高中地球科學/地震安全
地震的破壞力僅次於颶風。地震造成的破壞不僅來自地面震動，還來自地震引起的火災、滑坡和海嘯。社群可以透過使用抗震建築技術或改造舊建築來為地震做好準備。個人和家庭可以採取一些措施，比如固定重物和準備應急包。儘管採取了最好的預防措施，但大規模地震仍會導致大量人員傷亡和財產損失。
- 描述地震造成的不同型別的破壞。
- 描述使建築物更抗震的特徵。
- 描述個人和家庭在地震多發地區可以採取的保護措施。
地震會造成人員傷亡和財產損失。關於地震如何造成破壞以及他們造成或可能造成什麼樣的破壞，存在很多誤解。地面震動幾乎從未造成人員傷亡；很少，甚至從來沒有出現過地面張開吞噬人的情況。地震造成的人員傷亡是由於建築物倒塌造成的。地震後發生的火災造成的破壞和人員傷亡比地震本身造成的更多。
人員和財產損失取決於地震的震級、震中到人口稠密地區的距離以及地面震動的時間長短。但人為因素也很重要。建築物所建地基的型別是造成破壞程度的重要因素之一。破壞還取決於建築物的質量，包括所使用的材料。
震級最大的地震並不一定是最致命的。1960年智利大地震，震級為9.5級，是有史以來記錄到的最大地震，但僅造成約2000人死亡。1556年中國陝西地震的震級為8.0級，但估計造成約830,000人死亡。2004年蘇門答臘-安達曼大地震是最大地震之一，也是最致命地震之一。然而，230,000人中大多數的死亡是由於地震引發的海嘯，而不是地震本身。
地震期間的破壞取決於建築物下方的地基型別。堅硬的基岩的震動幅度遠小於鬆軟的沉積物。位於基岩上的建築物只有在發生極強地震時才會倒塌。鬆軟的地基，如沙子、淤泥或粘土，在震動時會發生沉降，導致建築物傾斜或倒塌，管道、道路和其他建築物斷裂。被水飽和的沉積物在地震期間會發生液化，變得像流沙一樣。山坡上鬆動的土壤在震動後會發生滑坡，將房屋帶下山坡，或埋葬山坡底部建築物。
在容易發生地震的地區，城市規劃者會花很多時間瞭解哪些地方最脆弱，並試圖減少這些危險。例如，在舊金山灣區，規劃者會研究地圖，這些地圖顯示了不同震級和地震發生地點在不同區域的預期震動程度（圖7.44）。使用這些資訊可以幫助他們瞭解和防範這些危害。例如，在面對兩個新建醫院的可能位置時，規劃者必須選擇位於基岩上而不是淤泥和粘土上。
墨西哥城就是一個例子，說明鬆軟的地基如何放大地震造成的破壞。1985年，一場 8.1 級地震發生在該市以西約 350 公里處。這場地震是由科科斯板塊俯衝到北美板塊之下引起的。墨西哥政府記錄顯示，地震造成至少 9000 人死亡，30000 人受傷，100000 人無家可歸，416 座建築物被毀，另外 3000 座建築物嚴重受損。造成如此大的破壞的原因是，墨西哥城建在已排乾的湖床之上。首都之下，地基是堅硬岩石盆地中的鬆散淤泥和粘土。地震發生時，地震波在岩石盆地的兩側和底部來回反射，從而放大了震動。此外，溼粘土發生了液化（圖7.45）。這些建築沒有像應該的那樣錨定到基岩上，因此它們沉入泥漿中，造成了巨大的破壞。
水、下水道和電力系統被毀，導致火災。阿卡普爾科距離震中更近，但建在基岩上，因此幾乎沒有受到破壞。為了防止墨西哥城再次措手不及，政府建立了一個預警系統。下次該俯衝帶發生地震時，就會啟用訊號，併發出警報聲。這將給居民大約一分鐘的時間來為不可避免的地震做好準備。至少，這足夠大多數人到達一個安全的地方。
一個地區的居民密度也是造成人員傷亡和財產損失的重要因素。1964 年阿拉斯加大地震，發生在安克雷奇附近，是有史以來記錄到的北美最大地震，也是全球第二大地震，震級為 9.2 級。地震持續了幾分鐘，造成高達 11.5 米（38 英尺）的滑移，影響了 100,000 平方英里（250,000 平方公里）的區域。地面液化導致滑坡（圖 7.46）。
由於地震發生在近海的俯衝帶，因此產生了巨大的海嘯（高達 70 米（20 英尺））。儘管地震強度很大，但只有 131 人死亡，主要是由於海嘯造成的，財產損失相對較小，僅略高於 3 億美元（相當於 2007 年的 18 億美元）。造成如此大的地震損失如此之小的原因是，當時該地區人口很少（阿拉斯加成為一個州只有五年時間！）。類似的地震發生在今天將造成無法估量的更多人員傷亡。地震造成的人員傷亡與發生地震的時間和地點密切相關。最致命的地震發生在人們在上班和上學的時候襲擊人口稠密的城市。在家裡睡覺通常更安全。
建築物的建造方式——其結構——是地震發生時造成的影響的一個重要因素。建築結構是 1988 年亞美尼亞地震比 1989 年加利福尼亞州洛馬普列塔地震造成更多人員死亡的原因。雖然亞美尼亞地震的震級略低，但該地區隨處可見的土坯房都倒塌了。加利福尼亞州地震地區的建築物大多設計成抗震的。然而，即使是抗震建築也可能在強震中受損。
設計抗震建築的工程師必須瞭解地震波以及它們如何影響不同型別的地基。建在鬆軟地基上的摩天大樓和其他大型建築必須錨定到基岩上，即使基岩位於地面以下數百米處。
用於建造建築物的材料會影響其抵抗地震的能力。最適合的材料型別取決於建築物的大小。小型建築物，如房屋，如果使用木材和鋼材等可彎曲和搖擺的材料建造會更好，而不是磚塊、石頭和土坯等脆性材料，這些材料會脆裂。如果用鋼材或木材加固，脆性材料就不太可能斷裂。較大的建築物必須搖擺，但不能搖擺太多，以免接觸到附近的建築物。配重和對角鋼樑用於抑制搖擺。大型建築物採用了一種完全不同的方法，即將其放置在滾輪上，使它們隨著地面移動，但不會倒塌。建築物還可以放在鋼材和橡膠層上，這些層可以吸收透過的地震波的衝擊。倒塌的建築物通常是由於其連線處薄弱，例如牆壁與地基的連線處。抗震建築具有良好的連線性。在多層建築中，必須支撐第一層，否則結構可能會倒塌（圖 7.47）。
較舊的建築物可以進行改造，使其更抗震。改造包括新增鋼材或木材來加固建築物及其連線處的結構（圖 7.48）。高架高速公路和橋樑也可以進行改造，以防止倒塌。改造的目標取決於改造的結構型別。大多數結構改造的強度僅能保護人的生命。更重要的結構，如橋樑，被設計成完好無損地倖存下來，但在地震後可能需要進行大規模修復。需要在緊急情況下使用的結構，如醫院，被改造到更高的標準，以便在地震後只需要進行表面修復。最高級別的保護是能夠使建築物完好無損地倖存下來的改造。這非常昂貴，只對具有重要歷史或文化意義的建築物進行。
當然，地震引發的最大問題之一是火災。地震會破壞燃氣和電力線路，引發火災。水管破裂加劇了這一問題，因為很難撲滅這些火災。解決這個問題的一個有效方法是將管道做成鋸齒狀，這樣它們在地震發生時就會彎曲和彎折。直管道在地震中會斷裂。在舊金山，水管和燃氣管道之間用閥門隔開，以便在某一段斷裂時可以將其隔離。
既然工程師知道哪些結構在地震中表現最佳，為什麼地震帶的所有結構沒有都建成最安全的結構呢？當然，原因是成本。更堅固的結構建造成本要高得多。由於沒有人知道哪些結構會在其有效使用壽命內遭遇大地震，因此社群必須決定如何使自己的建築物安全。他們必須權衡危害程度、不同建築策略的成本以及他們願意承擔的風險。在貧困社群，選擇可能歸結為在抗震建築上花費資金還是為其他優先事項提供資金，例如水衛生專案。這種選擇通常歸結為保護已知風險還是未知風險；例如，許多發展中國家的人每年死於飲用和沐浴不潔淨的水。
如果你住在地震帶，你可以採取許多措施在地震前、地震中和地震後保護自己。兩個目標是確保房屋及其財產不會造成危險，並讓家庭做好準備，以便在緊急服務全面投入使用之前獨立生活幾天。
地震前
- 請工程師評估您的房屋結構完整性。確保獨立部分——地板、牆壁、屋頂和地基——都牢固地連線在一起。
- 將磚砌煙囪固定在屋頂上。
- 確保重物不要放在高處。將它們移至低處，以免掉落。
- 固定熱水器周圍、頂部和底部。
- 用螺栓、螺絲或帶扣鉸鏈將重型傢俱固定在牆壁上。
- 用熒光燈泡替換鹵素燈和白熾燈泡，以降低火災風險。
- 檢查燃氣管線是否由柔性材料製成，以免斷裂。使用燃氣的任何裝置都應牢固固定。
- 家庭中的每個人都應知道如何關閉燃氣管線。應該在附近放置一把扳手，以備不時之需。
- 準備一個地震應急包，至少包含三天的水和食物。還應包括收音機和電池。
- 在房子裡放置幾隻手電筒，以便隨時可以使用。在汽車的手套箱裡放一隻。
- 在房子周圍放幾個滅火器，以撲滅可能發生的火災。
- 務必備好急救箱。家庭中所有能夠的人員都應掌握基本的急救和心肺復甦技術。
- 提前規劃好如何撤離你的財產以及要去哪裡。不要計劃開車，因為道路很可能會損壞。
地震期間
- 如果你在建築物裡，請蹲下，躲在結實的桌子或書桌下面，保護頭部，並抓住桌腿。
- 遠離窗戶和鏡子，因為玻璃可能會碎裂並掉落在你身上。遠離可能掉落在你身上的大型傢俱。
- 如果建築物結構不穩定，請儘快到室外。跑到空曠的地方，遠離可能掉落在你身上的建築物和電力線。
- 如果你在車裡，請留在車裡，遠離可能倒塌的結構，例如高架橋、橋樑或建築物。
地震後
- 注意可能會發生餘震。
- 避開危險區域，例如可能發生滑坡的山坡。
- 關閉房屋的供水和電源。
- 只有在緊急情況下才使用手機。許多有緊急需求的人會嘗試聯絡緊急服務。
- 準備好等待救援或指示。必要時幫助他人。
- 在地震中站在開闊的田野裡的人幾乎肯定會安全。幾乎所有地震的危險都來自建築物倒塌、道路坍塌，以及地震震動停止後可能出現的火災和海嘯。
- 社群可以透過要求建築物抗震和教育公民如何為地震做好準備來為地震做好準備。
- 個人和家庭可以透過兩種方式做好準備：確保房屋及其財產不會造成危險，並做好準備，以便在緊急服務重新集結併到達該地區的各個部分時獨立生活幾天。
- 在地震中，通常是什麼導致人員傷亡？
- 在兩次相同強度的地震中，為什麼距離震中較遠的地方比距離震中較近的地方人員傷亡人數更多？
- 描述為什麼1985年發生在遠處的8.1級地震對墨西哥城造成了如此嚴重的破壞。為什麼位於地震發生地附近のアカプルコ情況要好得多？
- 什麼是液化，它是如何在地震中造成破壞的？
- 假設你住在地震多發地區的舊房子裡。你的房子從未進行過抗震改造。你應該做些什麼來儘量減少對你和你家人的傷害？
- 建築師可以做些什麼來使摩天大樓抗震？
- 哪些型別的建築物最需要防範地震危害？
- 根據你對彈性的瞭解，一座建築物在完全堅固的情況下還是能夠搖晃的情況下更容易經受住地震？為什麼？
- 為什麼富裕社群（如加州的社群）往往比貧困社群（如發展中國家的社群）具有更好的地震防禦措施？
- 地震準備的兩個目標是什麼？
- 地震應急包裡應該放些什麼？
- 在什麼情況下你應該在發生地震時跑到戶外？
- 液化
- 飽含水的粘土、淤泥和沙子變得像流沙一樣，失去強度，表現得更像液體而不是固體。固體變成一種糊狀物，因此固體變得脆弱而不穩定，無法提供適當的支撐。
- 許多人認為在發生大地震時，加利福尼亞州會沉入海洋，亞利桑那州和內華達州將成為海濱房產。為什麼這是不正確的？
- 如果你是一位地震多發地區的城鎮市長，在選擇新建醫院的建築工地之前，你想知道些什麼？
- 如何決定為地震準備人員和結構花費多少資金？