“(嘉靖)三十四年十二月壬寅,山西、陕西、河南同时地震,声如雷。渭南、华州、朝邑、三原、蒲州等处尤甚。或地裂泉涌,中有鱼物,或城郭房屋,陷入地中,或平地突成山阜,或一日数震,或累日震不止。河、渭大泛,华岳、终南山鸣,河清数日。官吏、军民压死八十三万有奇。”这是明史中对1556年1月23日华县8¼级大地震的记载。
华县位于中国陕西省南部秦岭以北的渭河流域(北纬34.5度,东经109.7度),1556年1月23日24时左右(明嘉靖三十四年十二月十二日子时),该地发生了全世界已知死亡人数最多的地震,有姓名记载的死亡人数达到83万人,损失巨大,经测算,震级达到8.0-8.25级,也常被称为8¼级。之所以出现“¼”这个分数,是由于历史地震的震级是通过灾害现场的宏观烈度考察估算得到,精度有限,一般采用1/4的倍数来表述,除了华县的8¼级地震外,还有许多历史地震的震级用分数表示:如公元788年2月12日湖北竹山6½级地震、1624年9月1日上海4¾级地震、1917年安徽霍山6¼级地震等。
震级,最早是由美国人查尔斯·里克特提出,他模仿天文学家利用望远镜观察恒星相对亮度来确定恒星大小的方法,按照地震仪器探测到的地震波振幅将地震分为10级。之后,他和地震学家古登堡合作,改进计算方法,发明了大家所熟知的里氏震级ML,较为准确地表述了震中距600千米内的近震大小。对于震中距超过600千米的地震,地震学家又常使用面波震级Ms,体波震级Mb来表示。但在测定大地震时又出现了震级饱和的问题,也就是说实际地震释放的能量增加了,而它们的数值不再增加,计算出的地震震级小于实际地震的震级。于是,地震学家又发明了矩震级Mw,衡量地震规模,更好反映了地震错动的大小。
目前震级有很多种,比较常见的有近震震级、体波震级、面波震级以及矩震级等。在现代,我国对外公布的震级主要是面波震级,一次地震发生后,地震台站的仪器在地震以后可以迅速记录下地震波,其形态就是一段连续的线,呈高高低低的锯齿状。一般这条曲线沿中轴线大致对称,我们把偏离中轴线的最大值称为振幅,它能够反映地震的强度,通过测量振幅的大小,并用公式计算,得到地震的震级。体波震级、近震震级的计算方法类似。
那么在还未建立完备的震级评定方式的古代中国,又是如何确定震级的呢?
以华县8¼级大地震为例,虽然现代地震学者已经无法获取四百多年前的地震波,但是可以通过文献中记载地震发生时的各种场景来推断大致的震级范围,如破坏程度、影响范围、死亡人数等。
从破坏程度来看,《明实录》记载,“或地裂泉涌,中有鱼物;或城郭房屋陷入地中,或平地突成山阜;或一日连震数次,河渭泛涨,华岳终南山鸣。”《华阴县志》记载,“声如雷,鸡犬鸣吠,河渭涨壅,数日华岳鸣。其初发也,自潼关蒲坂奋暴,突撞如波涛沸腾,四面溃散,随各以方向慢缓,而受祸亦差异焉。”翻译成白话文,在此次地震中,人们有强烈震感,房屋坍塌,鸡犬鸣叫不停,大地出现断面,平地上升,山体崩裂,或出现地陷,或出现喷涂,既有地鸣,又有泉涌。而根据中国地震烈度表的说明,一般在地震烈度XI度以上时会出现上述的这些情况。
从影响范围来看,华县地震的震中地区在渭河下游的渭南、华县、华阴、潼关和山西的永济一带,波及陕西、甘肃、山西、河南、宁夏、河北、山东、湖北、安徽、江苏等十省区,相关地区的县志、州志也有记载。对照国际通用的里氏震级表,摧毁方圆数百英里区域的地震,震级划定在8.0—8.9之间。
再从死亡人数来分析,《明实录》嘉靖卷记载:“河清数日,压死官吏军民奏报有名者八十三万有奇。秦可大在《地震记》也写到:“受祸之大,潼蒲之死者记七,同华之死者记六,渭南之 死者计五,临潼之死者计四,省城之死者计三,而其他州县,则以地之所剥削近远分浅深矣。据现代学者分析,尽管死亡人数并未有八十三万之多,但也在39—45万人 之间,是截至目前为止,世界上死亡人数最多的一次地震。
综合以上三点,现代学者将陕西华县地震的震级置于8.0—8.9之间,—同时与现代汶川8.0级地震的受灾面积和破坏程度对比,明代华县地震震级与其相似,因而明代华县地震的震级范围应该缩小到8.0—8.5之间。
除了通过宏观自然现象的文献记载来分析地震震级外,一代代的地震专家还总结出了很多利用烈度来求震级的经验公式,如胡聿贤、李善邦、武英宦、陈祥玉、朱书俊等。
但上面所用经验公式在算历史上地震震级时都有误差,不是绝对的,有些是利用局部的历史资料得出的,具有相对性。
因此,在确定古地震的震级与烈度时,往往需要综合震中的破坏情况、地震的烈度、震源深度、烈度区面积、烈度区半径、地震的有感距离等与震级的关系等,才能得出最终的答案,不是一个能够一蹴而就的简单问题。
新故相推,日生不滞。一代代“地震人”在科技发展的浪潮中不断开发新技术、新产品,让地震速报、地震预报、地震预警更加精准;同时也在时光长河中攫取古地震的“证据碎片”,为历史地震情况、地质构造提供宝贵资料,扎实履行好防范化解地震灾害风险的政治责任和社会责任。