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為什麼會有地震?

2015/4/30 — 9:00

海地大地震
RIBI Image Library / flickr

海地大地震
RIBI Image Library / flickr

地震 (Earthquake) 是大自然最可怕的災害之一。試想想,我們自出娘胎即覺得最為穩固最為可靠的大地,竟然可以一下子晃動顛簸起來,而建築在其上的巍峨大廈,竟會像積木般一一倒塌!那種感覺是何等的可怖!「世界末日即將來臨!」的感覺是何等的強烈!

在古人看來,地震的出現,必定因為地下有巨大的妖魔在作怪,或是上天發怒而對人們進行懲罰。經過了科學的探究,今天的我們知道,地震乃是地殼運動的結果。而地殼之所以會出現運動,是因為地球的內部仍然十分熾熱,物質仍在運動所至。

首先讓我們了解為什麼地球的內部仍然十分熾熱。要知地球形成至今已有四十六億年之久,就算形成時經歷過高溫的階段,到了今天不是應該一早便已冷卻了嗎?這個問題的答案分為兩部分:第一是因為地球的體積極其龐大,是以即使到了今天,確仍保有形成階段的一絲餘溫。至於答案的第二部分,是地球內部包含著不少放射性物質。這些物質不斷透過「核衰變 (nuclear decay) 」而釋放出大量能量。正是這些能量,令地球內部的大量物質(我們叫「地幔層 (mantle) 」)仍然處於熾熱和熔化的狀態。

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接著我們要了解什麼是地殼 (Earth’s crust) 。地殼是地球最外圍的一層固體,它的平均厚度只有四十公里左右,比起接近一萬二千八百公里的地球直徑,厚度不足0.4%。如果我們以一隻烚熟了雞蛋作比喻,則包含了珠穆朗瑪峰(全球第一高峰,海拔 8848 米)和瑪利安納海溝(全球最深海溝,深 11,000 米)的地殼,實較包裹著雞蛋的那層薄膜還要薄!

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但地殼不是完整一塊地包裹著地球的。二十世界中葉開啟的研究令我們得知,全球的地殼原來分成很多不同的板塊 (tectonic plates) 。這些板塊中有的承載著大陸(如「非洲板塊」),有的承載著海床和之上的海洋(如「太平洋板塊」),另外一些則兩者兼有(如「印度洋板塊」)。而最重要的一點是,板塊與板塊之間存在著相對運動。這些運動的速度以人類的角度來看雖然十分緩慢,但就長期(以億萬年的尺度)來看可以令大陸和海洋的全球分佈面目全非;而就短期而言,則可導致可怕的地震不斷發生。

板塊為什麼會運動呢?這是因為在板塊之下,是十分熾熱而仍然不斷翻動的熔岩物質 (magma) 。正是這些熔岩的大規模對流運動 (convective motion) ,令其上的板塊保持不斷移動。

至此我們終於明白地震的成因了。板塊間的相互運動必然產生磨擦,而磨擦則產生了地震。

具體的情況當然較之上的解釋複雜得多。板塊間的運動可以是水平的相互錯動 (translational motion) ,也可以是近頭的碰撞 (collision) 。一些板塊會在這些過程中被毀滅,而一些新的板塊則可以因熔岩的上湧而得以伸展。但無論如何,板塊邊緣正是地質活動最頻繁的地方。其中最著名的例子,莫過於環著太平洋的地震帶和火山帶 (Pacific Rim of Fire) 。

但那是否表示,在板塊的內圍便不會有地震發生呢?那又不然。由於板塊運動時,對其內圍的不同部分會帶來不同的影響,因此內圍各部也會因受力的不同,而出現斷層 (fault lines) 和各種不穩定的地質形態,而當這些形態的儲存能量達到一定程度而被釋放出來時,猛烈的地震仍然可以在遠離板塊邊緣的地方發生。

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