青海出现的地震光是什么？能预报地震吗？

人在水中游 · 发表于: 2022-1-27 10:10:31

源自：新浪科技综合

　　1月8日凌晨1时45分，我国青海省海北州门源县发生6.9级地震。
　　地震发生时，出现了这样一个现象：一束光团腾空而起，一瞬间夜晚亮如白昼，紧接着地面开始抖动。

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　　图源：bilibili
　　监控中的画面让人胆战心惊的同时，也不免产生好奇。这就是人们常说的地震光吗？地震光能预报地震吗？
　　01
　　什么是地震光？
　　地震光也叫地光，是地震发生前地球内部物理场复杂变化的一种表现，是地应力增强的一种外部表现形式。
　　关于地震光，历史上有不少记载，比如我国古代典籍《震兆六端》中就有这样的描述：“夜半晦黑，天忽开亮，光明照耀，无异日中，势必地震。”这与青海门源地震中拍摄到的景象何其相似！不能说复制粘接，简直是一模一样。

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　　图源：科普大世界
　　不过，也不能想当然地认为有地震就会有地震光。地震光并不是伴随着所有地震的必然现象，它反而像是一种随机的例外。
　　前人对地震光的记录中指出，地震光出现最多的是七级或七级以上地震，只有少数地震光在六到七级地震中出现，低于五级地震就没有地震光了。地震光的特征在于：
　　发生地点以山区为多、平原为少；
　　震时最多、震后较少；
　　颜色以蓝白为主、黄色为辅。
　　青海门源地震达到了6.9级，各方面特征尤其是视频记录也与前人对地震光的描述相符合，看来这次监控中拍到的，应该就是对大多数人来说难得一见的地震光。
　　02
　　地震光如何产生？
　　在前人的研究中，提出了几种解释地震光的因果机制：压电效应、摩擦-汽化、氡放射、气体扩散等等。这些复杂的名词，到底哪个才是地震光的真正推手呢？
　　首先应该明确的是，无论具体原因是哪一种，地震光的出现与地震时强烈的、能量巨大的地质构造变化有关。
　　例如，青海门源地震发生后，地震考察工作队在冷龙岭断裂的西段开展地震现场考察时，发现了长约22公里的地表破裂带。地表和冰面上都出现了连续的裂隙、挤压、鼓包等地表破裂形式，有的地表裂缝宽达0.5米以上，鼓包高达1.5米。

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　　图源：青海省地震局
　　考察队专家根据地裂情况等，初步判定本次地震的发震构造为冷龙岭断裂的强烈地质活动所致。这样强烈的地质活动，为地震光的产生提供了机会和能量。

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　　图源：青海省地震局
　　压电效应
　　1970年，芬克尔斯坦和鲍威尔提出了地光是由于石英受压引起放电的观点，物理上称为“压电效应”。压电效应，简单地说就是某种物体受到外力作用（比如挤压），表面就会产生电荷的一种现象。
　　自然界中有二十多种晶体具有压电效应，其中最具有代表性、应用最广的是石英晶体。两块石英轻轻一碰就会撞出火花放光，俗称“打火石”；一块水晶受外力挤压更会放电发光，俗称“放光石”。

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　　图源：gimg2.baidu.com
　　在发生地震前，随着孕震过程中应力的加大，部分岩石可能会以某种类似电子发射的方式造成电荷的积累，当电荷密度达到每平方米0.1微库仑时，就能看到发光现象。这时的电场强度可以达300万伏每米，同雨天大气放电不相上下。这么强的电荷，瞬间放电发光，似乎也不难理解。
　　摩擦-汽化
　　摩擦-汽化理论认为，大地震期间地质剪切带将发生显著的摩擦加热。在适当的条件下，这将导致剪切带内或附近的水发生汽化，并导致岩石的电导率由10-1秒/米下降到10-10秒/米（下降为原来的1亿分之1）。这两方面因素，会导致剪切带内显著的电荷分离。

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　　就是说，大地震时强烈的摩擦会产生很多电荷，同时由于产生了很多水汽，岩石导电率大大降低，使得产生的电荷没法及时传导到别处，在短时间内越积越多，最后只能释放到空气中，形成了类似大气放电发光的现象。
　　氡放射
　　氡（dōng）是一种无色无味、具有放射性的惰性气体。氡不仅具备继续衰变的特性，还有较强的渗透性、扩散性和流动性，可以借助断层、裂隙运移，也可以溶于水或有机质。在地质环境中，氡除了以气态方式迁移外，还以溶解态伴随地下水和土壤水，从地下深部运移至地表。
　　氡是目前国际上普遍认可的、获取地震前兆异常的七大观察指标之一。实验研究发现，当岩石受到外部环境挤压、震动等外力作用时，反应灵敏的氡会非常容易从岩石中释放出来。
　　氡放射理论认为在地震时，大量释放的氡发生放射现象而发光。其实，各种稀有气体通电确实能发光，是霓虹灯的发光材料。但是氡气具有放射性，并不适用于照明光源，大概也没人见过氡气发光，因此笔者对于氡放射这个理论还是存疑的。

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　　分别为：氦、氖、氩、氪、氙
　　图源：qitihui.com
　　气体扩散
　　相比于上面几种理论，气体扩散理论就相对比较好理解了。气体扩散理论认为是震区地下的甲烷等气体物质，在地震时，沿地面裂缝冒出地面，扩散之后被地震释放的静电点燃而产生地震光。
　　上述各种理论还都处于理论阶段，各有道理也各有缺陷，或许地震光产生的真实原因，是多种机制共同作用的结果也未尝不可。
　　辟谣
　　但是，网络上对地震光的一些介绍，确实值得商榷。

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　　在这段介绍中，温度升高、摩擦生电、水汽化都对，但是说水分解成氢气和氧气就不对了。蒸发是物理变化，水电离是化学变化，完全不是一件事，而且水电离的条件也绝不是地震时的高温条件。地震能让水分解成氢气和氧气，就如同讲“水变油”一样不可理解。
　　03
　　地震光能预报地震吗？
　　如同看见闪电，我们会下意识捂住耳朵等待雷声一样，闪电的光芒虽然意味着闪电已经发生，但可以用来预报接下来的雷声。
　　当人们能看见地震光时，意味着地震已经发生。因此，并不能用地震光预测是否会发生地震。但是光的传播速度比地震波快多了，看见地震光，倒是可以预报后续地震波的到来，就像视频中那样，地震光出现后一段时间出现了剧烈晃动。从这个角度看，用地震光来预报地震波的到来，也未尝不可。

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　　了解地震相关知识，是做好安全防护的重要途径。最后，祝愿震区同胞一切安好。
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　　[3] 王唯俊，韩昭，王磊，李林生。林州地光异常在地震前兆分析中的应用[J]。西北地震学报，2010,32（02）：206-208。
　　[4] 陈健生。神秘的地震光[J]。地球，2006（06）：11。
　　[5] D.A.Lockner，黄林。一种解释地震光产生的机制[J]。地质地球化学，1986（03）：24-27+23。
　　[6] D。A。Lockner，朱来东。地震光产生的机制[J]。地震地质译丛，1984（03）：50-57。
　　[7] 菡榭。稀有气体发光的零族──氦、氖、氩、氙、氡[J]。博物，2009:92-93。
　　转载内容仅代表作者观点
　　不代表中科院物理所立场

源自：上海科技馆

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