里氏震级、能量,汶川地震与长崎原子弹

By | 2008 年 5 月 18 日

 

当前对于地震强度的表述方法,主要有两类:震级和烈度。

震级是表示地震本身大小的量度指标,目前比较常用的是里氏震级(Richter magnitude scale)和矩震级(Moment magnitude scale)。目前国家地震局将5月12日的汶川地震判定为7.8级,美国地质局已将此次地震修订为7.9级,这里使用的就是里氏震级。如果是7.8级的话,相当于在那一瞬间,2万颗长崎原子弹同时爆炸;如果是7.9级,则是33700颗以上。这是一场可怕的灾难,所带来的巨大影响和重大损失是很难估计的。(附计算过程,见文章末尾)

什么是里氏震级?

里氏震级是由美国的查尔斯·弗兰西斯·里克特(Charles Francis Richter)和本诺·古登堡(Beno Gutenberg)在1935年提出的一种震级标度,以发生地震时产生的水平位移作为判断标准。也就是说,在三种地震波(纵波,横波,面波)中,对地表破坏性最大的面波作为主要判断依据。在里氏震级的定义中,对一个100公里外发生的地震,如果伍德-安德森地震仪记录到地震波的最大振幅为1厘米,则震级为4。

里氏震级是怎样划分的?

根据里氏震级的定义,在震中100公里外,地震仪监测到最大振幅为1微米(千分之一毫米)的地震波,地震便是0级;10微米的地震是1级地震,1毫米的地震就是3级地震。以此类推,里氏震级每上升1级,地震仪记录的地震波振幅增大10倍。

里克特为了让震级更具有通用性,尝试使用地震释放出的能量而不是振幅来修订震级的定义——毕竟人们希望用更为直观的概念来描述地震的强度,而地震能量意味着地震造成的损失。

大地震的能量有多强?

随地震波而来是地底积蓄已久的能量。因为里氏震级并不像摄氏度这样是等分性的指标(即里氏震级不是线性单位而是对数单位),因此每两级地震所释放的能量也相差巨大。根据里克特在1953年提出的公式计算,每一级地震释放的能量都是次一级地震的31.7倍。这意味着,里氏震级每高出0.1级,就会多释放出0.412倍的能量。举例来说,7.9级地震释放的能量是7.8级地震的1.412倍。

8级地震将会释放4200000000000000000(4.2乘以10的十八次方)焦耳的能量,这相当于十亿吨TNT炸药爆炸的能量。按照到目前为止人类投入战争的最大当量的长崎原子弹来计算的话,相当于同时爆炸了47600颗以上。

需要说明的是,地震波传递的能量并不是地震释放出的所有能量,正如如同最强的一阵风并不是整个风暴全部能量一样。

怎样直观判断地震大概震级?

一般来说,我们把地震按强烈程度分为超微震、弱震、有感地震、中强震、强震和大地震六类。

超微震:一般将小于1级的地震称为超微震,人们察觉不到。

弱震:大于、等于1级,小于3级的称为弱震或微震。如果震源不是很浅,这种地震人们一般也不易觉察,只有地震监测机构的地震仪上才能记录下来。

有感地震:大于、等于3级,小于4.5级的称为有感地震。这种地震人们能够感觉到,但一般不会造成破坏。

中强震:大于、等于4.5级,小于6级的称为中强震。中强震是可造成破坏的地震。

强震:大于、等于6级,小于7级的称为强震,是可造成较大破坏的地震。

大地震:大于、等于7级的地震,其中8级以及8级以上的称为巨大地震,会造成严重的破坏。

什么是矩震级?

因为里氏震级是一个指数单位,在地震强到一定程度上的时候,将不会更精确地反应地震强度和震级之间的对应关系,也就是出现了所谓的“震级饱和“问题。实际上,8.2级以上的地震就存在这样的问题了。于是,从反映地震断层错动角度出发,人们提出了一种新的震级标度:矩震级。这是对断层错动引起的地震强度的直接测量,对于特大地震只能用矩震级来进行衡量了。目前,里氏震级和矩震级往往相结合使用。希望我们没有机会只能用矩震级来衡量某次地震的强度。

好像还有个地震烈度?

是的。地震对地表和建筑物等破坏强弱的程度,称为地震烈度。一次地震只有一个震级,但同一次地震对不同地区的破坏程度不同,地震烈度也不一样。一般来说,越远则烈度越小。这就像是在一枚炮弹爆炸时,离它的距离不同,受到的影响也不同。

影响烈度的因素有震级、距震源的远近、地面状况和地层构造等。一次地震只有一个震级,而在不同的地方会表现出不同的烈度。烈度一般分为12度,它是根据人们的感觉和地震时地表产生的变动,还有对建筑物的影响来确定的。我国1976年7月发生的唐山大地震,震中烈度达到了11度;天津市地震烈度为8度;而到了北京市,烈度已经降到6度了。

一般情况下仅就烈度和震源、震级间的关系来说,震级越大、震源越浅,烈度也越大。

地震烈度是如何划分的?

我国把烈度划分为12度,采用罗马数字表示。不同烈度的地震,其影响和破坏力大有区别。

I度:无感——仅仪器能记录到;

II度:微有感——个别敏感的人在完全静止中有感;

III度:少有感——室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动;

IV度:多有感——室内大多数人,室外少数人有感,悬挂物摆动,不稳器皿作响;

V度:惊醒——室外大多数人有感,家畜不宁,门窗作响,墙壁表面出现裂纹

VI度:惊慌——人站立不稳,家畜外逃,器皿翻落,简陋棚舍损坏,陡坎滑坡;

VII度:房屋损坏——房屋轻微损坏,牌坊,烟囱损坏,地表出现裂缝及喷沙冒水;

VIII度:建筑物破坏——房屋多有损坏,少数破坏路基塌方,地下管道破裂;

IX度:建筑物普遍破坏——房屋大多数破坏,少数倾倒,牌坊,烟囱等崩塌,铁轨弯曲;

X度:建筑物普遍摧毁——房屋倾倒,道路毁坏,山石大量崩塌,水面大浪扑岸;

XI度:毁灭——房屋大量倒塌,路基堤岸大段崩毁,地表产生很大变化;

XII度:山川易景——一切建筑物普遍毁坏,地形剧烈变化动植物遭毁灭;

早期的烈度表完全以地震造成的宏观后果为依据来划分烈度等级。但宏观烈度表不论制订得如何完善,终究用的是定性的判据,不能排除观察者的主观因素。为此人们一直在寻找一种物理标准来评定烈度,这种物理标准既要同震害现象密切相关,又要便于用仪器测定。首先被研究的物理量是地震时的地面加速度峰值。因为一般认为地震引起的破坏是地震惯性的力量造成的,而这种力量(不可称作惯性力)又决定于地面加速度。这样就给烈度的每一等级附加上地面加速度峰值。结果表明,烈度每增加一度,加速度大约增加一倍。后来加入烈度表的物理量还有地面速度峰值。中国现行的烈度表已经加入了加速度和速度两项物理量数据。

计算过程

一颗长崎原子弹的能量=21kiloton;

7.9级地震=600megatons

1megaton=1000kiloton

换算:600×1000/21=28571

而如果从8级地震以原子弹数逆推的话,7.8级是23884颗。

长崎原子弹爆炸大事记

1945年8月6日:美国B-29轰炸机“埃诺拉&m
iddot;盖伊”号在广岛投下一枚代号“小男孩”的原子弹,爆炸导致14万人死亡。

1945年8月9日:第二颗代号“胖子”的原子弹在长崎爆炸,造成约8万人死亡。

3 thoughts on “里氏震级、能量,汶川地震与长崎原子弹

  1. oukan

    8级地震将会释放4200000000000000000(4.2乘以10的十八次方)焦耳的能量,这相当于十亿吨TNT炸药爆炸的能量。按照到目前为止人类投入战争的最大当量的长崎原子弹来计算的话,相当于同时爆炸了47600颗以上。

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