青海出现的地震光是什么?能预报地震吗?

2022年01月26日 12:09 次阅读 稿源:上海科技馆 条评论

1月8日凌晨1时45分,我国青海省海北州门源县发生6.9级地震。 地震发生时,出现了这样一个现象:一束光团腾空而起,一瞬间夜晚亮如白昼,紧接着地面开始抖动。

图源:bilibili

监控中的画面让人胆战心惊的同时,也不免产生好奇。这就是人们常说的地震光吗?地震光能预报地震吗?

01

什么是地震光?

地震光也叫地光,是地震发生前地球内部物理场复杂变化的一种表现,是地应力增强的一种外部表现形式。

关于地震光,历史上有不少记载,比如我国古代典籍《震兆六端》中就有这样的描述:“夜半晦黑,天忽开亮,光明照耀,无异日中,势必地震。”这与青海门源地震中拍摄到的景象何其相似!不能说复制粘接,简直是一模一样。

图源:科普大世界

不过,也不能想当然地认为有地震就会有地震光。地震光并不是伴随着所有地震的必然现象,它反而像是一种随机的例外。

前人对地震光的记录中指出,地震光出现最多的是七级或七级以上地震,只有少数地震光在六到七级地震中出现,低于五级地震就没有地震光了。地震光的特征在于:

发生地点以山区为多、平原为少;

震时最多、震后较少;

颜色以蓝白为主、黄色为辅。

青海门源地震达到了6.9级,各方面特征尤其是视频记录也与前人对地震光的描述相符合,看来这次监控中拍到的,应该就是对大多数人来说难得一见的地震光。

02

地震光如何产生?

在前人的研究中,提出了几种解释地震光的因果机制:压电效应、摩擦-汽化、氡放射、气体扩散等等。这些复杂的名词,到底哪个才是地震光的真正推手呢?

首先应该明确的是,无论具体原因是哪一种,地震光的出现与地震时强烈的、能量巨大的地质构造变化有关。

例如,青海门源地震发生后,地震考察工作队在冷龙岭断裂的西段开展地震现场考察时,发现了长约22公里的地表破裂带。地表和冰面上都出现了连续的裂隙、挤压、鼓包等地表破裂形式,有的地表裂缝宽达0.5米以上,鼓包高达1.5米。

图源:青海省地震局

考察队专家根据地裂情况等,初步判定本次地震的发震构造为冷龙岭断裂的强烈地质活动所致。这样强烈的地质活动,为地震光的产生提供了机会和能量。

图源:青海省地震局

压电效应

1970年,芬克尔斯坦和鲍威尔提出了地光是由于石英受压引起放电的观点,物理上称为“压电效应”。压电效应,简单地说就是某种物体受到外力作用(比如挤压),表面就会产生电荷的一种现象。

自然界中有二十多种晶体具有压电效应,其中最具有代表性、应用最广的是石英晶体。两块石英轻轻一碰就会撞出火花放光,俗称“打火石”;一块水晶受外力挤压更会放电发光,俗称“放光石”。

图源:gimg2.baidu.com

在发生地震前,随着孕震过程中应力的加大,部分岩石可能会以某种类似电子发射的方式造成电荷的积累,当电荷密度达到每平方米0.1微库仑时,就能看到发光现象。这时的电场强度可以达300万伏每米,同雨天大气放电不相上下。这么强的电荷,瞬间放电发光,似乎也不难理解。

摩擦-汽化

摩擦-汽化理论认为,大地震期间地质剪切带将发生显著的摩擦加热。在适当的条件下,这将导致剪切带内或附近的水发生汽化,并导致岩石的电导率由10-1秒/米下降到10-10秒/米(下降为原来的1亿分之1)。这两方面因素,会导致剪切带内显著的电荷分离。

就是说,大地震时强烈的摩擦会产生很多电荷,同时由于产生了很多水汽,岩石导电率大大降低,使得产生的电荷没法及时传导到别处,在短时间内越积越多,最后只能释放到空气中,形成了类似大气放电发光的现象。

氡放射

氡(dōng)是一种无色无味、具有放射性的惰性气体。氡不仅具备继续衰变的特性,还有较强的渗透性、扩散性和流动性,可以借助断层、裂隙运移,也可以溶于水或有机质。在地质环境中,氡除了以气态方式迁移外,还以溶解态伴随地下水和土壤水,从地下深部运移至地表。

氡是目前国际上普遍认可的、获取地震前兆异常的七大观察指标之一。实验研究发现,当岩石受到外部环境挤压、震动等外力作用时,反应灵敏的氡会非常容易从岩石中释放出来。

氡放射理论认为在地震时,大量释放的氡发生放射现象而发光。其实,各种稀有气体通电确实能发光,是霓虹灯的发光材料。但是氡气具有放射性,并不适用于照明光源,大概也没人见过氡气发光,因此笔者对于氡放射这个理论还是存疑的。

分别为:氦、氖、氩、氪、氙

图源:qitihui.com

气体扩散

相比于上面几种理论,气体扩散理论就相对比较好理解了。气体扩散理论认为是震区地下的甲烷等气体物质,在地震时,沿地面裂缝冒出地面,扩散之后被地震释放的静电点燃而产生地震光。

上述各种理论还都处于理论阶段,各有道理也各有缺陷,或许地震光产生的真实原因,是多种机制共同作用的结果也未尝不可。

辟谣

但是,网络上对地震光的一些介绍,确实值得商榷。

在这段介绍中,温度升高、摩擦生电、水汽化都对,但是说水分解成氢气和氧气就不对了。蒸发是物理变化,水电离是化学变化,完全不是一件事,而且水电离的条件也绝不是地震时的高温条件。地震能让水分解成氢气和氧气,就如同讲“水变油”一样不可理解。

03

地震光能预报地震吗?

如同看见闪电,我们会下意识捂住耳朵等待雷声一样,闪电的光芒虽然意味着闪电已经发生,但可以用来预报接下来的雷声。

当人们能看见地震光时,意味着地震已经发生。因此,并不能用地震光预测是否会发生地震。但是光的传播速度比地震波快多了,看见地震光,倒是可以预报后续地震波的到来,就像视频中那样,地震光出现后一段时间出现了剧烈晃动。从这个角度看,用地震光来预报地震波的到来,也未尝不可。

了解地震相关知识,是做好安全防护的重要途径。最后,祝愿震区同胞一切安好。

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