1日港口上依旧人来人往川流不息,没有人感觉到灾难将至,忽然间,雷鸣般的响声从地下传来,容不得人们去想,大地就已经剧烈地晃动、颠覆起来。瞬息之间,房屋倒塌,大火蔓延,海啸来袭,短短的6分钟,就夺去了6万余人的生命。

地震的一刹那,海水迅速后退,沙洲干涸,海滩见底;又迅速掀起滔天巨浪,呼啸而来,浪头高出原有海平面的15米之多,来来回回的海浪,淹没了大半个城市,退时将浮物和尸体一起席卷而去。据牧师查尔斯·戴维的记载,地震发生时,先是轻微震颤,接着地面开始波动,地声轰鸣不绝于耳,房屋剧烈摇晃,墙体开裂,屋顶坍塌。3次强震,使城市一半毁坏,地面出现裂缝,超过20个教区教会的大教堂化为废墟,在教堂做弥撒的和周围逃向街头的人们被坍塌砖石砸死砸伤者不计其数。由地震引起的火灾100多起,燃烧了6天6夜,皇家宫殿和大歌剧院完全被大火吞噬,图书馆珍藏的图书和宫殿豪宅珠宝都付之一炬。震中达到Ⅺ度,有感范围达259万千米。最悲惨的是新码头的深陷。这座码头的修建可谓是工程浩大,地面全部用大理石砌造,看上去不但美观,而且坚固,宽敞犹如大广场一般。无处可逃的人们将生的希望寄托于它。因为它远离建筑,不会被倒塌的建筑砸压,不会因飞石瓦片伤人,火焰也侵袭不到这里。它看来就好像是一个上帝赏赐给人们的“避难港”。市民们争相跑来避难,码头和货场上挤满了惊慌失措的人们,他们祈求能躲过这一次浩劫。可是悲剧发生了,蓦然间,码头下沉了,从裂缝中涌出惊涛骇浪。又是仅仅一瞬间,所有的一切都消失了,消失得无比彻底,海面上不见一具死尸,就连停泊在码头附近、载满了人的大小船舶,也被强大的旋涡卷入深海,一块碎片也没能浮出海面。被人们视为“避难港”的码头忽然变成了无边的地狱,陷落处成了深不可测的深渊,直至灾难过后,人们经过测量,才发现原来这个裂缝深度达180余米!

地震使得城市地面像干旱一样龟裂,又忽然会复合起来。死亡的陷阱遍地皆是。约有8000人被活活夹死在地缝中,加上码头深陷,共计有2万人活埋于地层之中。地震过后,接踵而至的是海啸,波及大西洋两岸,海啸以超过30米高的巨浪,迅猛冲向葡萄牙南部的阿尔加夫海岸地区,冲垮岸边的堡垒,将一切建筑都夷为平地。另外是里斯本附近的滨海城镇卡斯卡伊斯海滩的所有船只被巨浪吞没而被海水卷走,附近的房屋一层淹没在海水中。据牧师查尔斯·戴维的讲述,河面突然隆起6千米宽的大潮形成小山般的巨浪,咆哮着越过河堤吞噬着逃生难民,各种大小船只,随着波峰抛向高处,继之又跌入波谷,冲向新建不久的大理石码头,同时巨浪又将在此避难的民众和附近的船只卷入大洋之中。受海啸严重破坏的地区有大西洋东岸,葡萄牙、西班牙、摩洛哥沿岸、马德拉群岛、加勒利群岛、亚速尔群岛。影响较次地区有法国、英国、爱尔兰、荷兰、比利时沿岸地区。与此同时,海啸跨越大西洋于当日午后抵达安德列斯群岛,在安提瓜岛和马提尼克岛留下破坏记录,并使巴布达岛附近海面上升1米多高,大浪接踵而至。

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