地震工程 地震時,地表為什麼會搖動?

文與圖/陳慧慈 |2014.07.16
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(圖一)放入水中的彈簧 圖/陳慧慈
(圖二)右手食指造成彈簧變形 圖/陳慧慈
(圖三)開始激起的水波 圖/陳慧慈
(圖四)傳到遠處的水波 圖/陳慧慈

文/陳慧慈

每當花蓮、宜蘭附近發生小地震時,中央氣象局地震測報中心就會說:「這是正常的能量釋放。」這時,你心中是否會產生「這個能量從哪裡來?」、「什麼叫做正常釋放?」、「為什麼能量釋放會造成地表震動?」等疑問呢?讓我們來做個小遊戲,就可以找到這些問題的答案喔!

首先,準備一支按壓式原子筆,拆開筆頭外殼,會看到靠近筆尖處有一個小彈簧套在筆芯的外面。將彈簧取出直立在桌上,再以食指將彈簧往下壓讓彈簧變短;這時,只要迅速放開食指,彈簧就會向外彈出去。這是因為彈簧變短時,會把我們施加在它身上的「能量」儲存起來,而當我們放手後,這些儲存的能量就會被釋放出來,使得彈簧發生彈跳現象。

接著,讓我們來進行另一個簡單的實驗:將浴缸裝滿水,準備一根長度約十公分的彈簧,以一隻手握著彈簧一端放入水中,同時在水面上放置一張小紙片(圖一);等水面靜止後,以另外一隻手的食指將彈簧慢慢往下壓(圖二),然後迅速將手指移開。你會看到什麼現象呢?

沒錯,你會看到水面產生了向外擴散的波紋(圖三),而且距離愈遠,波紋愈不明顯(圖四),這個現象我們稱為「輻射阻尼」效應;同時,你還會看到小紙片隨著水波搖晃喔!這是因為儲存在彈簧中的能量在短時間內被釋放後,變成水波向四方傳開。

板塊在互相擠壓時,也會因為變形而在板塊交界處產生能量儲存的現象。一旦其中某個板塊的脆弱點,無法承受另一個板塊的擠壓,就會產生滑動,就像手指瞬間放開彈簧一樣,會造成能量釋放。最神奇的是,地殼就像水一樣,會以波動的形式把這些能量傳遞出去,而地表上的房屋、樹木等搖晃,就像浴缸裡的小紙片一樣,因為波動而搖搖晃晃,這就是我們所說的「地震」。

平常的小地震,可以幫助地殼釋放能量,避免能量累積太多,變成大地震。所以,下回當你聽到氣象局地震測報中心說「這是正常的能量釋放」時,就知道這不是大地震,不用緊張了。而且啊,一般而言,小地震愈多,我們就愈安全喔!

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