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第21章 人与自然(2)

地震的大小用震级来表示,震级也是表征地震强弱的量度。震级是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的,通常用字母M表示。

目前,中国使用的震级标准是国际上通用的里氏分级表,共分9个等级。通常将小于2.5级的地震叫小地震,2.5~4.7级地震叫有感地震,大于4.7级地震称为破坏性地震。震级每相差1级,能量相差大约30倍;每相差2级,能量相差约900多倍。比如,一个6级地震释放的能量,就相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量;而一个7级地震所释放的能量,则相当于32个6级地震,或相当于1000个5级地震。

(3)地震烈度

地震烈度是衡量地震破坏程度的“尺子”。影响烈度的因素有震级、震源深度、距震源的远近、地面状况和地层构造等。

通常情况下,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。一次地震发生后,震中区的破坏最重,烈度最高;这个烈度称为震中烈度。从震中向四周扩展,地震烈度逐渐减小。所以,一次地震只有一个震级,但它所造成的破坏在不同的地区是不同的。

在不同的国家,使用的地震烈度标准也不一样。西方国家比较通行的是改进的麦加利烈度表,简称M.M.烈度表,从1度到12度共分12个烈度等级;日本将无感定为0度,有感则分为I至Ⅶ度,共8个等级;前苏联和中国均按12个烈度等级划分烈度表。

中国1980年重新编订了地震烈度表(见表)。

1度无感-仅仪器能记录到;

2度微有感-个特别敏感的人在完全静止中有感;

3度少有感-室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动;

4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;

5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;

6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;

7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;

8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;

9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;

10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;

11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;

12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;

小知识

塌陷地震

由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小,次数也很少,即使有,也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。

(4)地震的表现

地震在发生时,最常见的现象就是地面的连续震动,主要是明显的晃动。极震区的人在感到巨大的晃动前,有时还会感到地面的上下跳动。这是因为,地震波是从地内向地面传来的,纵波首先到达的缘故;接着,横波会产生大振幅的水平方向的晃动,这也是造成地震灾害的主要原因。1960年智利在发生大地震时,最大的晃动持续了3分钟。

(5)地震造成的危害

地震对人类造成的危害首先就是破坏房屋和构筑物,如1976年中国河北唐山地震中,70%~80%的建筑物倒塌,人员伤亡惨重。

其次,地震对自然界景观也有较大的破坏,最明显的就是地面出现断层和地裂缝。大地震的地表断层通常会绵延几十甚至几百千米,经常具有比较鲜明的垂直错距和水平错距,能够反映出震源处的构造变动特征。

在现代化的城市当中,地震还会导致地下管道破裂和电缆被切断,从而造成停水、停电和通讯受阻。另外,地震导致的煤气、有毒气体和放射性物质泄漏,还会引发火灾和毒物、放射性污染等次生灾害。

在山区,地震还可能引起山崩和滑坡,经常造成掩埋村镇的惨剧。而崩塌的山石还会堵塞江河,在上游形成地震湖。1923年日本关东大地震时,神奈川县就发生了巨大的泥石流,顺山谷下滑,远达5000米。

小知识

火山地震

由于火山的作用,比如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震,称为火山地震。只有在火山活动区才可能发生火山地震,这类地震只占全世界地震的7%左右。

火山:火山是由地下深处的高温岩浆及有关气体、碎屑从地壳中喷出而形成的。

火山爆发属于一种非常严重的自然灾害,并常常伴有地震爆发。

我们知道,火山可以分为死火山和活火山。在一段时间内没有喷发的活火山,则被称为睡火山(休眠火山);另外还有一种泥火山,严格上说它们不属于火山,但人们通常也将它看成是火山的一种类型。

(1)火山喷发的类型

由于岩浆性质、地下岩浆库内压力、火山通道形状、火山喷发环境(陆上或水下)等各种因素的影响,火山喷发的形式也多种多样。通常来说,火山喷发的类型主要有以下几种:

裂隙式喷发

裂隙式喷发是指岩浆沿着地壳上巨大的裂缝溢出地表的喷发现象。这种喷发通常没有强烈的爆炸现象,喷出的物质也多为基性熔浆,冷凝后常常形成覆盖面积较广的熔岩台地。比如,分布在中国西南的川、滇、黔三省交界地区的二迭纪峨眉山玄武岩和河北张家口以北的第三纪汉诺坝玄武岩,就是这种类型。

而现代裂隙式喷发则主要分布在大洋底的洋中脊处,在大陆上只有冰岛上能看到此类火山喷发,因此这种类型又被称为冰岛型火山。

中心式喷发

中心式喷发是指地下岩浆通过管状火山通道喷出地表的喷发现象。这也是现代火山活动的主要形式,又可以细分为宁静式、暴烈式和中间式。

宁静式火山在喷发时,只有大量炽热的熔岩从火山口宁静地溢出,并顺着山坡缓缓流动。溢出的物质是以基性熔浆为主,熔浆温度较高,粘度小,容易流动,而且含气体较少,不会产生爆炸现象。夏威夷的诸火山就是这种喷发现象的代表,因此这种喷发类型又被称为夏威夷型。

爆烈式火山在爆发时,会产生猛烈的爆炸现象,同时会从火山口喷出大量的气体和火山碎屑物质,而喷出的熔浆则以中酸性熔浆为主。

1902年12月16日,西印度群岛的培雷火山爆发,喷出了大量的粘稠岩浆,同时还喷出大量的浮石和炽热的火山灰。这种喷发就属于爆烈式喷发,也称为培雷型。

中间式喷发属于宁静式和爆烈式喷发之间的一种过渡型。这种类型以中基性熔岩喷发为主。如果有爆炸发生时,爆炸的威力也不大,但却可以连续几个月,甚至几年,长期平稳地喷发,并以伴有歇间性的爆发为特征。

靠近意大利西海岸利帕里群岛上的斯特朗博得火山,大约每隔2~3分钟就会喷发一次,夜间在50千米以外的地方都可以看到火山喷发的光焰,因此这里也被誉为“地中海灯塔”。这种喷发方式又被称为斯特朗博利式。

(2)火山喷发的阶段

气体的爆炸

火山喷发在孕育的阶段,由于气体出溶和震群的发生,上覆岩石裂隙化程度增高,压力降低,而岩浆体内气体出溶量不断增加,岩浆体积逐渐膨胀,密度减小,内压力增大,当内压力大大超过外部压力时,在上覆岩石的裂隙密度带发生气体的猛烈爆炸,使岩石破碎,并打开火山喷发的通道,首先将碎块喷出,相继而来的就是岩浆的喷发。

喷发柱的形成

火山喷发过程中的气体爆炸后,气体会以极大的喷射力将通道内的岩屑和深部岩浆喷向高空,从而形成了高大的喷发柱。

这种喷发柱又可以分为三个区:气冲区、对流区、扩散区。

气冲区位于喷发柱的下部,相当于整个喷发柱高度的十分之一。在火山通道内上升时,气冲的速度也会逐渐加快。当它喷射出地表射向高空时,因大气压力和喷气能量的消耗,速度会逐渐减小,这时被气冲到高空的物质,也会按重力大小在不同的高度开始降落。

对流区位于气冲区的上部,因喷发柱气冲的速度减慢,气柱中的气体向外散射,大气中的气体不断加入,形成了喷发柱内外气体的对流,因此称其为对流区。对流区气柱的高度较大,约占喷发柱总高度的7/10。

扩散区位于喷发柱的最顶部,此区喷发柱与高空大气的压力达到基本平衡的状态。喷发柱不断上升,柱内的气体和密度小的物质是沿着水平方向的扩散,故称其为扩散区。被带入高空的火山灰可形成火山灰云,火山灰云能长时间飘流在空中,对区域性的气候带来很大影响,甚至会造成灾害。此区柱体高度占柱体总高度的五分之一左右。

喷发柱的塌落

喷发柱在上升过程中,会携带着不同粒径和密度的碎屑物。这些碎屑物依照重力的大小,会分别塌落在不同的高度和不同的阶段。

通常来说,火山口半径大的,气体冲力小,柱体塌落的就快;如果喷发柱中岩屑的含量高,并且粒径和密度大,那么柱体塌落的也很快;如果喷发柱中重复返回空中的固体岩块多,柱体塌落的速度也很快;如果喷发柱中有地表水的加入,还能够增大柱体的密度,柱体塌落的也会更快。反之,喷发柱在空中停留时间长,塌落的就慢。

小知识

中国的火山喷发

中国最早记录的活火山是山西大同聚乐堡的昊天寺,它在北魏(公元5世纪)时还在喷发的。

1916年和1927年,台湾东部海区的海底火山先后爆发过两次,呈现出“一半是海水,一半是火焰”,蔚为壮观。

1951年5月,新疆于田以南昆仑山中部有一座火山爆发,当时浓烟滚滚,火光冲天,岩块飞腾,轰鸣如雷,整整持续了好几个昼夜,堆起了一座145米高的锥状体。

台湾北部海拔1130米的活火山--七星山,迄今还在喷发着大量硫磺热气。

泥石流:泥石流是山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水等水源激发的,含有大量的泥砂、石块的特殊洪流。

泥石流的典型特征就是突然暴发,浑浊的流体沿着陡峻的山沟前推后拥,奔腾咆哮而下,地面为之震动,山谷犹如雷鸣。在很短时间内,泥石流就会将大量的泥砂、石块冲出沟外,在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积,常常给人类生命财产造成巨大的危害。

泥石流是山区特有的一种自然地质现象,是一种高浓度的固体和液体的混合颗粒流。它的运动过程介于山崩、滑坡和洪水之间,是各种自然因素(地质、地貌、水文、气象等)、人为因素综合作用的结果。

(1)泥石流的形成条件

泥石流的形成必须同时具备以下三个条件:陡峻的便于集水、集物的地形、地貌;丰富的松散物质;短时间内有大量的水源。

地形地貌条件

在地形上,形成泥石流需要山高沟深,地形陡峻,沟床纵度降大,流城形状便于水流汇集。在地貌上,泥石流的地貌通常分为形成区、流通区和堆积区三个部分,其中,上游形成区的地形多为三面环山、一面出口的瓢状或漏斗状,地形比较开阔,周围则是山高坡陡,山体破碎,植被生长差,这样的地形有利于水和碎屑物质的集中;中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷,谷床纵坡降大,这可以令泥石流迅猛直泻;下游堆积区的地形多为开阔平坦的山前平原或河谷阶地,这样可以令堆积物有堆积的场所。

松散物质来源条件

泥石流通常会发生在地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造活动强烈、地震烈度较高的地区。这里地表岩石破碎,具有崩塌、错落、滑坡等不良地质现象,这些都为泥石流的形成提供了条件。另外,岩层结构松散、软弱、易于风化、节理发育、或软硬相间成层的地区,也因为容易受破坏,为泥石流提供了丰富的碎屑物来源。而一些人类的工程活动,比如滥伐森林造成水土流失,开山采矿、采石弃渣等,也为泥石流的形成提供大量的物质来源。

水源条件

水源是泥石流的重要组成部分,也是泥石流的激发条件和动力来源。泥石流的水源有暴雨、水雪融水和水库溃决水体等多种形式。通常来说,我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。

(2)泥石流的种类

泥石流的种类很多,按物质成分分,由大量粘性土和粒径不等的砂粒、石块组成的称为泥石流;以粘性土为主,含少量砂粒、石块、粘度大、呈稠泥状的称为泥流;由水和大小不等的砂粒、石块组成的泥石流,则称为水石流。

按泥石流的物质状态划分,粘性泥石流通常是指那些含大量粘性土的泥石流或泥流,这类泥石流粘性大,固体物质占40%~60%,最高达80%,其中的水不再是动力来源,而是组成泥石流的主要物质,而且稠度大,石块呈悬浮状态,暴发也突然,通常持续时间极短,破坏力也大;稀性泥石流则以水为主要成分,粘性土含量少,固体物质占10%~40%,有很大的分散性,水为动力来源,石块则以滚动或跃移方式前进,具有强烈的下切作用,其堆积物在堆积区呈扇状散流,停积后如同“石海”。

(3)泥石流的活动强度

泥石流的活动强度主要与地形地貌、地质环境和水文气象条件三个方面的因素息息相关。崩塌、滑坡、岩堆群落地区,岩石破碎,风化程度较深,容易成为泥石流固体物质的补给源;而沟谷的长度较大、汇水面积大、纵向坡度较陡等因素,又为泥石流的流通提供了条件;水文气象因素,则直接提供水动力条件。通常来说,大强度、短时间出现暴雨后,都容易形成泥石流,而且强度显然与暴雨的强度密切相关。

(4)泥石流的发生规律

泥石流的发生也具有一定的规律,分季节性和周期性。我国泥石流的暴发主要受连续降雨、暴雨,尤其是特大暴雨集中降雨的影响。所以,泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律比较一致,具有明显的季节性。泥石流通常发生在多雨的夏秋季节,由于集中降雨的时间差异而有所不同。

泥石流的发生和发展也具有一定的周期性,且其活动周期与暴雨、洪水、地震的活动周期大体相一致。当暴雨、洪水两者的活动周期相叠加时,常常形成泥石流活动的一个高潮。

云南省东川地区在1966年是近十几年的强震期,使东川泥石流的发展加剧。仅东川铁路在1970~1981年的11年中就发生泥石流灾害250余次。

1981年,东川达德线泥石流,成昆铁路利子伊达泥石流、宝成铁路、宝天铁路的泥石流,都是在大周期暴雨的情况下发生的。

(5)泥石流的危害

泥石流最常见的危害之一,就是冲入乡村、城镇,摧毁房屋、工厂及其他场所设施,并会淹没人畜,毁坏土地,甚至造成大量的人员伤亡。

比如,1969年8月云南省大盈江流城弄璋区南拱泥石流,就使得新章金、老章金两村被毁,97人丧生,经济损失近百万元。

其次,泥石流还会直接埋没车站、铁路、公路,摧毁路基、桥涵等设施,致使交通中断,还可引起正在运行的火车、汽车颠覆,造成重大的人身伤亡。有时,泥石流汇入河道,还会引起河道大幅度的变迁,同时间接毁坏公路、铁路及其他构筑物,甚至迫使道路改线,造成巨大的经济损失。