地震可以产生很强的破坏力,毁坏建筑物,撕裂大地,改变地貌,引发海啸,这是严重影响人类的一种自然灾害。那么,地震最强可以达到什么程度?多少级的地震能撕裂地壳,甚至震碎地球?
地震产生的原因有很多种,这里只考虑对我们影响最大、最为常见的起因——地壳运动。地壳是地球内部结构的最外层,我们都生活在地壳之上。不过,地壳并非保持固定,而是会不断运动。
地壳漂浮在地幔的上方,它并非一个整体结构,地质学家将其分为七大板块。当两个板块之间发生碰撞时,板块交界处的岩层受到强烈的挤压和冲击而发生形变。一旦超过岩层的机械强度,它们就会发生断裂,巨大的应力会被释放出来,导致地壳发生震动,这就是地震。
目前,有记录的最强烈地震为里氏9.5级,这就是1960年发生在智利的瓦尔迪维亚大地震,持续时间达到了12分钟,大量建筑被毁,并引发巨大的海啸。那么,9.5级是什么概念呢?里氏等级是如何定义的呢?
在地震时,会向外释放出地震波。地震学家通过地震仪可以测量出地震波的振幅,由此就能得到地震的震级和能量。具体而言,地震的能量和震级存在如下的关系:
可以看到,随着震级的增加,能量呈现指数式地增长。震级每增加一级,能量就会增大31.62倍;震级每增加两级,能量则会增大1000倍。
根据上式计算可知,里氏9.5级地震所释放出的能量为1.1×10^19焦耳,相当于26.8亿吨TNT当量。人类引爆过威力最大的氢弹为沙皇炸弹,其爆炸当量为5000万吨TNT。也就是说,9.5级的智利大地震释放出的能量超过了53枚沙皇炸弹,甚至达到了目前全球核武库总当量的1.8倍。
尽管9.5级智利大地震的能量释放十分巨大,可以让地球自转轴发生偏移,并让地球的自转速度发生变化。但这种大地震的实质性影响范围是局部的,地球上的其他地方都没有受到影响。
6500万年前,那颗引发第五次物种大灭绝的小行星撞击地球后,所产生的能量相当于12.5级的地震,结果也没有撕裂地壳,更不用说震碎地球。
那么,需要多强的地震才能摧毁地壳?震碎地球又要多少能量呢?
地壳的主要成分为玄武岩和花岗岩,它们在1300 ℃的温度下会熔化掉。要让厚度几十公里的地壳全部熔化掉,所需的能量约为4×10^23焦耳,这相当于里氏12.5级的地震。虽然6500万年前的小行星也产生了那么多的能量,但由于是外部撞击,大量能量消散在大气中,所以并不会让地壳都熔化掉。
另一方面,如果要震碎地球,就需要打破让地球维持整体的引力结合能2×10^32焦耳,这相当于里氏18.3级的地震,或者相当于智利大地震的17.8万亿倍。
理论上,地球上不会发生超过里氏10级的地震。因为岩层的结构强度是有限的,其能量不会无限积聚,到达一定程度就会释放出来。因此,地球本身是不会震碎自己的。