2016年11月6日 星期日

【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7.38.2…」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。

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