地光 （由震动波引起发光的物理学现象）

现象简介

地光也叫地震光，是许多强烈地震在震前震时都伴随着的一种奇特的发光现象。地光出现的时间大多与地震同时，在震前和震后也存在目击记录。出现的方式与极光非常相似，光谱范围是由白至蓝，持续时间由几秒至几十秒不等，通常可以用肉眼观察到。地光的大小和亮度不一定与地震能量、地震震级或地震烈度成比例。有时地震时所产生的电磁波会干扰无线电通讯。其形状有带状光、闪光、柱状光、片状光等，颜色也是多种多样的，低空大气中出现的片状光、弧状光和带状光等多为青白色，地面上冒出的火球、火团则多为红色。

历史记载

古今中外大地震，大多都有发生地光的记载，如“火轮见空中”，“碧光闪烁如电”，“红光遍邑”，“天上红光如匹练”等等。1652年3月23日安徽霍山地震提到「丑时地震，自西南起，红光遍地，人畜皆惊」。1920年海原大地震记载：“未震之先，有居山之人，夜半见山中闪火”，“震前黄昏时分，西北山上有红光闪灼，比晚霞还红亮。”1970年云南通海大震前，当地人也看到漆黑的天空有白光、红光、绿光闪现，瞬时又逝。在中国的历史记载中，人们看到的地光有球状光、闪光、片状光、带状光和柱状光等。

现象特征

时间

地光出现的时间，除与地震同时出现外，也有震前出现。如唐山地震出现于震前6小时至发震的瞬间，并以临震前10分钟最多。也有震前3-4天，甚至更长时间就出现地光。根据宏观调查表明，地光绝大多数在夜间被看见，但白天同样会出现地光，因白天天空太亮，不容易被人们觉察。

形态

地光的形态和出现的时间有一定的关系，一般震前较早出现的地光无固定形态，主要是大面积发亮，光不耀眼，变化不激烈，持续时间较长，随着发震时间的逼近，各种形态的地光相继出现，归结起来可分为闪电状、朦胧弥漫状(片状)、条带状、柱状、探照灯状、散射状和火球状等。并且亮度增加，变化激烈，发光时间短促，忽隐忽现，持续几秒至几分钟，形成高潮。

颜色

地光的颜色五彩缤纷，蓝、红、黄、白、橙、绿等各色俱全，以蓝、白、红者为多。一般地说，片状光、带状光，以蓝色居多；而火球、火团、火焰、火柱多为红色、红黄色和白色。不过，这不是绝对的，有时地光的颜色还随时间变化。此外,还有少见的复合色，如银蓝色、绿青色等。

范围

地光的范围一般不是出现在震中区的某一点上，而是出现在震中区相当范围内许多点上，如海城地震地光出现范围达200公里以上。地光出现的地点多在贴近地面的低空大气中。不但山区、平原有地光，海上也有发光现象。唐山地震前秦皇岛附近海面就观测到海水发光现象。

方向

地光出现的方向也有规律，震中区地光多沿地质构造带出现，外围地区看到的地光多指向震中方向，地光出现的同时往往伴随有响声、怪味、电磁干扰等奇异现象。

其他

地光还会伤害人体和植物，海城地震震中区某些居民面部有不同程度的灼伤，几天后皮肤表面龟裂翘皮。唐山地震在郊区的农田里发现青椒有烧伤的焦斑痕迹。

产生原因

地光的产生原因说法不一，如今科学界尚无定论。一般认为，震前低空大气的发光是一种气体放电现象，可能与地震过程中的错动引发两侧岩体摩擦生热有关。地光的成因可分为四类：

第一类为岩石振动、破裂、摩擦撞击时产生的发光现象。岩石破裂、磨擦时产生大量热量导致发光，基岩裂缝、塌方、滑坡时都能看到强烈的发光现象。而岩石振动、撞击导致的发光不是指锤击岩石时发出的火星，而是从岩石内部发出蓝白色闪光。石英是地壳中分布最广的矿物，几乎在各地都可以见到它的踪影，会在地应力的作用下因压电效应而产生发光现象。当强地震发生时，大区域大范围内的众多含石英的岩石受到强地应力的压迫，自然足以产生具有区域性的发光现象。在一些变质岩分布区，还常可见到石英的晶粒沿着某个方向作定向排列，这使它们更容易产生集体的压电效应。

这些地区地震时发光有岩石发光和低层空气发光之别。石英岩具有良好的在机械震动下致光的性质，不太强烈的震动即可产生强烈闪光，矿物颗粒不一定需要破碎，破碎时闪光更强烈。地震时中酸性岩裸露地区的发光现象应是这些岩石中的石英颗粒在地震波振荡下发出的光，若这类岩石中产生裂缝，发光就会更强烈。而对于低层空气发光，一方面可能因为这些岩石在强大的地应力作用下向空气中辐射出离子、放射性物质和气体，大大增加了这一地区低层空气的离子浓度，另一方面也可能有从别处飘来的离子云块，这些已处于电离状态的气体在地震波的打击等因素触发下而发光。

第二类为地壳内易燃易电离的气体喷溢出地表后由于迅速氧化或由空气中电火花点燃等原因即变成明火燃烧，或由高能状态恢复低能稳定状态放出光子而发光。由于喷溢的机制不同，可以成为火苗、火柱、火团、火球、火轮等等。

第三类为气体放电现象。它并不是一出地表就表现为发光现象，而是在空气中逐渐积累运动变化、碰撞混合、氧化磨擦，在空气中形成一团团大小、形状、高度、性质各不相同，飘荡不定的离子云块。由于感应也可使附近云块、物体等荷上不同自的电荷。当不同电性的离子云块或离子云块与不同地形地物之间电场超过空气的击穿电压或在地震波、人畜跑动、建筑物倒塌、风等等不同外因的触发下产生不同色彩不同形态的放电发光现象。其中包括“光明照耀无异日中”“满天红光”等弥漫性光、火球、火轮、火轮、火柱、带状、片状、弧状等发光现象。

第四类为气体自燃现象。地光可能与地下可燃性气体自燃有关，这些可燃性气体以地裂缝、井口、喷沙孔为通道喷出地表。

形成机制

关于地光的形成机制尚在研究之中，存在多种可能的解释：

一种解释是正电荷空穴模型（Positive Holes Model），地震之前和期间的高应力破坏了某些类型岩石（例如白云岩、流纹岩等）中的过氧键，使得氧气电离成为负氧离子。电离后，负氧离子沿着岩石中的裂缝向上行进，一旦这些负氧离子到达大气，就能使空气电离，形成发光的等离子体。而在实验室中也证实了，当受到高应力时，某些岩石会使氧化物离子化。

另一个假说解释为地光是源于含有石英的岩石通过构造运动产生压电效应，形成的强电场所致。

另一个可能的解释是地球上的构造应力区域的地磁场和/或电离层的局部破坏，导致了可观测的发光效应，这种发光效应或者来自较低海拔、较大大气压下的电离层辐射复合，或者来自极光。

相关研究

中国

地光形形色色的形态中与UFO最为近似的是火球现象。中国学者黄录基、邓汉增在研究火球时认为应区分两种类型：A型火球，通常在地震前不久和震时发生。它们主要出现在震中区，没有明显的分布规律，也看不到来自地下的通道，总是突然出现在空中。球体大小不等，一般直径二三十厘米，红色居多，间有蓝色、白色，移动迅速，有时带有响声，同时可见到其他形态的地光。B型火球，是信号弹式或流星式的球状光体，发震前后都有，出现的范围也较广，但与一定的地质构造及地理条件有关，常直接从地面裂缝、冒水孔、河沟等处升起。上升高度一般为一二十米。球体大小较悬殊，小如鸡蛋，大如脸盆。颜色以红色居多，绿色次之，再次是白色或蓝白色。它们的移动速度较A型为快。有时随风飘忽不定，也常伴有响声，并往往带有一股难闻的气味，如硫磺味等。严重时，可灼伤人畜。可见，火球具有随风摇曳和只能上升、无磁场干扰的特征，它与UFO有本质上的区别，但是它的发光现象及有硫磺味产生等一些特征又与人们遭遇的UFO有相同之处。

日本

1961年，日本学者安井丰等在研究地光时，就注意到了大气电场的问题，后来他陆续研究了日本、美国等地的地震发光现象，于1972年提出了“地光现象是地震时剧烈的低层大气振荡”的看法。他认为：在地震区常会有以氧为主要成份的放射性物质，被从地里“抖”到大气中。特别在含有较多放射性物质当中、酸性岩石分布区和断层附近，大气中的氡含量将有显著提高（这一点已为实测结果证明），这也将使大气离子化增强，导电率增加。如果这时地面存在一个天然电场（这个电场可以由压电效应产生），那么就会发生向空中的大规模放电，使地光闪烁起来。另外，也有人用压电效应理论来解释地光。物理学的实验发现，许多晶体在受到挤压拉伸时，会在两个平面上产生相反的电荷，称为“压电效应”。压电石英就是一种具有压电效应的晶体。如果沿着石英晶体的垂直轴切制一个薄片，并沿薄片厚度的方向施加一定压力，这时薄片的两个受压面将产生不同的电荷，且电荷的密度与压力成正比。

美国

美国的科学工作者为揭开地光之谜作了大量的研究工作，已迈出了重要的一步。他们在实验室里对圆柱的花岗岩、玄武岩、煤、大理石等多种试样进行压缩破裂实验时发现，当压力足够大时，这些试样会爆炸性地碎裂，并在几毫秒内释放出一股电子流。正是这股电子流，激发周围的气体分子，使它们发出微弱的光亮。芬克尔斯坦和波威尔认为，当石英在地壳岩层中作有规律排列时，如果沿长轴排列的石英晶体的总长度，相当于地震波的波长时，就会产生地震等压电效应。若地震压力的压强为30-300帕，就有可能产生500-50000伏/平方厘米的平均电场，这个电场足以引起闪电那样的低空放电现象，产生地光。

相关实例

国内实例

辽南海城、营口地震

1975年2月4日中国辽南海城、营口发生了7.3级地震，东自岫岩，西到绵县，北起辽中，南到新金，当时震区有百分之九十的人都看到了地光，近处可见一道道长的白色光带，远处则见到红、黄、蓝、白、紫的闪光。此外，还有人看到从地裂缝内直接射出的蓝白色光，以及从地面喷口中冒出粉红色火球，光球像信号弹一样升起十几公尺到几十公尺后消失。该现象还成为本次地震成功预报的一个重要因子。从大连开往北京的31次直达快车，当接近海城县唐王山车站时，突然前方夜空出现了紫红色的耀眼火光，列车司机紧急采取制动，接着地面摇晃，强烈地震发生了，而列车却安全地停在极震区海城县唐王山车站外，避免了这次强震带来的重大灾难。

云南龙陵、潞西两次强震

1976年5月29日20时23分和22时在云南的龙陵、潞西一带发生7.5级与7.6级两次强烈地震时，负责地震值班的同志观察到震区上空出现一条橘红色的光带，便当机立断，拉响了警报器，疏散人员，避免了重大伤亡。

河北唐山、丰南大震

1976年7月28日3点42分河北的唐山、丰南一带发生7.8级大震，从北京开往大连的129次直达快车，满载着1400多名旅客于3点41分正经过地震中心唐山市附近的古冶车站，这时两位火车司机发现前方夜空像雷电似的闪现出三道耀眼的光束，意识到这可能是地震前的地光，果断沉着地使用了非常制动闸，进行了紧急刹车。紧接着大地震发生了，列车却稳稳地停驶下来，避免了脱轨和翻车的危险，保证了列车和广大旅客的安全。

台湾花莲地震

2018年2月7日，台湾花莲发生6.5级地震。花莲吉安火车站附近的监控也拍到疑似“地光”的画面。从视频中可以看到，远处地面突然发出一道“强光”，直射天空，连云都被照得非常清晰，宛如白天。

青海海北州地震

2022年1月8日 ，在青海海北州门源县发生 6.9 级地震，在地震发生时，有监控视频记录下，远处地平线发出耀眼强光，强光持续了一两秒钟，照亮了半边天空。

山东德州地震

2023年8月6日2时33分，山东德州市平原县（北纬37.16度，东经116.34度）发生5.5级地震，震源深度10公里。震中位于德州市平原县王打卦镇王打卦村附近。山东多地居民称，地震前看到天空出现满天红光，怀疑其与地震存在关联。

国外实例

墨西哥恰帕斯州地震

2017年9月8日，在墨西哥南部恰帕斯州塔帕丘拉西南137公里处海域发生的8.4级，震源深度19公里，在墨西哥南部发生强震后，墨西哥城上空惊现蓝绿色交织的神秘光。

日本福岛地震

2021年2月13日，日本福岛外海发生规模7.3级有感地震，但在震动约20秒左右，远处地面突然发出一道强光。专家解释，这道强光就是地光，也就是地震时受震动波及区域上空出现的光，会伴随规模6级以上的地震出现，属于正常能量释放。

实际应用

尽管地光发生的原因还没有彻底清楚，但由于地光有时出现在大震之前，作为一种前兆现象，是可以用来进行临震预报的。魁北克自然资源部的地质学家罗伯特·特里奥尔特说：“作为震前现象的地光与其他类型的因素相结合，有一天它们或许有助于预测地震是否即将发生。”用地光异常进行地震短临预报要做到：第一，要确保观测资料的准确性，要亲自到现场走访落实；第二，要根据异常的强烈程度、数量多少、持年续时间，并结合其他观测手段综合考虑进行地震预测。

地光是地震前大自然向人们发出的警报。虽然时间很短，瞬时即逝，但当观察到这种地震前兆后，应该利用这个短短的时间，争分夺秒，立即采取防避措施，减免生命财产的伤亡损失。应当指出，有时雷电和施工现场在夜间常常会造成电弧光现象，因此，不能盲目地把一切“闪光”现象都归结为地光，否则，就会引起不必要的慌乱，带来不应有的麻烦。