【國語日報專區】地震專題：什麼是地震波？

地震時，我們會覺得大地搖來搖去的。但根據科學家的說法，這並不單單只是大地搖動而已，而地震也未必就發生在我們正下方呢！

地震的發源地

地震的起始點，是地底下的岩層發生破裂與斷層，同時釋放的能量。破裂的範圍越大，釋放出來的能量就越大，能量會形成波動，並藉著岩層傳播。

這種傳播方式就像我們在一個池子旁用力拍打水面，水面上激起的波浪會傳到對岸那樣，也就是說，能量以「波」的方式傳遞。

圖片截取自國語日報104年7月27日科學版，柯欽耀繪。

另一種大家熟悉的波是「聲波」，聲音是透過空氣分子來傳遞，從嘴巴、喇叭等發出聲音後，引起空氣分子的振動，將聲音傳到耳朵。

用音叉振動空氣分子來說明「波和介質」的關係

「波」要仰賴介質傳遞

前面提到「波」的運動中，我們把水、空氣等東西稱作「介質」，介質扮演的角色就只有傳遞能量。雖然空氣分子、水分子在傳遞波動時會產生振動，但它就像是教室裡的同學，從第一排開始把「能量」(就想像成一個叫做能量的東西吧！)往後面傳到最後一排，第一排的同學雖然一直坐在位子上，但藉用手部的運動，把能量傳給第二排的同學、第二排的同學又傳給第三排…最後能量還是確實的傳到了最後一排。

地震波和一般波動的不同

看過水、空氣當作介質的例子，我們可以發現水和空氣都是沒有具體形狀的物質，所以要讓它振動好像不會很難，但是，地震波的介質可是硬邦邦的岩層耶！要讓岩層變形又恢復原狀，似乎很難？但其實或多或少我們都有聽過或是做過用固體傳遞聲音的實驗哦！像是用棉繩、紙杯來做的聽筒傳聲的玩具，或是古裝劇中利用聽地面振動來知道遠方馬匹軍隊的距離，皆是聲波在固體中傳送的例子。此外，看似硬邦邦岩層，和強烈的地震波似乎水火不容，但是厚實的岩層遇到地震波，不僅不易破壞，還能藉由岩層本身些微的彈性來傳送震波。

地震波中的P波就像聲波，岩層會因為壓縮、伸長而形成波動。地震波中的S波則是因為岩層的扭曲變形而呈現上下振動的形貌。

測量地震波

所以，我們在各地的地震站，可以幫助我們測得地震的「震度」，中央氣象局將震度分級分為○到七級，震度越大，代表地表的晃動越大，一般來說，離地震發生處越近震度越大。其實這背後的道理就是因為地震波在經過岩層傳播時，多少會損失一點能量，至於我們常聽到的「規模7.3、8.2…」則是藉由許多地震站收到震波後算出來「地震的大小」，因為是綜合多個地震站算出來的，也就只會有一個值了。早年的科學家因為不了解地震波是什麼、又是怎麼來的，所以對於地震的成因困擾了很久，直到19世紀才有科學家嘗試用數學解決，後來才漸漸了解地震波的特性，而現在我們不止更加了解地震波，甚至把地震波當作檢查身體的超音波、斷層掃描，認識地下的樣貌。