地震是由于地壳剧烈运动、火山爆发、地层断裂而造成地面及其附近剧烈振动而带来的一种灾害。当地震震级超过6级以上时，将会破坏大量的建筑物，并造成大量人畜伤亡。人们发现，在众多中强以上的地震即将发生时，往往有声响从地下深处传来，人们习惯称之为“地声”。这种来自地底的声音几乎是大自然在地震灾害降临前发给人类的最后一次避险预警信号。
地声往往发生在地震前的几秒、几分或几小时、几天内。在震中区或近震中的范围内能普遍听到地声。随着距震中的远近不同，所听到的地声也不一样，比如有的类似闷雷声，有的类似远雷声，岩石破裂时的“咔嚓”声，有的则是隐隐有声。在靠近震中的地方，大震前可以听到像狂风、雷声、坦克开过来的声音，像开山炸石的沉闷爆炸声。那么，地声是怎么形成的呢？
要了解“地声”，首先要弄清楚地震的能量释放过程。早年的地质学家一般认为火山活动是地震发生的原因；后来，人们发现没有火山活动的地区同样经常发生地震。19世纪，英国著名地质学家赖尔第一次提出，大地的升降和断裂都是地震造成的；1902年，地质学家墨凯认为，断层运动是地震的成因，当一部分地壳岩石在构造应力作用下达到极度紧张时，就会发生断裂，从而发生地震；之后，理德在墨凯的基础上，阐明了地震的发生是由于断层的弹性回跳，由此建立了“地震断层成因学说”，这一学说对以后的地震研究具有深远的影响。理德认为，地壳岩层如果没有强大的压力压迫以至超过其耐受性时，是不致发生断裂的，这是因为地壳构造运动一直在进行着，各部分地壳不均匀，较软的地方就将受到的力累积起来，逐渐发展到岩石固有的弹性强度不能再容纳时，便发生破裂，将所蓄积的弹性势能迅速释放出来，就如被压住的弹簧，一旦放开以后会迅速地反跳一样，直到大部分积累的能量释放掉为止。其中，一部分能量会以声发射的方式释放。
当我们手握一根柴棒两端要将它折断时，棒会受力而弯曲，同时还有咯咯声。这个声音不仅来源于即将断裂的部位，而还来自整个棒内的随机部位，声音也出自棒的结构薄弱处的微破裂，同时还可感到微弱振动。随着力的增加，声音也越频出现，而且越强，最后微破裂快速集中到要断的部位，棒终于断裂。这一过程也就相当于地震时“先听到声，后地动”的情景。
地声既然是声音，当然可以用声强和声调来对它进行描述。声强以分贝来表示，听觉灵敏的人可听到零分贝的声音。所谓0分贝，就是指声音的能量可使一个空气分子移动十亿分之一厘米的距离。以此为基础，比它强10倍的为20分贝、比它强100倍的为40分贝……声调以频率表示，是声源在单位时间内完成的振动次数，单位是赫兹，如10赫兹就是1秒钟内声源振动10次。频率越高，声调越尖亢，频率越低，音调越沉闷。
地震时原生的声发射具有很高的频率，但高频声波极易损耗，经多次反射后，回响的声音仅剩低频部分音调变得很低，其优势频段大多落在人和动物的听觉低频域范围内，有的甚至还落在低频域以外。由于人的听力频率低限是20赫兹，低于此限就称为次声波，人是无法听到次声波的，因而无法听到地声的全部，但有的动物可以，例如狗的听域低限就是12赫兹。人耳对次声波虽然无感，但内脏器官却可感受到其影响，如有人震前身体无故不适，原因即在此。
有关地声的强度的报道很少，因为难以测量到，测到过的只有唐山大地震后的一次小余震。在震中附近的水井中，地声可高达80分贝，地声多半集中在5～70赫兹的频段上。
根据地声的特点，能大致判断地震的大小和震中的方向。一般来说，如果地声越大，声调越沉闷，那么地震也越大；反之，地震就较小。当听到地声时，大地震可能很快就要发生了，所以可把地声看做警报，应该立即离开房屋，采取紧急防御措施，避免和减少伤亡损失。
学科展望
地声发出的高频波在地层中衰减快，传不远，难以被地震仪接收到。然而，如果将仪器安装到振动干扰小的深井中，地声信息就可以被记录下来了。目前，科学家们正在研究深井地声观测技术，即在矿井深处安装一种深井地声仪，从深井聆听地球的声音，从而预测地震前的信息。
海啸预报
大海是宁静的，但是一旦它疯狂起来也很可怕。1755年11月1日，这天是万圣节，在葡萄牙首都里斯本的教堂里，信徒们正在做祈祷，突然间一声山崩地裂般的巨响，教堂像遇到风暴的船一样剧烈地摇晃起来，随即，这些善男信女们便被永远地埋葬在倒塌的教堂之中。这时，全城陷于一片昏暗，6分钟之内，建筑物几乎全部变成废墟。有些幸免于难的人匆匆逃到海滨，又被高涨到20多米的海水迎面吞噬。这次由大地震所引起的海啸，造成了全城6万人罹难。
海啸是一种具有强大破坏力的海浪。水下地震、火山爆发或水下塌陷和滑坡等大地活动都可能引起海啸。地震发生时，海底地层发生断裂，部分地层出现猛然上升或者下沉，由此造成从海底到海面的整个水层发生剧烈“抖动”。这种“抖动”与平常所见到的海浪大不一样。海浪一般只在海面附近起伏，深度不大，波动的振幅随水深衰减很快。地震引起的海水“抖动”则是从海底到海面整个水体的波动，其中所含的能量惊人，它掀起的狂涛骇浪，高度可达10多米至几十米不等，形成“水墙”。另外，海啸波长很大，可以传播几千公里而能量损失很小。由于以上原因，如果海啸到达岸边，“水墙”就会冲上陆地，对人类生命和财产造成严重威胁。
海啸被认为是地球上最强大的自然力之一。2004年12月26日，印度尼西亚苏门答腊岛西南海域发生的87级地震，引发了百年罕见的地震海啸，造成了印度洋周边国家近30万人死亡，沿海大批城乡设施遭毁灭性的破坏。这一事件引起了包括中国在内的全世界政府和社会公众的关注，如何预防地震海啸灾害，建立有效的海啸预警系统，成为世人关注的一个课题。
目前，浮标系统是各国监测海啸采取的普遍手段。其中，美国的DART浮标是一种很好的海啸探测器，它被放置于海底的压力记录器会记录潮汐的情况，并且以每15分钟一次的频率将数据传送给海面浮标。当可能导致海啸发生的海浪经过时，海底所受到的压力会增加，上升的压力会使记录仪内部的石英振荡器摆动得更快。当这一现象发生时，DART会切换到海啸模式，将数传递频率提高到每分钟一次。当海面的浮标接收到海底传感器传来的数据之后，便会通过卫星将数据传到美国阿拉斯加州和夏威夷的监控中心。如果真的监测到了海啸，相关的地区将会在数分钟内收到警报。但浮标系统也有不足之处，由于浮标不可能随处安装，一些地区根本监测不到，另外，海啸只有在经过浅层海水时才能被浮标监测到，深层海水的微小变化却很难监测。
2006年，法国科学家发现，海啸发生时大气离子层中会出现一种信号，这种信号的强度与海啸的强度有密切关系。研究人员早在2001年秘鲁海底地震引发海啸时就曾首次在大气离子层中捕获到这种信号。2004年12月，当印度尼西亚苏门答腊岛附近发生强烈海啸时，海洋地形实验卫星和海洋地球卫星又同时捕获到电离层的强烈反应。这项研究成果弥补了海啸研究的一项空白，并将有助于完善海啸监测系统。
2009年，美国国家海洋与大气管理局科学家首次发现，海啸的巨大波浪会通过海水与空气的相互作用而导致海面更加汹涌不平。海啸前沿的巨型波浪会先搅动海面的气流，而气流将比波浪本身更为急剧，于是会沿着波浪前端的斜面进一步搅动海水。由于汹涌的海水颜色看上去要比风平浪静的海水深一些，于是就会在巨浪引起的深色而又汹涌的海面与明亮而又平缓的海面之间形成鲜明的对比。用一些常见的科学仪器，就完全可以探测到这种对比度，即“海啸阴影”。如果把这些安装在卫星上，使其绕地球轨道运行，那么这些仪器就能观察到一道宽几百公里、长数千公里的海洋阴影，这将有助于科学家提高海啸早期预报的准确性。
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海啸到来之前，往往会有一些深海鱼类因受不了深海地震而引起的水温骤升而逃命，如果这些深海鱼类突然到了水面上，海水的压力骤然减小，会使它们的胃翻出口外，眼睛突出眼眶外，体内部分小血管破裂，最终导致死亡。因此，即使我们在浅海中游玩时，看到一些怪模怪样的深海鱼类，万万不可掉以轻心，这说明有可能过不了多长时间，凶神恶煞的海啸就会疯狂席卷过来。
作恶多端的龙卷风
在变幻万千的天气现象中，常常会出现一些不同寻常的怪事，怪雨就是一例。1903年2月，在欧洲大陆许多国家，连续好几天降的是红色雨。1862年1月，在英国阿伯丁降了一场恐怖的黑色雨。此外，天上掉下青蛙、银币、谷粒等稀奇古怪的事情在世界上发生过多次。现在，随着科学技术的发展，许许多多怪雨现象都能得到科学的解释了。原来，这些大都是龙卷风的“杰作”。
龙卷风是一种猛烈的旋风，在涡旋内部空气柱强烈地旋转着，其风力可达12级以上，最大可达200米/秒。当龙卷发生时，一个像漏斗或象鼻似的空气柱从雷暴云底盘旋向下，这种空气柱叫漏斗云，漏斗云是龙卷现象最显著的特征。古代，人们对这种神秘的自然现象无法解释，都把它说成是“龙”，叫它“龙吸水”、“龙摆尾”、“龙倒挂”等，久而久之，气象学上也叫它“龙卷风”了。
龙卷风常发生于夏季的雷雨天气时，尤以下午至傍晚最为多见。它的直径一般在十几米到数百米之间，活动时间一般只有几分钟，最长也不超过数小时。但就是在这样短的时间里，它却能造成极大的破坏。当龙卷风经过水面时，可以卷起高高的水柱，就好像天龙低头吸水一样，被称为水龙卷。这种龙卷风能把海水、湖水卷上地面，遇到障碍物风力减小，夹杂在水中的生物也就掉下来了，形成了鱼雨、虾雨或龟雨、蛙雨；或是把这个地方的动植物或什么物件卷走落到另外一个地方，就形成了某某动植物或某某物件雨。发生在陆地上的龙卷风叫陆龙卷，风力强劲时，能拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物，甚至把人吸走。
那么，龙卷风的巨大能量究竟来自何方？我们不妨先做一个小实验。在水池里放一些水，用手搅动，使水慢慢旋转，然后拔掉水池底的塞子，于是就可发现，在排泄口形成了一个旋涡，龙卷风的产生就与此相似。龙卷风的形成一般都与局部地区受热引起上下强对流有关，一旦出现强烈的上升运动，龙卷风就开始旋转；以后，通过云滴凝结时释放的热量等能源所提供的能量，使得旋转运动得以维持；当低层空气上升时，它的空缺位置就由迅速向内汇合的空气来填补，根据动量矩守恒定律，当向内汇合的空气越来越接近旋转中心时，气柱的旋转速度就越来越大，由此产生很大的风速。
龙卷风巨大的破坏力，首先是由于强烈的旋风，它几乎可以刮走它所遇到的任何东西；其次是由于它的内部压力很低，使得邻近的建筑物和交通车辆发生爆炸，这是因为龙卷风的气压在几秒或十几秒的时间内可以下降8%的大气压力，假如在它旁边有一间屋子，屋内的气压是标准大气压，而且屋内的气压不降低，或者降低很慢，由于突然产生的内外压强差，使墙面或天花板受到066牛顿平方厘米的力，如果天花板的面积为6×12米，则作用在屋顶上的力可达475200牛顿！这种突然施加的力，足以将屋顶一下子掀掉，就像在屋内发生了爆炸一样。
据统计，全世界每年发生的龙卷风大约1000次以上。美国是龙卷风“光顾”最频繁的国家。1879年5月30日下午4时，在堪萨斯州北方的上空有两块又黑又浓的乌云合并在一起，15分钟后在云层下端产生了旋涡。旋涡迅速增长，变成一根顶天立地的巨大风柱，在3个小时内像一条孽龙似的在整个州内胡作非为，所到之处无一幸免。但是，最奇怪的事是发生在刚开始的时候，龙卷风旋涡横过一条小河，遇上了一座峭壁，显然是无法超过这个障碍物，旋涡便折向西进，那边恰巧有一座新造的75米长的铁路桥。龙卷风旋涡竟将它从石桥墩上“拔”起，把它扭了几扭后抛到水中。1925年3月18日，发生在美国密苏里州、伊利诺伊州、印第安纳州的龙卷风，造成695人死亡，2027人重伤。
1987年，5股形状像粗大的象鼻子、上粗下细类似漏斗的龙卷风急速旋转着，横扫了宾夕法尼亚州和俄亥俄州、纽约部分地区以及加拿大的安大略省，所到之处，犹如千百架喷气式飞机轰鸣，声如炸雷，惊心动魄。强劲的龙卷风把宾夕法尼亚惠特兰镇好几家工厂的波纹钢房顶撕成碎片，在俄亥俄州尼尔斯镇，3个各重34吨的丙烷罐被卷上了半空，然后像玻璃杯似的破碎了。更为神奇的是，龙卷风使一块木头戳穿了一只不锈钢锅，一个扫帚柄竟然刺穿了一根电线杆。龙卷风的能量由此可见一斑！
我国也有龙卷风出现。1956年9月24日上午，一次强龙卷风袭击了上海浦东一带，一个110吨重、有三四层楼高的大储油罐被卷到15米高的空中，并甩到120米以外地方。龙卷风还吹塌了一座三层楼房，把一幢五层高的教学大楼卷去了一角。1967年3月26日，在上海出现的一次龙卷风，破坏了两座双座高压输电线铁塔，这种铁塔每座均有4根22米长的座锚，按承受65米/秒的风速设计制造，结果被这次强龙卷风扭断、拔起。这是我国出现的破坏性最强的龙卷风。
龙卷风的范围很小，活动时间很短促，这给科学研究和预报带来了很大的困难。但是，龙卷风到来之前，只要留心观察，总会出现一些值得注意的天气现象和特征的。比如，龙卷生成前大气很不稳定、云系对流旺盛、气压明显降低、云的底部骚动特别厉害等等，这对于预报龙卷风有一定的帮助。另外，气象雷达在发现和追踪龙卷风上起着很重要的作用，它可以测到300公里外的雷雨云，一旦在雷达中发现有龙卷风存在的钩状回波时，即可发出警报。气象卫星的出现给龙卷风预报增添了新的探测工具，尤其是用同步卫星拍摄的云层照片，在监视龙卷风的发生上起着更重大的作用。卫星昼夜都能观测，并且可以看到更小的目标。如果把卫星和雷达结合起来，就能连续观察龙卷风的变化，可在龙卷风发生前半小时发布警告。
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