地震可以產(chǎn)生很強(qiáng)的破壞力,毀壞建筑物,撕裂大地,改變地貌,引發(fā)海嘯,這是嚴(yán)重影響人類的一種自然災(zāi)害。那么,地震最強(qiáng)可以達(dá)到什么程度?多少級(jí)的地震能撕裂地殼,甚至震碎地球?
地震產(chǎn)生的原因有很多種,這里只考慮對我們影響最大、最為常見的起因——地殼運(yùn)動(dòng)。地殼是地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最外層,我們都生活在地殼之上。不過,地殼并非保持固定,而是會(huì)不斷運(yùn)動(dòng)。
地殼漂浮在地幔的上方,它并非一個(gè)整體結(jié)構(gòu),地質(zhì)學(xué)家將其分為七大板塊。當(dāng)兩個(gè)板塊之間發(fā)生碰撞時(shí),板塊交界處的巖層受到強(qiáng)烈的擠壓和沖擊而發(fā)生形變。一旦超過巖層的機(jī)械強(qiáng)度,它們就會(huì)發(fā)生斷裂,巨大的應(yīng)力會(huì)被釋放出來,導(dǎo)致地殼發(fā)生震動(dòng),這就是地震。
目前,有記錄的最強(qiáng)烈地震為里氏9.5級(jí),這就是1960年發(fā)生在智利的瓦爾迪維亞大地震,持續(xù)時(shí)間達(dá)到了12分鐘,大量建筑被毀,并引發(fā)巨大的海嘯。那么,9.5級(jí)是什么概念呢?里氏等級(jí)是如何定義的呢?
在地震時(shí),會(huì)向外釋放出地震波。地震學(xué)家通過地震儀可以測量出地震波的振幅,由此就能得到地震的震級(jí)和能量。具體而言,地震的能量和震級(jí)存在如下的關(guān)系:
可以看到,隨著震級(jí)的增加,能量呈現(xiàn)指數(shù)式地增長。震級(jí)每增加一級(jí),能量就會(huì)增大31.62倍;震級(jí)每增加兩級(jí),能量則會(huì)增大1000倍。
根據(jù)上式計(jì)算可知,里氏9.5級(jí)地震所釋放出的能量為1.1×10^19焦耳,相當(dāng)于26.8億噸***當(dāng)量。人類引爆過威力最大的氫彈為沙皇炸彈,其爆炸當(dāng)量為5000萬噸***。也就是說,9.5級(jí)的智利大地震釋放出的能量超過了53枚沙皇炸彈,甚至達(dá)到了目前全球核武庫總當(dāng)量的1.8倍。
盡管9.5級(jí)智利大地震的能量釋放十分巨大,可以讓地球自轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏移,并讓地球的自轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。但這種大地震的實(shí)質(zhì)性影響范圍是局部的,地球上的其他地方都沒有受到影響。
6500萬年前,那顆引發(fā)第五次物種大滅絕的小行星撞擊地球后,所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于12.5級(jí)的地震,結(jié)果也沒有撕裂地殼,更不用說震碎地球。
那么,需要多強(qiáng)的地震才能摧毀地殼?震碎地球又要多少能量呢?
地殼的主要成分為玄武巖和花崗巖,它們在1300℃的溫度下會(huì)熔化掉。要讓厚度幾十公里的地殼全部熔化掉,所需的能量約為4×10^23焦耳,這相當(dāng)于里氏12.5級(jí)的地震。雖然6500萬年前的小行星也產(chǎn)生了那么多的能量,但由于是外部撞擊,大量能量消散在大氣中,所以并不會(huì)讓地殼都熔化掉。
另一方面,如果要震碎地球,就需要打破讓地球維持整體的引力結(jié)合能2×10^32焦耳,這相當(dāng)于里氏18.3級(jí)的地震,或者相當(dāng)于智利大地震的17.8萬億倍。
理論上,地球上不會(huì)發(fā)生超過里氏10級(jí)的地震。因?yàn)閹r層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是有限的,其能量不會(huì)無限積聚,到達(dá)一定程度就會(huì)釋放出來。因此,地球本身是不會(huì)震碎自己的。