里斯本大地震与地震波
【信息时间：2024-11-19 阅读次数： 】
前几日，小编同大家一块聊到了一场对后世来说影响深远的大地震——1755年里斯本8.9级大地震。虽然这场地震因其对里斯本巨大的破坏力和毁灭性打击成为历史长河中一道抹不去的伤痕，但是它的发生也给欧洲乃至世界带来很多里程碑式的影响。比如我们前文提到的，震后开展了近代史上第一次具有科学意义的震后灾害调查、在灾后重建中引入现代城市规划理念、开展抗震新技术的开发运用等。
那么今天我们就接着上次的话题，说说由里斯本地震带来的另一项里程碑式的影响。
01 地震波的发现
里斯本大地震后，在首相庞巴尔领导下，震区广泛开展的震后灾害调查成为了现代地震学研究的催化剂，不少科学家随后对地震起因展开近代科学意义上的思考与探索，其中就包括现代地震学的奠基人——英国科学家约翰·米歇尔。
约翰·米歇尔（John Michell）是一位在地震学、天文学和物理学等领域都有着重要贡献的杰出科学家，他的工作不仅对当时的18世纪产生了深远影响，也为现代科学的发展奠定了基础。他在1783年提出了黑洞的概念，这一观点在当时是革命性的，为后来的天体物理学研究奠定了基础。
在地震学方面，结合里斯本大地震中获取的地震资料，约翰·米歇尔对地震的成因和过程进行了研究，并于1760年撰写了有关地震的研究报告。虽然他尚未对地震成因做出正确的解释，但是一些观点依然体现出了现代地震学研究的重要进展。他给出了里斯本地震震中和震源的大致位置，并试图用牛顿力学原理讨论地震动，认为“地震是地表以下几英里岩体移动所引起的波动”。他还把地震波分为了两类：迅速的震颤和紧跟其后的地面波状起伏，并初步认识到不同地震波的走时特征，特别是P波（纵波）和S波（横波）的速度差。
这也是世界历史上首次有人提出地震是以波的形式传播的。
02认识地震波
在约翰·米歇尔思想的启发下，经过漫长的发展过程，随着研究的深入，科学家们逐渐梳理出了更加完善的地震波理论。
地震波是指地震时从岩层断裂处发出的在地球介质中传播的波。正如阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光谱组成的，地震波也不是单一的波，它主要分为体波和面波。
体波是指在地球内部传播的地震波，它分为纵波和横波。
纵波是地震时传播速度最快的波，传播速度约为7千米/秒。纵波传播时，传播介质的质点沿着波的传播方向做压缩和拉伸运动。纵波又称为P波，这是由于纵波传播速度最快，在地震记录图上首先被记录到，所以被称为“最初的（Primary）”波。
横波比纵波传播速度慢，传播速度约为4千米/秒。横波传播时，传播介质的质点运动方向和传播方向互相垂直，介质产生剪切应力。由于横波会在纵波之后被地震记录图纸记录到，被称为S波，即“第二的（Secondary）”波。
面波指沿着地球表面或岩层分界面传播的地震波，它是由纵波和横波传播到地球表面相遇时激发产生的混合波。面波的传播速度大致与横波相当，主要分为勒夫波和瑞利波。
勒夫波是一种垂直于传播方向且在水平面内振动的波。由于振动平行于地面，结果导致地面发生一种蛇形前进的横向波动。因为勒夫波是由英国科学家A.E.H. Love最早描述的，所以得名“勒夫波”。另外它还有个更加浪漫的名字，叫做“Love”波。
瑞利波振动方式兼有纵波和横波的特点，类似于质点做圆周式振动的水波。由于瑞利波是由英国科学家Lord Rayleigh最早描述的，因此得名“瑞利波”。
03双面地震波
一次破坏性地震发生时，地震能量突然在震中释放，通过地震波向四面传播。可以说地震波是造成包括建筑物倒塌、人员伤亡在内各种地震灾害的罪魁祸首。
那么地震波就真的一无是处吗？当然不是。
著名的地震学家伽利津曾经说过，“地震波是照亮地球内部的一盏明灯”。作为到目前为止我们所知唯一一种能够穿透地球内部的波，地震波为我们探明地球深部构造提供了重要途径。
我们知道，不同的波有不同的物理特性，比如波在不同密度介质界面上会发生不同的反射、折射和衍射，且传播速度也会有所变化等。同为体波，纵波和横波除了波速和传播方向不同外，传播介质也不一样，纵波既能够穿过地球的固体岩石，也能够穿过地核中的液体部分，而横波则只能穿过固体岩石。我们的科学家正是利用了地震波的这一物理特性确定了地球的层状结构。
04为生命争分夺秒的地震预警
除了我们上面说到的这些，地震波还有一项非常重要的应用，和我们的生命财产安全息息相关，那就是地震预警技术。地震预警的原理主要是地震发生后，利用震中附近地震台站自动监测到的纵波信息，快速估算地参数、影响范围和程度，再利用电磁波比地震波速度快的特性，抢在横波，甚至纵波到达并造成破坏前几秒至几十秒，向预警目标区域发布警报。
上海地震预警站网作为全国预警一张网中的一个节点，经过5年建设，于2023年10月完成竣工验收，实现远场大震预警能力和基于仪器实测的街镇烈度速报能力，能够保障地震灾害的及时预警和响应，满足政府和社会公众的地震预警需求。
由此可见，地震波在科研和减灾中发挥着极其重要的作用，且随着科技水平的发展，我们对地震波的应用正在一步步向科学研究、工程应用、环境监测、军事以及教育等各个领域拓展。
通过这些工作的不断推进，我们不仅能够更加深入地了解地球内部的秘密，揭示自然界的奥秘，还能够有效地提升人类应对自然灾害的能力。未来，地震波的应用将会更加广泛和深入，为社会的可持续发展提供强有力的支持。同时，我们也期待着通过不断的探索和创新，能够为人类创造一个更加安全、稳定和繁荣的生活环境。
参考文献
1、防震减灾纵横谈/中国地震局编
2、“震”相大白：地震应急避险手册/上海市地震局编
上海市地震局海靓科普创作工作室
编辑：田甜、张林、吴晓雯
校对：张林、吴晓雯
审核：刘子一
那么今天我们就接着上次的话题，说说由里斯本地震带来的另一项里程碑式的影响。
01 地震波的发现
里斯本大地震后，在首相庞巴尔领导下，震区广泛开展的震后灾害调查成为了现代地震学研究的催化剂，不少科学家随后对地震起因展开近代科学意义上的思考与探索，其中就包括现代地震学的奠基人——英国科学家约翰·米歇尔。
约翰·米歇尔（图片来源于网络）
约翰·米歇尔（John Michell）是一位在地震学、天文学和物理学等领域都有着重要贡献的杰出科学家，他的工作不仅对当时的18世纪产生了深远影响，也为现代科学的发展奠定了基础。他在1783年提出了黑洞的概念，这一观点在当时是革命性的，为后来的天体物理学研究奠定了基础。
在地震学方面，结合里斯本大地震中获取的地震资料，约翰·米歇尔对地震的成因和过程进行了研究，并于1760年撰写了有关地震的研究报告。虽然他尚未对地震成因做出正确的解释，但是一些观点依然体现出了现代地震学研究的重要进展。他给出了里斯本地震震中和震源的大致位置，并试图用牛顿力学原理讨论地震动，认为“地震是地表以下几英里岩体移动所引起的波动”。他还把地震波分为了两类：迅速的震颤和紧跟其后的地面波状起伏，并初步认识到不同地震波的走时特征，特别是P波（纵波）和S波（横波）的速度差。
这也是世界历史上首次有人提出地震是以波的形式传播的。
02认识地震波
在约翰·米歇尔思想的启发下，经过漫长的发展过程，随着研究的深入，科学家们逐渐梳理出了更加完善的地震波理论。
地震波是指地震时从岩层断裂处发出的在地球介质中传播的波。正如阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光谱组成的，地震波也不是单一的波，它主要分为体波和面波。
地震波的分类
体波是指在地球内部传播的地震波，它分为纵波和横波。
纵波是地震时传播速度最快的波，传播速度约为7千米/秒。纵波传播时，传播介质的质点沿着波的传播方向做压缩和拉伸运动。纵波又称为P波，这是由于纵波传播速度最快，在地震记录图上首先被记录到，所以被称为“最初的（Primary）”波。
纵波的传播
横波比纵波传播速度慢，传播速度约为4千米/秒。横波传播时，传播介质的质点运动方向和传播方向互相垂直，介质产生剪切应力。由于横波会在纵波之后被地震记录图纸记录到，被称为S波，即“第二的（Secondary）”波。
横波的传播
面波指沿着地球表面或岩层分界面传播的地震波，它是由纵波和横波传播到地球表面相遇时激发产生的混合波。面波的传播速度大致与横波相当，主要分为勒夫波和瑞利波。
勒夫波是一种垂直于传播方向且在水平面内振动的波。由于振动平行于地面，结果导致地面发生一种蛇形前进的横向波动。因为勒夫波是由英国科学家A.E.H. Love最早描述的，所以得名“勒夫波”。另外它还有个更加浪漫的名字，叫做“Love”波。
勒夫波的传播
瑞利波振动方式兼有纵波和横波的特点，类似于质点做圆周式振动的水波。由于瑞利波是由英国科学家Lord Rayleigh最早描述的，因此得名“瑞利波”。
瑞利波的传播
03双面地震波
一次破坏性地震发生时，地震能量突然在震中释放，通过地震波向四面传播。可以说地震波是造成包括建筑物倒塌、人员伤亡在内各种地震灾害的罪魁祸首。
那么地震波就真的一无是处吗？当然不是。
著名的地震学家伽利津曾经说过，“地震波是照亮地球内部的一盏明灯”。作为到目前为止我们所知唯一一种能够穿透地球内部的波，地震波为我们探明地球深部构造提供了重要途径。
我们知道，不同的波有不同的物理特性，比如波在不同密度介质界面上会发生不同的反射、折射和衍射，且传播速度也会有所变化等。同为体波，纵波和横波除了波速和传播方向不同外，传播介质也不一样，纵波既能够穿过地球的固体岩石，也能够穿过地核中的液体部分，而横波则只能穿过固体岩石。我们的科学家正是利用了地震波的这一物理特性确定了地球的层状结构。
地震波在地球内部的传播
地震波还有很多科研价值。通过爆破激发的人工地震波，可以用来勘探石油、探测活断层、预测火山喷发。1959年，我国科学家就运用人工地震的方法发现了大庆油田。
图1利用汽车发出震动产生向下传播的地震波，从地下岩层反射回来的地震波被部署在另一台汽车的地震仪器接收，经过处理，得到了如图2所示的地下岩层的结构。
04为生命争分夺秒的地震预警
除了我们上面说到的这些，地震波还有一项非常重要的应用，和我们的生命财产安全息息相关，那就是地震预警技术。地震预警的原理主要是地震发生后，利用震中附近地震台站自动监测到的纵波信息，快速估算地参数、影响范围和程度，再利用电磁波比地震波速度快的特性，抢在横波，甚至纵波到达并造成破坏前几秒至几十秒，向预警目标区域发布警报。
地震预警原理
上海地震预警站网作为全国预警一张网中的一个节点，经过5年建设，于2023年10月完成竣工验收，实现远场大震预警能力和基于仪器实测的街镇烈度速报能力，能够保障地震灾害的及时预警和响应，满足政府和社会公众的地震预警需求。
由此可见，地震波在科研和减灾中发挥着极其重要的作用，且随着科技水平的发展，我们对地震波的应用正在一步步向科学研究、工程应用、环境监测、军事以及教育等各个领域拓展。
通过这些工作的不断推进，我们不仅能够更加深入地了解地球内部的秘密，揭示自然界的奥秘，还能够有效地提升人类应对自然灾害的能力。未来，地震波的应用将会更加广泛和深入，为社会的可持续发展提供强有力的支持。同时，我们也期待着通过不断的探索和创新，能够为人类创造一个更加安全、稳定和繁荣的生活环境。
参考文献
1、防震减灾纵横谈/中国地震局编
2、“震”相大白：地震应急避险手册/上海市地震局编
上海市地震局海靓科普创作工作室
编辑：田甜、张林、吴晓雯
校对：张林、吴晓雯
审核：刘子一
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