地震形成的原因是什么?

地震形成的原因是什么?

我之前为青少年杂志社写的一篇地震科普文应该可以用上。

我们对地震这个词并不陌生,汶川大地震、唐山大地震等大地震给我国带来了很多灾难和损失,今年2月的土耳其大地震也是引发全世界关注。

既然地震对我们危害如此巨大,被称为“群灾之首”,我们人类对其就做了很多研究,那么如今的地震成因有哪些解释呢?我们今天就来谈谈这个方面。

我们研究的最多的就是天然的构造地震,这是地壳的基本运动之一,是岩石圈释放能量的一种方式。它的成因有多种假说,其中弹性回跳说和粘滑说是运用最广泛的地震成因假说,这也是基于目前地质学的研究成果所能对地震作的最佳解释,当然以后随着人类对地球内部的认识进步,可能还会有更好的描述地震的模型和解释。

我们把地壳中的岩石想象成橡皮筋,在地壳板块的相互运动中橡皮筋受力被拉扯,慢慢的就变成一根绷直的橡皮筋,从而存储了大量的弹性势能,它受到的力量不断变化的过程中,突然橡皮筋“咻”的一下弹回去了,或者“啪”一下绷断了,这个弹回去或者绷断的过程就是地震。这就是弹性回跳说。弹性回跳说是出现最早、应用最广的关于地震成因的假说。

用科学的解释弹性回跳说,就是在地底深处的岩石受到各种压力和地应力的影响发生了弹性变形,在力消失之后便向相反的方向整体回跳,恢复到未变形前的状态,或者力量不断积累超过了岩石自身能够承受的力量极限,岩石突然发生破裂。这种弹跳或者破裂可以产生惊人的速度和力量,把长期积蓄的能量于霎那间从破裂或弹跳的地方释放出来,造成地震。

我们把地壳比喻成摆满书的书架,书架上的书就是不同的岩石和地块,两本书之间接触的部位也就是断层,当我们从中抽出一本书的时,要克服“断层”上的摩擦力,当我们抽书的力增加到足够大的时候,这本书就突然相对于其他书移动了,这也就是地震的发生。不过在地震发生后,施加的力会立即变小,使得书又停止不动,等力量又慢慢增大,直到下次滑动,这就是粘滑说。粘滑说则是弹性回跳说的扩展。简而言之就是地下的岩石一般情况下受到强烈摩擦力影响粘在一起不会滑动,但是一旦积累的应力超过了摩擦力,那么它们就会相对断层发生滑动,这也就是地震的发生,地震发生后又相对不动,等待下次应力达到摩擦力的时候再发生下次地震。

断层其实就是地壳中岩层受到应力影响而发生断裂位移的部位,它是地震发生的主要构造。大多数地震的发生就是岩层沿着断层发生移动和破裂的过程,断层也叫断裂,多个断层集合起来就叫断裂带。因此我们看一些地震新闻的时候,就会听到地震的发震构造是某某断裂等解释。

此外,针对深源地震(震源速度在300公里以下)的成因科学家也提出了一些假说,如地下物质在高温高压条件下,引起岩石的矿物晶体结构发生突然改变,导致岩石体积骤然收缩或膨胀,形成一个爆发式震动源,于是发生地震。以及地幔中的岩浆向地壳中的薄弱部位冲击,使地壳破裂和发生运动,产生了地震。不过对于危害性很大的浅源地震,还是用弹性回跳和粘滑说解释比较科学。

粘滑说提到了地震发生最重要构造——断层,因为断层两边的岩石受力方向不一样,导致了断层运动的方式不同,就形成了不同种类的地震,我们也可以用形象的比喻来说明不同破裂运动方式的地震。地震根据断层破裂运动方式不同分为:走滑地震、逆冲地震和正断层地震。

我们把地壳比喻成威化饼干,岩石地层和威化饼类似,总体上可以看成是一层层脆性物质叠起来的。当威化饼干受力沿着断层发生断裂,这也就是地震。现在我们来模拟不同运动类型地震:

将饼干平放在桌面上,两个手一个按住威化饼的头,一个按住威化饼的尾,分别朝不同方向使劲。其结果就是,威化饼干产生了平行地面的断裂和错动,这就叫做走滑地震。今年的土耳其大地震就是典型的走滑地震。

在土耳其地震中,公路被走滑断层切过,形成了3~4米的断裂错动,这是走滑地震的最好证明。

我们再把另一个威化饼干放在桌子上,用两只手从两边往中间挤它,其结果就是,威化饼干断裂之后其中一段插到了另一段上方,这就是逆冲挤压地震。311日本大地震就是逆冲地震。

汶川地震中,断层一边被垂直抬升了几米,这是逆冲地震的最好证明。

最后再用一个威化饼干作实验,用两只手互相拉它两边,饼干被拉断,这就是正断层地震,当年的华县大地震就是正断层地震。

地震能量和动力的最终来源是地幔内部的对流和来自于地心的一些物理化学反应,这些具体的现象还在等待人类的继续研究。

注:关于断层滑移类型的解释来自于@地星引力 的回答