漫谈地震发光现象

地震发光现象，俗称“地光”，是一种自然光源。世界上有关地光的最早文字记录是《诗经·小雅·十月之交》，里面记载了公元前780年(周幽王二年)发生在陕西省岐山地区的一场6～7级地震：“烨烨震电，不宁不令。百川沸腾，山冢崒崩。高岸为谷，深谷为陵。”其中“烨烨震电”就是对此次地震发光现象的描写。公元一世纪，罗马历史学家塔西佗的《编年史》中，记述了公元17年小亚西亚地震破坏了12座城市和地震发生时火光闪闪的现象。这是外国人对地震发光现象的最早记录。

　　长久以来，地震前或地震发生过程中是否有发光现象这一问题，让人们倍感困惑。一些人认为，地光完全是目击者在地震发生时因内心恐惧所产生的幻觉。19世纪以前，在有关的观察报告中，地光多被解释为地方性雷暴、云霞、彩虹、激光、流星等。在电力被广泛利用后，又有人怀疑地光是输电线路打火、电焊弧光等等。

　　1750年，英国和北欧频繁发生地震并出现众多地震发光现象，从而引起伦敦皇家学会的注意。威廉·斯图克雷博士曾试图用地表电流来解释地震的热、声、光现象。直到20世纪初，意大利学者里佐收集了1905年9月8日发生在意大利长拉布里亚地震的42份地光材料，开创了深入研究地震发光现象之先河。1910年，加里广泛收集了欧洲148例地震发光资料，发表了《地震时观察到的发光现象的搜集和分类》一文，成为分析研究地震发光现象的开山之作和精细划分地光类型的宝贵文献。此后，通过逐年对地震发光现象的观察和大量翔实丰富的观察报告，人们才逐渐解除了对地光存在的真实性的怀疑和误解。

　　

　　光怪陆离的形态

　　

　　地光的形态很难用简单的语言文字准确而形象地描述。它们有的形似霓裳入云，态若仙女散花，色带飘荡，有的光如火炬，霞若宝塔，在天边或直照云端，或如天灯高悬、串球盘旋：有的貌似火红幕布，状若银白屏扇，在地平线附近或彩虹竖立、弧光冲天，或光带平铺、光扇叠嶂，而更多的是明亮耀眼的圆球体，像串串葫芦，光点闪闪……

　　科学家们分析研究了形形色色的地光形态后，按放电形式将其归纳成3种类型：一种是低空大气的放电形式。它形态多变，有时轮廓模糊，有时旋转飘动，有时一闪而过，但比雷雨闪电持续的时间要长，可以把远山森林的轮廓映衬得清清楚楚。一种是不完全的火花放电形式。它飘忽不定，闪烁着很亮的蓝色光，形态为单一的光束或光带。一种是地下溢出物质流放电形式。它从地面冲天而起，由下而上扩散成光柱、火球、彩带等，光柱顶部多扩展，常呈现各种焰火般的形态，火球从地面升起，呈直线、抛物线和螺旋滚动，彩带呈半球状、扇形的弧线，或临近地平面，或并列于低空。

　　

　　纷繁复杂的成因

　　

　　科学家们认为：地光的成因，一是地球内部能量急剧聚集，于地壳上层直接放热发光，一是地球内部能量强烈释放，于低空大气层辐射放电发光，或者是二者的组合。

　　在第一种成因作用下，地光的形态多是底边在地面，半径几十米至百米，呈现稍平的半椭球形或扇形彩虹光带，以及拔地而起的光束、光柱、光球等。

　　在地震发生前，地球内部的部分介质已处在应力急速积累的状态，地壳上层岩石开裂膨胀，并产生电、磁、热及其他物理和化学性质变化。在岩石变形过程中，各部分间的撞击与磨擦能产生大量的热，热度达到一定程度即发出光亮，其道理就像“马蹄上的铁掌与路面上的石头撞击后而产生的火花一样”。

　　岩层的断裂导致大地自然电流被切断，改变了地壳内部水的流动和地磁场，即在某些地区产生明显的电位差。曾经有人进行过详细计算：地下水在1000个大气压下流动时，可产生1～10万伏的电位差。若岩石有1％的间隙，每平方千米的电流可达3～30安培，会产生2～200伽马的磁场，极易引发电弧发光，当富含具备压电效应的石英类矿物的高电阻率岩石被低电阻率的岩石覆盖时，由于地下水的存在，其界面电场会发生变化并产生电流。当地震应力在10～100帕之间变化时，如果压电岩体输给发光体的总功率有1％～10％成为可见光的话，就足以产生极光光体。

　　在第二种成因作用下的地光，除具备前者所显现的形态之外，还有其光怪陆离、变化万千的特殊类型。

　　人们常把地球内部比喻成一个巨大的“天然核反应堆”，地震能量就来自它的“核转化”。在这一转化过程中，释放出的大量带电高能粒子，在高速运移中因受到岩层阻挡而改变速度时，会辐射出光子、中微子，然后毫无阻碍的穿透地壳并使地面大气发生二次电离。

　　地壳裂缝的急剧开合，可导致地层中的气体、蒸气、铀、钍、氡等放射性物质呈电离状态喷出地面，形成一股股强大的电荷和载热物质流。进入低空大气层后，大气不同部位的静电场的电荷密度发生改变，形成强电场，直接参与异种电荷中和放电过程。在地球表面曲率半径小的山顶和地气喷出的缝隙地带，由于电荷密度大，同性电荷相互排斥，稍有大气扰动，大量的同性电荷就被带到空气中形成“空间电荷气块”。这些“气块”在低空随气流飘动，当遇到异性“电荷气块”，特别是靠近异性电荷异常密集区时，便形成很强的局部电位梯度，使异性电荷击穿空气产生电荷中和，放电发光。当有云块飘来，云块就会感应带电，在适当的条件下放电发光。

　　上述的放电发光过程，若发生在地表突出物的顶部，因电荷的不断补充，持续时间较长，宽度较大，多形成闪烁型和片状地光，若发生在河谷、喷沙冒水孔、裂缝井壁，由于“地气”(天然气，沼气、高能离子、氨气等)的参与而形成大小不一的火球，若低层空气中存在着多种形式的放电过程，可在某两个方向相反的放电过程之间形成火球，并由此获得巨大的旋转速度，旋转起飞。由于球体内部带有电离的混合气体(氮、氢、氧、臭氧、氧化氮等)不稳定，在移动过程中碰到障碍物或球与球之间相互碰撞，就爆炸成五彩缤纷的焰火。

　　

　　临震前的信号

　　

　　地光作为地震将临的信号早已引起人们的极大兴趣和高度重视。1920年，我国宁夏海原“空中发现红光如练，瞬时即地震”(8．5级)之后，宁夏的隆德县在辑县志时，不仅记述了这次地震的情况，还引述了古人《震兆六端》中的“夜半晦黑，天忽开朗，光明照耀，无异日中，势必地震”的讯条。1971年，莫斯科国际大地测量与地球物理联合会上，地震学家呼吁加强地光研究，并指出：研究大气电，观测大气发光现象，对地震预报很有帮助。

　　据不完全统计，80％以上的地．光是在地震前1小时至震发时段发生的。由于白昼光亮较弱，难以分辨，只有在黑夜里光亮明显，容易惹人注目。所以，常给人防不胜防的恐惧感和发现甚晚之遗憾。但是，在国内外许多地震中，也有在震前几小时、几天，甚至更长时段里出现地光的实例。

　　1966年，我国邢台地震的前18天，震中外围区多处出现红色光球：1970年，通海地震的前1个月，有盆大红色光球滚动：1976年，唐山地震前的5～6小时，天空突然明亮，并持续20多分钟，四周景物豁然可辩。

　　在综合研究了世界各大地震的发光现象后，地震学家们发现，震前的地光形态、空间分布及地光亮度等普遍存在以下特性：①形态多以光球，片状和闪电式出现。②空间分布和亮度上具有初始时分散、亮度弱，越趋发震时越集中、越亮。③在震中外围所见的地光方向，或指向震中呈环形展布，或指向断裂构造带呈带状分布，或指向某特定地质体呈块状分布。在未来震中区所见地光方向零乱，但密度和强度要比外围区所见到的大。④8级以上地震，地光发光点分布范围可超过500千米；7～8级地震，地光发光点分布范围约200千米：6～7级地震，地光发光点分布在100千米范围内，5～6级地震，地光发光点只限于震中附近地区，而且数量有限。

　　根据这些特性，人们可以粗略地预测出即将发生的地震的大概方向、时间、地点和震级。可见，地光是非常值得重视的临震信息。对它的详细研究和观测，不仅有助于短期临震预报，对探索地震成因也具有特别重要的意义。

　　[责任编辑]王亚娜