最强与最致命的地震,以及震级到底是怎么算的
震级衡量断层释放的能量,烈度衡量你脚下的摇晃程度。而人会不会死,基本上与两者都无关,取决于他们身处什么样的建筑里,以及地震发生在几点钟。
2010年,两场地震相隔六周先后袭击美洲。智利那场释放的能量大约是海地那场的500倍。智利死亡约525人;海地死亡人数在46,000到316,000之间。要解释这种差距,需要两个常被新闻混为一谈的数字,以及一份简短的名单:这颗行星上最糟糕的那些日子。
震级和烈度是两个不同的数字
一场地震只有一个震级。它是震源的属性:多大面积的断层滑动了、滑动了多少、岩石有多坚硬。它不会因为你站在哪里而改变。
一场地震却有许多个烈度。烈度描述的是摇晃在某个具体地点造成了什么:人是否被惊醒,墙皮是否开裂,房屋是否倒塌。美国使用修订麦加利烈度表,用罗马数字从I(无感)到XII表示;俄罗斯使用类似的12度MSK-64烈度表。烈度随距离和深度衰减,在松软沉积层上升高,还取决于当地建筑的反应。
城市正下方的7.0级地震和两百公里外海上的7.0级地震是同一种地震,却是截然不同的两场灾难。模拟器画的正是这一点:选定一个震级,它就画出从V度(明显有感)到IX度及以上(建筑倒塌)的烈度圈;然后由你选择的建筑质量决定,圈内有多少人会丧生。
里氏震级是什么,怎么计算
1935年,加州理工学院的查尔斯·里克特根据地震在某台特定地震仪上留下的波形振幅(经距离校正)为南加州的地震定级。他的近震震级只适用于距该仪器约600公里以内的加州地震,但这个想法,也就是用一个对数值表示地震大小,成了科学史上最出名的量表。
它的原理是:每增加一个整数,地震图上的波幅增大十倍,更重要的是,能量增加约32倍。升两级就是32×32,差不多一千倍。8级地震不是4级地震的两倍,它释放的能量约是后者的一百万倍。
里氏震级的弱点在于饱和:超过7级左右以后,它测量的那种波不再增长,所以所有巨大地震看起来都差不多。1979年,汤姆·汉克斯和金森博雄提出了矩震级(Mw),直接根据破裂本身计算:岩石刚度×滑动的断层面积×平均滑动量。它被调校到在两种方法都适用的范围内与里氏数值一致,所以新闻里至今还说“里氏几级”。如今公布的大地震震级,包括本文中的每一个,都是矩震级。
里氏震级的范围是多少?形式上它没有上限也没有下限。微小的地震可以是负震级;2级以下的地震很少有人能感觉到。上限由地球而非公式决定:有史以来测得的最大值是9.5。
各级地震多久发生一次
震级每升一级,发生频率大约降低到十分之一。USGS估计每年约有500,000次可探测到的地震,其中约100,000次有感,约100次造成破坏。
| 震级 | 下限能量(TNT当量) | 全球每年次数 | 通常意味着什么 |
|---|---|---|---|
| 5.0–5.9 | ≈ 0.5千吨 | ≈ 1,600 | 震中附近的薄弱建筑受损 |
| 6.0–6.9 | ≈ 15千吨 | ≈ 137 | 在人口密集区具有破坏性;北岭、神户、斯皮塔克 |
| 7.0–7.9 | ≈ 480千吨 | ≈ 14 | 大地震:大范围严重破坏;海地、2023年土耳其 |
| 8.0及以上 | ≈ 15百万吨 | ≈ 1 | 巨大地震:整个地区受影响,常伴有海啸 |
次数为USGS统计的2000至2021年全球年均值(1900年以来的长期平均为每年约15次7级和1次8级);具体年份差异很大,7级地震从6次到23次不等,8级地震从0次到4次不等。
有记录以来最强的地震
有记录以来所有最大的地震都发生在俯冲带,那里一块板块沿着数百公里长的断层俯冲到另一块板块之下。只有这类巨型逆冲断层才有足够的断层面积达到9级。
智利瓦尔迪维亚,1960年5月22日,9.5级
有记录以来最大的地震撕裂了一条USGS描述为近1,000英里(1,600公里)长的断层。公认数值为9.5;已发表的估计值在9.4到9.6之间。按USGS统计,它在智利南部造成约1,655人死亡(估计范围从1,000到6,000),约200万人无家可归,引发的海啸第二天在夏威夷和日本夺走人命。由于震级是对数刻度,瓦尔迪维亚一次释放的能量,差不多等于榜单上接下来四次地震的总和。
1964年阿拉斯加、2004年苏门答腊、2011年东北地方
1964年3月27日的阿拉斯加大地震(9.2级)是美国历史上最大的地震;131名遇难者中多数死于海啸,其中不少是海底滑坡引发的局地海浪。2004年12月26日的苏门答腊–安达曼地震通常定为9.1级(有些估计达9.3级);其海啸造成约227,900人死亡。2011年3月11日的东北地方地震在日本的目录中为9.0级,在USGS的目录中为9.1级;约18,500人死亡或失踪,几乎全部死于海啸。这三场海啸都在史上最致命的海啸一文中有详细介绍。
堪察加,1952年与2025年
千岛–堪察加海沟是太平洋板块以每年约8厘米的速度俯冲到北美板块之下的地方,它在1952年11月4日产生了一场9.0级地震。随之而来的海啸在黎明前抹平了帕拉穆希尔岛上的北库里尔斯克;一份呈交莫斯科的报告统计死亡2,336人,这场灾难随后保密了数十年。2025年7月30日(UTC时间7月29日),同一地带在距彼得罗巴甫洛夫斯克约119公里处产生了一场8.8级地震,是东北地方地震以来全球最大的一次,十天前先有一场7.4级前震。它引发的海啸再次淹没了北库里尔斯克港,但没有关于震动或海浪致死的报告。震级小了0.2,释放的能量约为1952年的一半。
10级地震可能发生吗?还有“9.9级”的传言
那些讲“世界最大的9.9级地震”的视频和帖子,描述的是从未发生过的事。有史以来没有记录到任何9.9级地震;瓦尔迪维亚的9.5级已经保持纪录六十多年。
禁止10级地震出现的不是公式,而是这颗行星。震级随滑动断层的面积增长,USGS明确表示10级地震不可能发生:已知没有任何断层足够长,而这样一条断层得绕地球大半圈。10级地震释放的能量约为瓦尔迪维亚的5.6倍。大型小行星撞击能让地面晃得更厉害,但那不算地震;参见不同大小的陨石会造成什么。
史上最致命的地震
把地震按死亡人数而不是震级排序,榜单几乎完全换了一批。只有一场地震同时出现在两份榜单上:2004年苏门答腊。
陕西,1556年,约830,000人死亡
1556年1月23日,一场估计震级约8级的地震袭击了中国北方的渭河谷地。根据中国史料得出的死亡人数约为830,000,至今仍是所有地震中最高的。许多遇难者住在窑洞里,这种在松软黄土崖壁上掏出的住所塌下来,把里面的人活埋。
唐山,1976年,官方统计242,000人
1976年7月28日凌晨3点42分,一场7.5级地震直接发生在唐山正下方,这座工业城市约有一百万人口。几乎所有人都在无加固的砖房里熟睡,整座城市几乎被夷为平地。官方死亡人数约为242,000;非官方估计高出不少,真实数字无从知晓。
海地,2010年,为什么范围如此之宽
2010年1月12日下午4点53分,一场7.0级地震发生在距太子港约25公里处,这座拥挤的首都满是无加固、粗制滥造的混凝土建筑。一年后,海地政府公布死亡人数为316,000。独立的入户调查得出的数字少得多,根据团队不同,从约46,000至85,000到大约160,000不等。差距之所以存在,是因为国家机器本身已经瘫痪(总统府、议会大厦和许多部委大楼倒塌),许多遇难者未经清点就被埋进了万人坑。
1923年关东、1908年墨西拿、2023年土耳其–叙利亚
1923年9月1日上午11点58分,关东大地震袭击东京和横滨,当时木屋林立的城市里家家正生火做午饭;风助火势,约105,000名遇难者(旧数据为142,000)大多死于火灾。1908年12月28日黎明前,墨西拿地震发生,几分钟后海啸接踵而至;75,000到82,000人遇难,是欧洲历史上最惨重的地震。2023年2月6日的卡赫拉曼马拉什地震,凌晨4点17分一场7.8级,九小时后又一场7.5级,在土耳其和叙利亚推倒了数万栋建筑,官方统计死亡超过59,000人。
在按现代规范建造的今日东京下方放一场关东级别的7.9级地震 →为什么死亡人数跟着建筑走,而不是跟着震级走
把两份榜单并排放在一起,规律一目了然。智利,2010年2月27日,8.8级:凌晨3点34分发生,人们都在床上,死亡约525人,其中许多死于随后的海啸。海地,六周前,7.0级:能量大约小500倍,死亡人数却高出一到两个数量级。智利在1960年之后按照全球最严格的抗震规范之一重建,而且严格执行。海地则没有任何得到执行的全国建筑规范。
在按现代规范建造的圣地亚哥下方运行一场8.8级地震 →这就是模拟器要问城市是怎么建的原因。设计良好的钢筋混凝土框架会开裂但不会倒;无加固砌体、压在薄弱墙体上的沉重屋顶、节点处理糟糕的混凝土,在现代建筑能挺过的烈度下就会垮掉。
几点钟发生也有关系
一天中的时刻决定了谁在什么建筑里。唐山(凌晨3点42分)和土耳其(凌晨4点17分)都让人们在倒塌的楼房里睡梦中遇难。北岭地震在公共假日的凌晨4点31分袭击洛杉矶,塌掉的高速公路桥上几乎空无一人。不过时间是次要因素:智利的8.8级同样发生在夜里,死亡人数只是海地下午那场的一个零头。
斯皮塔克与涅夫捷戈尔斯克:苏联的教训
1988年12月7日上午11点41分,一场6.8级地震袭击亚美尼亚北部,按全球标准只算中等。斯皮塔克的烈度达到MSK烈度表的10度,列宁纳坎(今久姆里)为9度。约25,000人死亡,超过五十万人失去住所,主要原因是预制混凝土住宅楼的楼板与框架连接薄弱,整栋散架。
七年后,1995年5月28日凌晨1点04分(当地时间),一场7.0至7.1级地震摧毁了萨哈林岛上的石油小镇涅夫捷戈尔斯克。镇上十七栋五层板式住宅楼没有按强震设计,因为苏联的地震区划图严重低估了该地区的危险,它们塌在熟睡的居民身上。约2,000人死亡(各来源数字为1,989到2,040),至少占全镇人口的一半。小镇再也没有重建,它至今仍是现代俄罗斯最致命的地震。
加利福尼亚最大的地震
加利福尼亚坐落在圣安德烈亚斯断层系统上,太平洋板块和北美板块在这里水平错动。这类断层产生不了9级地震,却能产生破坏力极强的7级地震。
- 蒂洪堡,1857年1月9日,7.9级。与1906年并列为加州最大的地震。它撕开了圣安德烈亚斯断层约300公里,从帕克菲尔德附近几乎延伸到赖特伍德,最大错距达9米;当时加州人烟稀少,只有一两个人死亡。
- 旧金山,1906年4月18日,7.9级。破裂更长,从圣胡安包蒂斯塔到门多西诺角。早期报道称死亡几百人;格拉迪斯·汉森和埃米特·康登的研究认为死亡人数超过3,000。大火烧了三天,波及4.7平方英里。
- 洛马普列塔,1989年10月17日,6.9级。下午5点04分发生,恰在烛台公园一场世界大赛比赛开始前。63名死者中有42人死于奥克兰赛普拉斯街高架桥的上层桥面砸到下层。
- 北岭,1994年1月17日,6.7级。圣费尔南多谷地下的一条隐伏逆冲断层;至少57人死亡,高速公路坍塌,钢框架节点开裂,由此推动了规范修订。
如果1906年重演,受影响的将是数百万人口的湾区,那里的建筑大多符合现代规范,但也有许多老旧砌体建筑和底层软弱的楼房。试一试,然后切换建筑质量,看看估计死亡人数怎么变。想看看访客过去30天模拟了什么,请打开最近的模拟。
在今天的旧金山重演1906年的7.9级地震 →常见问题
里氏震级是什么,怎么计算?
由查尔斯·里克特于1935年创立,根据地震波在地震仪上的振幅(经距离校正)为地震定级。每增加一个整数,振幅增大十倍,能量增加约32倍。由于它对大地震会饱和,地震学家现在使用矩震级,在中等范围内两者数值相近。
有记录以来最大的地震是哪一次?
1960年5月22日智利瓦尔迪维亚附近的9.5级地震。接下来是1964年阿拉斯加(9.2级)、2004年苏门答腊和2011年东北地方(USGS均定为9.1级)以及1952年堪察加(9.0级)。2011年以来最大的一次是2025年7月30日堪察加近海的8.8级。
有没有发生过9.9级地震?
没有。从未记录到任何9.9级地震,相关说法是传言。有史以来测得的最大震级是9.5,1960年发生在智利。
10级地震可能发生吗?
实际上不可能。震级取决于滑动断层的面积,而据USGS所说,已知没有任何断层长到足以产生10级地震,这样的断层得绕地球大半圈。10级地震释放的能量约为纪录保持者9.5级的5.6倍。
史上最致命的地震是哪一次?
1556年1月23日的中国陕西地震,造成约830,000人死亡。近现代最惨重的是1976年中国唐山(官方242,000人)、2004年印度洋地震和海啸(约227,900人)以及2010年海地(估计46,000到316,000人)。
加利福尼亚最大的地震是哪一次?
两场地震以7.9级并列第一:1857年的蒂洪堡和1906年的旧金山。1906年那场造成3,000多人死亡;蒂洪堡那场发生在几乎无人居住的加州,只死了一两个人。近年破坏最大的是1989年洛马普列塔(6.9级)和1994年北岭(6.7级)。
资料来源
- USGS:地震震级、能量释放与震动烈度
- USGS:有记录以来最大的10次地震(2025年更新)
- USGS:1900年以来全球最大的20次地震
- USGS:10级或更大的“超级地震”真的可能发生吗?
- USGS:地震列表、地图与统计(全球年度次数)
- USGS:有趣的地震事实
- USGS:2025年俄罗斯堪察加半岛8.8级地震
- USGS:2010年智利马乌莱8.8级地震:影响
- USGS:1964年阿拉斯加大地震与海啸:现代视角与长远遗产
- NOAA NCEI:全球重大地震数据库
- Doocy et al.,Population Health Metrics(2013):2010年海地地震后的死亡率:分层整群调查
- NOAA NCEI:斯皮塔克地震
- USGS:1857年蒂洪堡7.9级地震
- USGS:1906年地震的伤亡与损失
- USGS:1994年1月17日加利福尼亚北岭6.7级地震