地震
dì zhèn
地震是岩石沿断层发生破裂和滑动、突然释放储存能量而造成的地面震动。
Definition
地震是地下深处长期受到挤压的岩石最终发生破裂和滑动，从而引发的突然地面震动。当断层上的应力超过摩擦力时，岩石中储存的弹性能量便会释放出来，形成地震；地下最先发生破裂的地方叫作震源，其正上方的地表位置叫作震中，能量则以地震波的形式向外传播。震级衡量释放的能量大小，烈度衡量某一地点感受到的震动强弱，大多数地震都发生在板块边界沿线。地震源于弹性回跳理论所描述的断层摩擦失稳。矩震级 $M_w$ 由地震矩 $M_0 = \mu A D$（岩石刚度、破裂面积和平均滑动量的乘积）推算而来，公式为 $M_w = \frac{2}{3}\log_{10} M_0 - 6.07$（以牛顿·米为单位）。破裂以约每秒 $2$ 至 $3\ \text{km}$ 的速度传播，一次震级为 $9$ 的破裂可延伸达 $1{,}000\ \text{km}$，持续数分钟之久，余震则按照大森定律衰减，而古登堡－里克特关系表明，震级每降低一个单位，地震数量大约增加十倍。美国东部的板内地震发生在被远场应力重新激活的古老断层上。
Example
缓慢弯折一支木铅笔：它会先弯曲一点，然后突然一下子折断，断层上的岩石也是同样的道理，而那一瞬间的“折断”正是地震。2020 年发生在北卡罗来纳州斯巴达的地震（震级 $5.1$）是该州一个多世纪以来最强的一次地震，在夏洛特也能感受到震感，而 1886 年的查尔斯顿地震（震级约为 $7$）则破坏了卡罗来纳各地的建筑物。1960 年智利瓦尔迪维亚地震（矩震级 $9.5$）是有记录以来最大的一次地震。美国东部的地震感受范围，在同等震级下可比西部大出十倍，因为古老而寒冷的地壳能够高效地传递地震能量。
Key Insight
每天都会发生数以千计的小地震，其中大多数都太弱，没有人能够感受到。震级每提高一级，释放的能量大约增加 $32$ 倍，因此一次震级为 $7$ 的地震所释放的能量，大约相当于震级为 $5$ 的地震的一千倍。地震无法在具体日期和地点的意义上被预测出来，但可以通过统计方法进行概率预报。如今的地震预警系统能够探测到最先到达的纵波，并在具有破坏力的横波抵达之前的几秒钟内发出警报。