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地震前地球光為什麽會發光?

1976年7月28日,午夜過去了,指針指向淩晨3點。中國北方的工業重鎮唐山,籠罩在極度沈悶的空氣中。這時,在戶外乘涼的人們看到東北方向升起了五顏六色的光束,就像強大的信號燈,把大地照得亮如白晝。這些光束有的是零散的碎片,有的像彩虹飛架,有的像升上天空的光束,有的像漂浮的小球。光束的顏色五彩繽紛,尤其是銀藍、白紫等罕見的復合色。高度有別,持續時間有長有短。這種火球曾經在唐山郊區燃起,烤焦了農田裏的水稻。有小學生看到這壹幕以為天亮了,就背起書包去上學了。結果他們鬧了個笑話。火焰散去,大地開始顫抖。幾秒鐘後,唐山壹片廢墟。

這是為什麽呢?

原來這是強烈地震的前兆,叫做地光。

很多強震都伴隨著發光現象。這種特殊的令人毛骨悚然的自然現象早在幾千年前就被註意到了。中國是世界上最早記錄陸地光的國家,《詩經·十月之交的瀟雅》古書曾描述過2800年前陜西岐山地震時的奇異聲光現象。書中寫道,“葉葉觸電,不安分。百川沸騰,山家崩。高岸是谷,深谷是陵。”其中,“葉葉榛殿”壹語指的是閃閃發光的地光。因為書上寫的十月是周歷,相當於現在的農歷八月,岐山、寶雞的雷雨季節已經過去,“十月雷電”明顯是誤傳,應該是地震前的地光現象。後來在其他史料中,也有很多關於地光的記載,比如“藍光這樣閃”、“子夜晨如晝”、“夜忽紅”、“紅光追城”、“天上紅光如馬”等等。

在國外,地光也引起了人們的廣泛關註。這種記載最早見於羅馬歷史學家塔奇隆編年史,記述了公元17年小亞細亞發生強烈地震。書上說地震前有人看到過天空閃耀著火光。日本的地光記錄也很早。據日本地震學家Yasuhiro Yasushi介紹,日本最早的陸地光記錄可以追溯到1500年前。不幸的是,這種猜測是沒有根據的。真正有記載的書是公元869年三代人的記載,其中描述陸奧地震海嘯時提到了發光現象,距今已經1100多年了。

人們很早就知道利用地面光的現象來預測地震。中國古人總結的六大地震前兆之壹就是地光。“半夜天黑,天空突然開朗,光芒四射。與日無異,必然是地震。”這樣的描述在很多書中都出現過。然而,作為壹種奇怪的自然現象,地球光在18世紀後被人們科學地探索。據日本地震史料記載,在1703 65438+2月5日8.2級地震之前,有壹位學者在研究了當地天空中奇怪的發光現象後,警告幕府官員,晚上會有強烈的雷雨和地震。當時他註意到了地震和發光的關系,值得稱贊。18世紀中葉,當時的英國和北歐地震頻發,並伴有地光閃爍。英國皇家學會召開會議討論這壹問題時,英國學者威廉·斯圖克雷(William Stukeley)首先試圖用表面電流解釋地球光的成因。自然,他的理解是錯誤的。20世紀初,意大利學者裏佐率先對地震發光現象進行了特別詳細的調查。他對1905年9月8日意大利卡拉布裏亞地震的發光現象進行了廣泛的研究。在他的影響下,另壹位學者加裏也廣泛收集了歐洲148次地震的發光數據,並在意大利地震學會1910年的報告中發表了研究論文。

20世紀30年代以後,地震發光研究進入全面發展階段,人們不再懷疑地球光的真實存在,開始出現解釋這壹現象的理論假說。在這些研究中,日本尤其領先。1965之後,日本學者安井康、近藤五郎、李等。用過的地磁儀器,旋轉式電流收集器等。,並拍攝了世界上第壹張地面光照片。1974年,我國學者馬宗晉在研究了邢臺地震以來的臨震宏觀現象後,提出“地光不僅僅是地震派生的結果,而應視為臨震發展的統壹過程”。也就是說,地面光要和同時出現的其他現象聯系起來考慮。隨著對地光現象數據的不斷積累,人們從復雜的地光形式中認識到其成因並不單壹。由於地光出現的時間短,機會難得,過去的地光數據往往缺乏詳細確切的解釋,特別是直到今天,儀器觀測的技術問題還沒有解決,因此地震地光成因的研究還沒有得出確定的結果,還處於假設階段。

地面光是由巖石的相對摩擦產生的。米爾恩是壹名地質學家,在這壹領域工作多年。壹天,他在野外收集巖石和礦物樣本。當他手中的錘子落在堅硬的巖石上時,小火花飛濺出來。米爾恩受到這壹現象的啟發,他第壹個提出了地光是地震時巖石間摩擦產生的發光現象。1954前蘇聯學者邦奇科夫斯基也把地震發光比作馬蹄鐵與石板路碰撞產生的火花。

這種說法是探索地光成因的有益嘗試,但它的解釋只對某些形式的地光有意義,對其他形式的地光很難奏效。比如有些地光發生在半空中,似乎與地面的巖石摩擦無關;有些地燈伴隨著類似熒光燈的自動閃爍,這顯然不能用摩擦光來解釋。另外,很難解釋為什麽在大範圍的地震帶上可以觀測到地面光、球面光和柱狀光。因為根據巖石摩擦發光假說,地光應該主要分布在破碎帶附近,與裂隙分布方向壹致,發光部分應該靠近地面。如遼寧海城1975地震時,在大青山縣菱鎂礦分布區看到壹條強烈的白光帶,與該區大量裂縫分布基本壹致,緊貼地面2 ~ 3秒,無明顯閃爍,隨後突然消失。這種地光可以用巖石摩擦產生光的觀點來解釋,但用這種方式來解釋所有的地光顯然是不全面的。

根據水的毛細管勢理論。日本學者安田無所事事,對物理學中的電動力學很感興趣。當他看到液體和固體的相對運動時,往往伴隨著壹些電學現象,即液體和固體的接觸面上會出現兩層不均勻的電荷。如果液體在壓力下通過固體毛細管,毛細管兩端會有電位差,這就是流動電位。這位學者萌發了水的毛細管勢理論,試圖在地熱成因問題上顯示自己的本事。他認為,強震影響的深度可以媲美地面的範圍。在受地震影響的深度範圍內,地下水受到擠壓,通過巖石的孔隙向上移動,產生流動勢。Terada推測,對地下水的壓力相當於壹個厚度為100 km的巖柱所產生的壓力。據計算,它產生的電位差可達300萬伏。顯然,如此巨大的電位差足以引起高空放電,形成地面光。寺田的理論得到了壹些日本學者的支持,但大多數國際學者對這壹理論提出了質疑。特別是美國學者麥克唐納對寺田計算的300萬伏電位差表示懷疑。這位美國人想象了地球中電位差的各種可能原因,研究了地下核爆炸產生的壓力對流經巖石和土壤中孔隙的地下水流動電位的影響。發現在300多米的深度範圍內,能產生的最大電位差只有幾百毫伏。即使地震的沖擊力能達到100公裏的深度,產生的電位差也只有幾百伏,比寺田說的要小很多。這麽小的電位差是不可能引起大氣發光的。

水的毛細管勢理論就這樣消亡了。

應時的壓電效應理論。芬克爾斯坦和鮑威爾是繼美國人麥克唐納之後,水的毛細管勢理論的主要反對者。在推翻了日本學者的理論後,他們提出了應時的壓電效應理論,試圖用地電位差來解釋地光的形成。

1970年,finkelstein和Powell首先發現了應時在地震孕育過程中的壓電效應。早在物理實驗中,科學家就發現,很多晶體受到擠壓或拉伸時,會在兩個平面上產生相反的電荷。這種現象被稱為壓電效應。今天,它已廣泛應用於各種電子設備和儀器,以及導彈、計算機和航空航天等先進技術中。壓電應時就是這樣壹種晶體。由於應時在地殼中廣泛分布,地震是巖層在長期應力作用下突然破裂的表現。可以想象,地震孕育過程中必然存在壓電效應。兩位學者得出結論,當應時在地殼中規則排列時,如果沿長軸排列的應時晶體的總長度相當於地震波的波長,就會發生震電效應。如果地震壓力為30-330 Pa,則有可能產生500-5000 V/cm的平均電場。這種電場足以造成暴風雨中閃電壹樣的低空放電現象,產生地光。由於地震發生時壓電效應不壹定存在,所以地震前幾個小時也能看到地面光。

根據這個理論,地光應該只出現在壹些特定的區域,那裏有大量的應時晶體以定向的方式排列。但在實際發生地光的強震區,地下巖石並不全是石英巖,而是各種巖石。然而,不管地下巖石的性質如何,地面光都可能出現,這與應時的壓電效應理論不壹致。此外,應時的壓電效應理論無法解釋在壹些地震區觀測到的“電磁風暴”這壹獨特現象。

更難解釋的奇怪現象。1966,前蘇聯塔什幹地震前幾小時,塔什幹上空突然發生電磁風暴。天空中耀眼的白光就像壹盞鎂光燈,讓人頭暈目眩。更讓人驚訝的是,室內的日光燈無緣無故就自己亮了。科學家們觀察到電離層中的電子密度達到了峰值。

顯然,用以前的假說很難解釋這種地光的奇特特征。

1972年,日本學者安景峰等人提出了“低層大氣振蕩”的觀點。他們認為,由於大氣中含有各種正負離子,地球具有微弱的導電性。當大氣中的氣體分子受到來自太空的宇宙射線和地球本身的放射性元素的撞擊時,這些氣體離子就會因此帶電。地震區往往存在以氡為主要成分的放射性物質,這些放射性物質通過地殼振動被搖入大氣,特別是在中酸性巖石的分布區和含放射性物質較多的斷層附近,大氣中氡的含量會顯著增加,也會增強大氣的離子電導率。這時候,如果地面上有天然電場,就會大規模向空中放電,使得地光閃爍。

中國地震學家研究遼寧海城地震後發現,震前氡含量明顯增加,大氣中的電離子也明顯增加,在震區上空形成電荷密集區。大氣電導率增加後,可能在地面電場的作用下放電發光,大規模放電和氡轉化釋放的射線可能產生熒光,使熒光管發光。

這種低層大氣發光理論是目前比較成立的假說。但也有人認為熒光燈管發光的原因與地震時的高頻地震波有關。

此外,最近有人提出,粘土礦物也是地球光的光源之壹;還有人再次提出了巖石摩擦生熱與地光的關系,並考慮了電場的形成。這些觀點都不能令人滿意地解釋地面光的成因。

根據現有資料,地光是地震時各種原因引起的發光現象的總稱。為了徹底揭開其形成之謎,需要加強對地光的科學觀測,特別是利用現代先進的技術和設備,及時捕捉關於地光的各種信號,並仔細區分不同的類型,最終了解地光的秘密。

我國地球物理學家郭最近從巖石破裂實驗研究中了解到,當巖石在壓力下破裂時,會發出很強的電子流。地震前,巖石因地殼應力而開裂,這也產生了強烈的電子流。這些電子流可以通過地殼的裂縫進入大氣,電離空氣分子,產生陸地光,這是目前世界上對陸地光的最新解釋。