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2019-12-31 本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。 我们能在地球上繁衍生息，建设美丽的家园，这完全得益于地球气候和地质的稳定性，但时而发生的地震会给我们人类建造的设施造成严重的破坏。地震使地面振动和开裂，建筑物摇晃，甚至会造成灾难性的海啸。简而言之，地震发生在错误的地方将会造成巨大的经济损失，和人员伤亡。 我们都知道，地震是地球板块运动的结果，但刨根揭底问：地震的能量来自哪里？ 除了地球，其他天体也会地震 在太阳系中，地球并不是唯一一个有地质活动的星球，会自发地产生震动。其他的行星如金星也有地震，月球也有，甚至像太阳这样的恒星也有地震！那地震之所以如此神秘和让人恐惧的原因是，它的无法预测性和强大的破坏能力。我现在能准确地预测天气预报，是因为我们可以把卫星放在天上俯视整个地球的大气活动，但我们无法钻到地底下去看地球，这是地震无法预测的主要原因。 但这并不代表我们对它的成因和能量的来源不了解。 发生在星球上的所有地震都会释放出大量的能量；太阳表面的地震释放出的能量是1906年旧金山地震的4万多倍，这是有记录以来破坏性最大的地震之一。但我们平时没有意识到的是，所有的能量必须来自某个地方，而简单的解释：地震时因为构造板块碰撞，根本行不通。 通常板块构造可以告诉我们地震最可能在哪里发生，地球物理学可以告诉我们引起这些地震的不同类型的断层，但这些都不能告诉我们地震的能量来自哪里。 地震后，地球的自转后期会发生微小的改变 不管是在电视还是在生活中，我们经常会看到滑冰运动员的旋转动作，收紧双臂时的旋转速度明显快于张开双臂时的旋转速度。 在我们的物理宇宙中有几个量是基本守恒的，其中一个就是角动量守恒。角动量，通俗地说，是系统的旋转速度（称为角速度）和系统质量如何分布（称为惯性矩）的乘积。当运动员把手臂收回来时，她的惯性矩就减小了，因此为了保持角动量守恒，其旋转速度就需要增加！ 那么，现在猜一猜，地球在每一次发生可测量的地震后，会发生什么变化？ 每次地震后，地球一天的转动周期就会缩短一点点。例如，2011年日本地震（包括余震）将一天缩短了1.8微秒，2010年智利地震将一天缩短了1.26微秒，2004年苏门答腊地震将一天缩短了6.8微秒！ 当然，地震造成的这些都是很小的数字，而我们每年因为月球-地球-太阳系统的潮汐摩擦力而地球的一天会增加14微秒，但地震造成的微小变化还是可以测量的。由于角动量是守恒的，而地球的角速度是变化的，这就告诉我们，每一次地震后，地球的惯性矩也会改变。 为什么会发生地震 但是地球的惯性矩变化不像是运动员张开双臂的时候，地球没有足够的能源来引起这种形态的改变，这是在膨胀。地球的能量只有一个来源：重力势能！众所周知，地球是由周期表中所有稳定和准稳定的元素组成的，包括从1(氢)到94(钚)的所有元素，不包括三种不稳定元素。 我们知道组成地球所有的元素不是均匀的搅在一起，就像一湖水，你扔木板、泡沫就会漂在水面上，扔铁、砖头就会沉入湖底，而地球的物质分布跟这个道理是一样的，最轻的在最上面，最重的会沉降在最下方，这一切都是引力在起作用。 我们可以想象一个与今天所看到的地球截然不同的星球：一个由内向外，从重元素到轻元素完美分层的同心圆星球，就像洋葱一样。宇宙中最巨大的恒星和这样的结构非常近似，所以按照重元素沉降、轻元素上升地球也应该是一个完美的洋葱，有微小的钚核，外面包裹着厚厚的铀壳，依次包裹锕、钍等等。 在某种程度上，地球并不完美，甚至也不接近最完美的分布，但地球每时每刻都在努力的往完美的方向发展。 在地球自转的每一天，造成大约1微秒加速的大地震相当于从地球表面移动了大约100亿吨的铀到地心。当然，真正的地震涉及到更大数量物质更轻微的重新排列：通常是千万亿吨的物质以厘米的速度移动。 然而，每一次地震，地球都向理想的密度结构又迈进了一步！ 那么，地震的能量从何而来？ 来自重力势能！而重力势能就储存在地球自身的基本结构中！当地震发生时，地球轻微地重新安排它的质量来降低它的惯性矩，增加它的角速度，并把重力势能转化成了一些非常可怕和具有破坏性的动能！ 随着地球继续降温、收缩和散发热量，这样的重新安排是不可避免的。 对于地震和地球内部的复杂性关系，需要了解大量关于地质学的知识，但是对于地震的基本物理学，以及它们的能量从何而来？就像重新排列原子一样简单，让重元素更靠近核心！ |
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