回答前,先说明下,什么是次声波?

频率低于20Hz、不可被人耳听到的声波叫做次声波。

次声波主要来源于大自然,许多地球物理现象以及天文现象都是次声波源,如地震、火山爆发、海啸、流星雨、陨石坠落、极光、日食、核爆炸及偶发的大型化学爆炸等,都曾记录到相伴随的次声波。

次声波的频率低、波长长,容易与建筑物、人体等产生共振,还能轻易绕过障碍物,可谓是“无孔不入”。

那么,是地震次声波造成了震感和建筑物的破坏吗?

地震声波主要是由于岩石破裂和地表起伏激发的,因此既有次声也有可听声。

地震中,建筑物的破坏,主要是声表面波造成的。详见 科学家抓住了地震中的”破坏大王”,还给它安排了新工作

而震中的人们在地震爆发时刻能够听到地底下隆隆的轰鸣声,震耳欲聋,像千军万马在怒吼,夹杂其中的强次声波会使人头晕、恶心、心慌,失去逃跑能力。

最后,各级能量的地震事件的次声波有没有一个等级标准?

目前还没有你说的这种等级标准,但基于多年的次声波探测分析,中科院声学所的噪声与振动重点实验室发现了一些规律。

“地震是一个爆发巨大能量的力学过程,地震的活动全过程必然会产生声波,且主要为次声波。”实验室杨亦春研究员指出,通过观测地震活动伴生的次声波的发生过程,研究次声波的信号特征,有利于科研人员掌握地震活动的状态,研究地震的发生发展规律及产生次声波的机理。

不同类型的地质活动会产生不同频率范围的次声波。地下岩石相互挤压、破裂,产生的次声波频率偏高,大于0.1Hz。地表起伏释放出的次声波频率偏低,为0.001—0.1Hz。

当地表起伏的幅度较小,或持续时间较长时,非爆裂的断层滑动事件会逐渐释放掉地壳活动的能量,就不会出现地表撕裂现象。

因此,有时测量到次声波并不一定会发生大地震。

但是,另一个现象也许更值得关注。

与地震爆发后产生的次声波相比,大地震前数天出现的一种次声波幅值更大, 频率更低,持续时间更长。

在汶川地震前的2008年5月2日,中科院声学所曾检测到声压(传播介质受到声波扰动后产生的压强变化量)峰值达100Pa的异常次声波,持续时间20000秒。

2010年4月14日玉树7.1级地震、2011年3月11日日本9级地震、2013年4月20日芦山7级地震、2013年9月25日巴基斯坦7.7级地震等四次地震前两周内,均出现了异常次声波,频率范围在0.001Hz至0.01Hz之间,幅值范围为50Pa至200Pa,持续时间约半小时至4小时,传播速度为10m/s至30m/s。

震级越高,震前异常次声波的幅值越大。

多年的连续观测数据表明,在无地震时段,很难出现大幅值长周期次声波。

那大地震前出现的这种异常次声波,是说来就来的吗?

并不是,只有同时具备两个条件才会产生。

首先,必须有一个巨大的能量来源,才能产生覆盖数千平方公里范围的100Pa声波;其次,必须有超大面积的辐射面,才能在空气中产生周期10—10000秒的声波。

多次大地震发生前会出现异常次声波,是科研人员长期观察发现的一种客观存在现象。随着科学技术的快速发展,相信在不久的将来,关于次声波的研究将对地震预测预警做出贡献。

未来的研究中,科研人员将扩大广域次声监测网的布设范围,争取在每一个中国地震台网所属地震台站的周围均布设次声监测台站,增加监测范围,加强监测力度;同时继续深入研究这类次声波的产生机理与传播机制,探索异常次声信号与地震的关联性,配合中国地震局等相关单位,为有效获取地震监测和预警信息提供技术支持。

必须再次指出的是,异常次声波暂时还不能作为地震预测的依据。科研人员们只是发现了一些规律,尚需要进一步的研究,找寻强关联性,再与其他手段相结合,也许不久的将来,可为地震预警提供信息参考。

参考文献:

[1] 马大猷,杨训仁. 声学漫谈[M].长沙:湖南教育出版社,1994.

[2] 关定华. 神秘的声音世界[M].济南:山东教育出版社,2001.

[3] 杨亦春,郭泉,吕君,滕鹏晓. 大地震前出现的异常次声波观测研究[J].物理学报,2014,63(13):224-237.

[4] 杨亦春,郭泉. 中科院声学所在次声学研究方面取得重大进展[J].声学学报,2011,36(03):307.

[5] 郭泉,杨亦春,吕君,滕鹏晓. 基于广域次声传感器网络的地震本地次声波监测[J].地球科学(中国地质大学学报),2014,39(12):1807-1817.

作者:中科院声学所

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:中国科普博览

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