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EARTH EXPLAINED · 课程指南大地为何震动
是什么让大地震动？地震为什么发生在它们发生的地方？我们如何测量地震？又是什么决定了地震造成多大的危害？
1906年4月18日清晨约5:12，圣安德烈亚斯断层沿着北加利福尼亚约296英里（477公里）的长度发生滑动，旧金山摇晃了大约一分钟。这堂入门课从这里讲起，按顺序回答四个问题。是什么让大地震动：地球外壳的板块每年移动几厘米，它们的边缘被锁住，岩石弯曲并积蓄能量，然后沿着断层突然断开，这就是哈里·菲尔丁·里德在1910年描述的弹性回跳。地震为什么发生在它们发生的地方：沿着板块边缘，即板块相互分离、相互错动或相互挤压的地方，其中最大的地震发生在俯冲带。我们如何测量地震：地震仪记录P波、S波和面波；震级衡量释放的能量，每升高一级约增加到32倍，而烈度衡量的是每个地点的震动。是什么决定了危害：2010年，一场7.0级地震在海地造成超过100,000人死亡，而智利的一场8.8级地震能量约为前者的500倍，却造成约500人死亡，因为智利按照严格规范建造的大多数建筑都屹立未倒。课程最后讲解应该怎么做：做好准备；伏地、遮挡、手抓牢；在海岸遇到强烈或长时间的震动后，前往高处。
1906年4月18日清晨约5:12，旧金山地下的大地开始起伏翻滚。强烈的震动持续了约45到60秒；建筑物倒塌，燃气管道断裂，大火燃烧了三天。在地球上的某个地方，大约每五分钟就会发生一次人们能感觉到的地震（每年约100,000次）。这一讲提出四个问题，并按顺序逐一回答。
地球的外壳破裂成许多板块，每年移动几厘米。在板块相接的地方，它们的边缘被锁住，而板块仍在继续移动，于是岩石弯曲并积蓄能量。当岩石再也承受不住时，就会沿着断层断开，两侧猛然错动：这就是地震。1906年，圣安德烈亚斯断层沿着约296英里（477公里）的长度发生滑动，使道路和围栏错开多达约20英尺（6米）。哈里·菲尔丁·里德比较了地震前后所做的土地测量结果，并用弹性回跳解释了这次地震（1910年）。
在地图上，地震勾勒出板块的边缘，其中环绕太平洋的边缘最为活跃（环太平洋火山带）。在板块相互分离的地方，比如冰岛，地壳被拉伸，岩块陷落：通常是震源浅、规模较小的地震。在板块相互错动的地方，这类断层大多位于海底，但在陆地上，比如圣安德烈亚斯断层，它们从城市附近穿过。在板块相互挤压的地方，通常一个板块会在俯冲带滑到另一个板块之下，有测量记录以来每一次9级或以上的地震都发生在俯冲带；在两块大陆相撞的地方，比如喜马拉雅，地壳皱缩形成山脉。少数强烈地震发生在远离板块边缘的地方，比如1811–1812年密苏里州的新马德里。
地震始于地下的某一点，往往在地下不到20公里处，破裂随后沿着断层迅速扩展；震中是起始点正上方的地表位置。地震仪先记录到P波，然后是S波，再然后是面波；S波和面波带来最强烈的震动。震级衡量能量：每升高一级，能量约增加到32倍，所以7级地震释放的能量约为5级地震的1,000倍。烈度衡量每个地点的震动：靠近断层处最强；规模相同时，震源较浅的地震震动更强；在松软地面上则强得多，比如1989年旧金山的玛丽娜区。
2010年1月12日，一场7.0级地震袭击了海地太子港的近郊；质量低劣的混凝土和砖结构建筑倒塌，超过100,000人死亡。2010年2月27日，一场能量约为前者500倍的8.8级地震袭击了智利近海。震动很强烈，但智利有严格的建筑规范，大多数建筑都屹立未倒；约500人死亡。预警系统可以提供几秒钟的预警，但在紧挨断层的地方则不行。做好准备（固定沉重的家具）；震动时，伏地、遮挡、手抓牢；在海岸，强烈或长时间的震动意味着要前往高处。从来没有人可靠地预报过大地震；科学家转而预测发生的概率。
地震是断层上的一次突然滑动，释放的是随着板块移动而慢慢积累起来的应变。大多数地震发生在板块相接的地方，最大的地震发生在一个板块滑到另一个板块之下的地方。震级衡量的是地震，烈度衡量的是震动，而建筑物决定了地震造成多大的危害。《地震201》将更深入地探讨：走进断层内部，穿过地球的核心，并走进预测的科学。
误解地震时最安全的地方是门口。
证据表明在现代住宅中，门口并不比房子的其他任何部分更坚固，也不能保护你免受坠落或飞来的物体伤害。请双手双膝着地伏下，遮挡住头部和颈部（如果附近有结实的桌子，就躲到桌子下面），并抓牢，直到震动停止。
误解震动一开始，就应该跑到室外。
证据表明许多人是在震动中移动时受伤的：摔倒，或者被建筑物上掉落的玻璃和碎片砸伤。请待在原地，伏地、遮挡、手抓牢；只有在震动停止后，并且确认安全时，才到室外去。
误解科学家能够预报地震。
证据表明从来没有人可靠地预报过一次大地震的时间、地点和规模。科学家转而预测未来数年和数十年内发生地震的概率：例如，30年内加利福尼亚某处发生6.7级或以上地震的概率超过99%（UCERF3，2015年）。
误解7级地震只比6级地震大一点点。
证据表明震级每升高一个整级，能量约增加到32倍，所以7级地震释放的能量约为6级地震的32倍，约为5级地震的1,000倍。
误解震级越大，死亡人数就越多。
证据表明危害取决于地震发生的地点、震源的深度、地面条件，而最重要的是建筑物。2010年海地的7.0级地震造成超过100,000人死亡；六周后智利的8.8级地震能量约为前者的500倍，造成约500人死亡。
在俯冲带，板块可能在广阔的区域内锁在一起。1900年以来的五次（1952年堪察加、1960年智利、1964年阿拉斯加、2004年苏门答腊、2011年日本）都发生在俯冲带（USGS）。 观看：地震发生在哪里
智利的地震释放的能量约为海地地震的500倍，并强烈地撼动了智利的城市，但按照从以往地震中汲取教训而制定的严格规范建造的建筑大多屹立未倒。在海地，质量低劣的混凝土和砖结构建筑倒塌了。 观看：是建筑，而不是地震
在海岸遇到强烈或长时间的震动，就是一种天然的海啸警报（NOAA）。地震本身可能就是你得到的唯一警报。 观看：是建筑，而不是地震
矩震级基于地震矩 M₀ = μ·A·D：岩石的刚度（μ，地壳岩石约为 3 × 10¹⁰ 帕斯卡），乘以发生滑动的断层面积（A），再乘以平均滑动量（D）。汉克斯和金森（1979年）定义了 Mw = (2/3)log₁₀M₀ − 10.7，其中 M₀ 的单位是达因·厘米；若 M₀ 的单位是牛顿·米，标准形式为 Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1)。整理后得到 M₀ = 101.5 Mw + 9.1，因此每升高一个整级，地震矩（以及大致上辐射的能量）就乘以 101.5 ≈ 32。里氏1935年的震级标度基于一台标准的Wood-Anderson地震仪在南加利福尼亚记录到的最大摆幅；对于非常大的地震，它会停止增长（饱和），这就是矩震级取代它的原因。
在地壳中，P波的传播速度约为 6 km/s，S波约为 3.5 km/s。某个台站记录到的P波和S波到达时间相差越久，地震就离得越远：一条经验法则是，S波与P波的时间差每一秒，大约对应8公里的距离。知道了三个或更多台站到地震的距离后，以每个台站为中心画出的圆会相交于震中。现代台网使用数百个台站，同时利用多种地震波的到达时间，还能确定震源深度。《地震201》将进一步讲解这些内容。
地震波从坚硬的岩石进入松软的沉积物时会减速。为了携带同样的能量，波会变得更高，所以松软的地面震动得更厉害：1989年，位于旧金山玛丽娜区海湾淤泥和人工填土上的地点，比附近岩石上的地点震动得强烈得多。如果松软的地面松散、多沙并且被水饱和，震动会把颗粒推开，使水承担起重量：这就是液化。如今的建筑规范会考虑地面条件，USGS的ShakeMap则根据地震本身和当地的地面条件，估算每个地点的震动。
1811年12月至1812年2月的新马德里地震发生在北美洲板块的中部，沿着里尔富特裂谷，这是地壳中一条古老的薄弱带。像这样的古老断层，可能会被板块传递到其内部的应力重新激活。由于北美洲中部和东部的地壳古老、寒冷而坚硬，地震波可以传播得很远而损耗很小，因此那里的地震能被感觉到的范围，比同等震级的西部地震大得多。
预测给出的是某个地区在一段时间内发生超过一定规模的地震的概率。第三版Uniform California Earthquake Rupture Forecast（加利福尼亚统一地震破裂预测，UCERF3，2015年，由USGS、California Geological Survey（加利福尼亚地质调查局）和Southern California Earthquake Center（南加利福尼亚地震中心）共同完成）综合了断层滑动速率、过去地震的历史，以及对地面缓慢运动的大地测量结果，得出30年内加利福尼亚发生至少一次6.7级或以上地震的概率超过99%。1975年，中国海城根据一系列前震进行了疏散，挽救了许多生命，但前震无法事先与普通地震区分开来。第二年，唐山地震（1976年）发生前没有前震，也没有任何预警，造成约240,000人死亡。目前还没有任何方法能够可靠地预报一次大地震的时间、地点和规模。
分析和解释有关自然灾害的数据，以预测未来的灾难性事件，并为开发减轻其影响的技术提供依据。
本集内容：震级与烈度、地震预警、建筑规范（海地和智利，2010年），以及加利福尼亚的30年预测。
建立模型，说明地球的内部过程和表面过程如何在不同的空间和时间尺度上运作，形成大陆和洋底的地貌特征。
本集内容：板块相互分离、相互错动以及一个滑到另一个之下的模型，以及大陆在喜马拉雅相撞的模型。
板块构造与地震：断层、弹性回跳、地震波、震级与烈度、地震灾害。
本集内容：这堂课涵盖了地震入门单元第一周的内容；地震定位和地球内部结构将在《地震201》中继续讲解。
1906年一个春天的清晨，五点12分，旧金山还在沉睡。就在这时，毫无预兆地，大地开始起伏翻滚。整座城市摇晃了大约一分钟。建筑物倒塌，燃气管道断裂，大火燃烧了三天。
0:16那天早晨在旧金山地下发生的事，在整个地球上随处都在发生。在地球上的某个地方，大约每五分钟，地面就会发生一次强到足以让人感觉到的震动。这些地震大多很小。但有少数地震改变了历史。
0:30在这一讲中，我们将从最基础讲起，围绕四个问题展开。是什么让大地震动？地震为什么发生在它们发生的地方？我们如何测量地震？又是什么决定了地震造成多大的危害？
要理解那天早晨发生的事，就要从大地本身说起。地球的外壳并不是一整块。它破裂成许多巨大的板块，像一个裂开的蛋壳那样拼合在一起。板块一直在移动，但移动得很慢，每年只有几厘米。这大约和指甲生长的速度一样快。
1:06在两个板块相接的地方，它们的边缘并不会平稳地滑动。它们相互卡住、锁定，而板块却仍在继续移动。边缘一带的岩石慢慢弯曲，就像一把你从一端推压的尺子。年复一年，它不断积蓄能量。
1:20最终，岩石再也承受不住了。它沿着一条叫作断层的裂缝断开，两侧猛然错动。积蓄的全部能量以波的形式在地下奔涌而出。这种突然的滑动就是地震。
1:351906年发生的正是这样的事。圣安德烈亚斯断层沿着近300英里、约480公里的长度发生了滑动。横跨断层的道路和围栏被撕裂开来。在一些地方，两侧错动多达20英尺，约6米。
1:53一位名叫哈里·菲尔丁·里德的地质学家，比较了地震前后所做的土地测量结果。测量结果显示，地面几十年来一直在缓慢弯曲，然后像一根被松开的弹簧那样猛然弹回。他把这称为弹性回跳。科学家至今仍用它来解释地震。
把所有地震都标在地图上，一个规律便一目了然。它们沿着板块的边缘排列。最活跃的边缘环绕着太平洋：这就是环太平洋火山带，我们有专门讲它的一讲。板块以三种方式相接，每一种都以自己的方式让大地震动。
2:29在板块相互分离的地方，比如冰岛，地壳被拉伸、开裂，一块块岩石向下陷落。这类地震通常震源浅，规模也比较小。
2:40在板块侧向相互摩擦错动的地方，地面会左右猛烈晃动。这类断层大多位于海底。但在陆地上，比如圣安德烈亚斯断层，它们可能非常危险，因为它们从城市附近穿过。
2:54在板块相互挤压的地方，通常一个板块会滑到另一个板块下面，这里被称为俯冲带。两个板块可能在非常广阔的区域内锁在一起。巨型地震就发生在这里。有测量记录以来，每一次9级或以上的地震都发生在俯冲带。
3:11在两块大陆相互挤压的地方，哪一块都不会下沉。相反，地壳会皱缩隆起，形成山脉，比如喜马拉雅山脉。陆地上一些最致命的地震就发生在这条地带上，从巴基斯坦一直到中国。
3:25也有少数地震发生在远离任何板块边缘的地方。在1811年到1812年的那个冬天，一连串强烈的地震震撼了美国中部的密苏里州新马德里一带。这样的地震很少见，但它们表明，板块边缘并不能说明一切。
每一次地震都始于地下的某一点，也就是断层最先破裂的地方，它往往位于地下不到20公里处。随后，破裂沿着断层迅速扩展。起始点正上方的地表位置就是震中，也就是地震地图上的那个点。地震波向四面八方传播开去，就像池塘里的涟漪。
4:04一种叫作地震仪的仪器会记录这些波，而它们总是按同样的顺序到达。最先到达的是P波，它会推挤和拉伸岩石。P波速度最快，通常也比较温和。接着到达的是S波，它让岩石上下或左右晃动。最后到达的是面波，它沿着地面滚滚而来。S波和面波带来最强烈的震动。
4:27为了比较地震，科学家给每次地震确定一个震级：用一个数字表示它释放了多少能量。震级每升高一级，能量就大约增加到原来的32倍。所以，7级地震可不只是比五级地震大一点点。它释放的能量大约是后者的1,000倍。
4:45你可能听说过里氏震级，它是第一种震级标度，创立于1935年。如今，科学家使用一种较新的标度，叫作矩震级，即使对于最大的地震也同样适用。
4:59震级描述的是地震本身。烈度描述的是震动：某一个特定地点的地面晃动得有多强烈。一次地震只有一个震级，却有许多不同程度的震动：靠近断层处最强，离得越远越弱。
5:15烈度不仅仅取决于距离。两次规模相同的地震，震源较浅的那次会让地表震动得更厉害。松软的地面，比如松散的沙土或人工填出的土地，会让震动严重得多。1989年旧金山的玛丽娜区就发生了这样的情况，我们在讲世界大赛地震的那一讲中讲述了这个故事。
工程师们有一句话：致人死亡的不是地震，而是建筑物。2010年1月，一场7级地震袭击了海地首都太子港的近郊。许多建筑是质量低劣的混凝土和砖结构，钢筋太少，它们纷纷倒塌。超过100,000人死亡。
5:59大约六周后，一场强得多的地震袭击了智利。这场地震为8.8级，释放的能量约为前者的500倍。震动很强烈，但智利有从多次致命地震中汲取教训而制定的严格建筑规范，大多数建筑都屹立未倒。约500人死亡。
6:19预警系统也能发挥作用。由于P波最先到达，断层附近的传感器可以捕捉到它们，并在强烈震动到来之前发出警报。日本和美国西海岸都有这样的系统。预警可能只有短短几秒钟，但这足以让火车减速、让消防站的大门打开，也让人们有时间躲避。在紧挨着断层的地方，可能完全没有预警。
6:45在地震发生之前做好准备：把高大、沉重的家具固定在墙上。震动开始时，立即伏地，双手双膝着地。遮挡住头部和颈部，如果附近有结实的桌子，就躲到桌子下面。手抓牢，直到震动停止。不要往外跑，也不要站到门口：在现代住宅里，门口并不比其他任何地方更坚固。
7:05强烈的震动还会带来其他危险：陡峭山坡上的山体滑坡、断裂的燃气管道引发的火灾，以及在海岸附近发生的海啸。如果你在海岸附近，而震动很强烈，或者持续超过大约20秒，请立即前往高处或向内陆转移。不要等待官方发布警报。地震本身可能就是你得到的唯一警报。
7:27大地震之后会有余震：在附近发生的较小地震，可能持续数周，甚至数年。从来没有人能够可靠地预报一次大地震发生的时间、地点和规模。科学家们转而预测地震发生的概率。加利福尼亚的官方预测认为，30年内该州某处发生一次强烈地震几乎是确定无疑的。
那么，有三件事需要记住。第一，地震是断层上的一次突然滑动，它释放的是随着板块移动而慢慢积累起来的应变。第二，大多数地震发生在板块相接的地方，而最大的地震发生在一个板块滑到另一个板块下面的地方。第三，震级衡量的是地震，烈度衡量的是震动，而建筑物决定了地震造成多大的危害。
8:16你脚下的大地每年都在移动几厘米。地震，就是大地把积攒下来的移动一下子补上的那些时刻。在《地震二零一》中，我们将更深入地探讨：走进断层内部，向下穿过地球的核心，并走进地震预测的科学。感谢收看Earth Explained。请订阅频道，收看下一讲；也欢迎在EarthWatch24-7上全天候观看这颗星球的实时直播。
本集图像：USGS、NOAA 和 NASA（公有领域），地图来自 NASA/USGS Landsat，经由 NASA GIBS 获取；动画由 EarthWatch 24-7 制作。完整版权信息： earthwatch247.com/credits.html.
EarthWatch 24-7. (2026). 地震101: 大地为何震动 [视频课程]. Earth Explained: 地震 101. https://earthwatch247.com/learn/earthquakes-101/zh/