第一部分
地球生命現於何時
如果從最早的猿人開始計算，人類已經有了二三百萬年的曆史。眾所周知，如果把地球46億年的演化史比做24小時的話，人類的出現則隻有半分鍾。早在人類出現之前，各種生命就出現了，它們誕生、死亡，一種動物滅絕，另一種動物形成，就這樣新陳代謝，相互交替活躍在地球的舞台上。地質學家在一些地方發現了它們死後留下的遺骨和遺跡，這就是古生物化石，根據化石可以推斷古代生命的生成時間和當時的地球環境，因此這種石頭被稱為記載地球曆史的特殊文字。
地質學家最先在澳大利亞這樣的石頭中，發現埃迪卡拉動物群，後來又在前蘇聯發現了裏菲生物群。我國的古生物學者也曾在陝南的化石中發現有生物活動的遺跡。通過對這些生物化石的年齡測定，確認它們是在距今5～6億多年的寒武紀時代形成的。地質學家的研究結果證明，這些化石中的生物還不是最原始的生命，它們已經是較高階段的生命代表了。在它們之前還應該有更古老的生命存在。
後來，人們把一些留有生物遺跡的化石送到電子顯微鏡下觀察，在一些“年齡”為二三十億年的化石中發現了更為原始的生命遺跡。
1940年，麥克格雷爾在津巴布韋的石灰岩中，發現了可能是藻類留下的碳質遺跡，岩石年齡為27億年。
1966年，巴洪和肖夫在南非德特蘭士瓦的淺隧石中，發現了024×056微米的棒狀細菌結構物，年齡確定為31億年。兩年之後，恩格爾也在南非年齡為32億年的前浮瓦乞係的堆積岩中，發現了直徑為10微米的球狀體，並認為是一種微生物化石。不過，當時人們普遍懷疑這些研究成果，認為這些隻不過是一種無機物或膠狀有機物，因為人們不相信生命的出現能有如此之早。
20世紀60年代以後，巴洪等人終於又在距今34億年的斯威士蘭係的古老堆積物中，用顯微鏡發現了200多個直徑約為25微米的橢圓形古細胞化石，其中有1／4的古細胞處於分裂狀態。這個發現為證明30多億年前的生物遺跡的存在，提供了有力的證據。
美洲的古老化石最初發現於加拿大安大略的肯弗林特的黑色淺燧石中。這些微化石的形態同藍藻相似，經岩石年齡測定為19億年，顯然不是最老的生物化石。後來又在美國明尼蘇達州的蘇堂頁岩中的黃鐵礦中，發現了01～15微米的橢圓狀細菌結構物，據推測，其年齡大約為27億年。
我國1975年在鞍山含鐵岩係中發現了化石細菌，年代確定為24億年。與現代細菌對比，其中有4種屬於鐵細菌，外形有杆狀、纖毛狀和球狀等。
但是，在已發現的古老化石中，年代最久遠的還是1980年左右在澳大利亞西部發現的細菌化石，據測定，它的年代約在35億年之前。它們中有一半呈深灰色球狀，直徑在12～4微米之間，許多個體都成對或多個連在一起；也有的呈橢球狀、空心球狀等形態。這些發現足以證明，35億年前不僅生命早已存在，而且已開始有了不同種類的分化。
前幾年，美國科學家對來自格陵蘭島伊蘇亞地方海洋和冰帽間狹窄的無冰地帶年齡為38億年的古老岩石進行詳細的碳、硫等元素的測定，發現這些岩石中含有機碳。他們根據這種同生命密切相關的有機碳的發現，提出了38億年前就已有生命存在的新觀點。
地球上生命的出現會不會早於38億年呢？人們還沒有在比38億年更古老的岩石中找到證據。生命起源的時間之謎，還有待人類的進一步探索。
難以解釋的奇異水柱
1960年12月4日，“馬爾模”號在地中海海域航行時，船長和船員們看到一個奇異的、好像白色積雲的柱狀體從海麵垂直升起，但幾秒種後就消失了。幾秒種後，它又再次出現。於是船員們用望遠鏡觀察，發現它是一個有著很規則的周期間隔的升入空中的水柱，每次噴射的時間約持續7秒種左右，然後消失；大約2分20秒後又重新出現。用六分儀測得水柱高度為1506米。
這股奇異的水柱是怎樣形成的？科學界爭論不休。有人認為它是“海龍卷”。威力巨大的龍卷風經過海麵上空時，會從海洋中吸起一股水柱，形成所謂的“海龍卷”。
但“海龍卷”應成漏鬥狀，這與船員們觀察到的情況不同。而且從有關的氣象資料來看，當時似乎無形成“海龍卷”的條件。於是，有人提出水柱的產生是火山噴氣作用的結果。
其理由是地中海是一個有著眾多的現代活火山的地區，但在水柱產生的海域卻又沒有發現火山活動的記錄。而且“馬爾模”號的船員們在看到水柱時，也沒聽到任何爆炸的聲音。再者，如果確是水下火山噴發，周圍的海域也不會如些平靜。
因此，有人推測，這是一次人為的水下爆炸所造成的。但水柱周期性間歇噴發的特征和當時沒有爆炸聲，也似乎排斥了這種可能。
因此“馬爾模”船員的發現給人們留下了一個難解之謎。
岩石的形成之謎
地球上的岩石千姿百態，五彩繽紛，它們是怎樣形成的呢？
自古以來，科學家們都在探索這一奧秘。科學界還有過一場激烈的爭論，持不同觀點的科學家互不相讓，有人稱這場爭論為“水火之爭”。
1775年德國的地質學家魏格納，提出了這樣的觀點：花崗岩和各種金屬礦物都是從原始海水中沉澱而成的。人們稱他的觀點為“水成派”。後來，以英國的地質學家詹姆士·赫頓為代表的一些科學家，針鋒相對地提出相反意見。他們認為花崗岩等不可能是在水裏產生的，而是岩漿冷卻後形成的。人們稱這種觀點為“火成派”。
“水成派”與“火成派”一直爭論了幾十年，兩派之間的鬥爭十分激烈。現在看來，由於受當時科學水平的限製，這兩派觀點都帶有不同程度的片麵性。不過，他們的爭論使地質學又向前推進了一步。
現在，科學家們借助於先進的設備，已摸清了岩石的來龍去脈。
如果按質量計算，在地殼中約有3／4的岩石是由地球內部的岩漿冷卻後凝結而成的，人們稱它為“岩漿岩”或者“火成岩”。花崗岩就是屬於岩漿岩。在地球上，目前還可以看到火山爆發後噴出的溫度高達1000℃以上的液態的岩漿，經過冷卻後形成的堅硬岩石。岩漿岩在地下形成，因此，它分布於地表的不多，一般都埋藏在比較深的地下。
有少數的岩石是泥沙、礦物質和生物遺體等長期沉積在江湖和海洋底下，經過長期緊壓膠結，以及在地球內部熱力的作用下，變成了岩石，人們稱它為“沉積岩”，如砂岩、頁岩和石灰岩等。沉積岩盡管所占的比例不多，可它多數分布在地表麵，因此，我們平時容易見到。
岩漿岩和沉積岩形成之後，受地殼內部的高溫高壓的作用，改變了性質和結構，就形成了另一種岩石——變質岩，如石英岩、大理石岩等。
岩漿岩、沉積岩、變質岩這3種岩石之間還可以互相轉化，比如，埋在地下的變質岩可以被地殼運動推到地表麵，在地表麵再形成新的沉積岩。因此，著名生物學家林奈說過：“堅硬的岩石不是原始的，而是時間的女兒。”
的確，岩石正是經過長期的各種條件的作用，由其他物質轉變而成的。
月亮與地震有關嗎
月亮對地球的引力，會造成地球上的海洋潮起潮伏。大海有規律地起伏著，就像在進行著一呼一吸的生命運動。然而人們並不清楚在海水漲落起伏之時，固體的陸地也會受月亮的影響，做著相應的起伏運動。
1933年，美國海軍觀察站的測量員，發現聖地亞哥和首都華盛頓之間的距離與7年前測定的數據相差了15米。這在講究分毫不差的大地測量學上是一個巨大的數字。後來研究者才發現，月球把40萬千米下麵的“固體”地球拉起來了，地麵就形成了凸起，因此，兩端距離縮短。這一定會對已經積累了巨大壓力的地殼中某個部位起到導火索的作用，從而使地球上發生地震。
美國科學家發現，在南加裏福尼亞州的一個狹窄的地區內，地震的發生與12小時、半月和186年的月球周期有著密切的關係。
我國自1966年以來，在河北平原發生了4次6級以上的大地震，全部發生在初一或十五的前後，並且與附近塘沽港海潮的高潮時刻相接近。
科學家們發現，在月亮形狀為逆、望、上弦、下弦前後的日子，地震發生的幾率比其他日期發生的要高。
月亮是怎樣誘發地震的呢？這還有待於科學家們繼續研究。
地震的成因之謎
一提起天災人禍，人們就會想到巨大的破壞、恐怖的傷亡，因為天災人禍確實給人們帶來了巨大的痛苦。而其中又尤其以天災因其不可預測性令人感到畏懼。
說到天災，我們熟悉的有火山爆發、地震、海嘯、龍卷風等等。為了避免這些天災所帶來的損失，盡量減少人員的傷亡，科學家們對這些天災形成的原因，進行了大量而艱苦的研究工作。但由於各方麵的限製，現在仍有許多未解之謎在困擾著科學家們，其中地震的成因之謎就是一個。
我們都知道，地震的破壞性是十分巨大的。大地震如果在陸地上發生，頃刻間就會顛覆成千上萬的高樓大廈、農舍田莊，會破壞道路、良田、工廠、礦山，造成慘重的人畜傷亡；地震如果在海底爆發，刹那間就會引起海嘯，吞沒船隻，席卷海濱；地震如果在山川發生，又會震得山崩地裂、江河斷流、堤壩崩潰；另外，地震還會誘發火災、水災，最終給人類帶來更大的災難。
1976年7月28日3時42分，我國唐山發生了一場大地震，整個唐山市在一夜之間化為廢墟，許多市民是在酣睡中葬身於瓦礫之中的。
地震給人類造成了巨大的損失，如何預測它的發生以減少損失呢？這首先要搞清楚地震是怎麼回事，它又是怎麼發生的。在古代，科學還不夠發達，人們對地震的認識很幼稚。對於地震有以下一些說法，像什麼“巨鼇翻身”、“地牛打滾”。當然，這都是當時人們對於地震產生原因的種種可笑的說法。
隨著自然科學的發展，自19世紀後半葉起，人們開始對地震時觀測到的種種現象進行分析，得出這樣一個結論，就是地震是地殼運動引起的。但圍繞地殼運動的問題又出現了形形色色的各種觀點，我國著名地質學家李四光將之歸結為六種觀點。
一種觀點認為：地球是一團熱質冷卻固結而成的，冷卻的次序是先外後裏。在這個冷卻過程中，地球體積逐漸縮小，以致首先形成一個殼子，而且到處發生褶皺、斷裂，因而引起地殼運動。打個比方說吧，這就像一個瘦子穿上一件胖子穿的衣服後，衣服會發生褶皺一樣。
然而，這個論點還存在著漏洞，那就是按照這種說法發生的這種褶皺和斷裂，應該是雜亂無章的，但事實並非如此。地殼中的這種情況是有一定方向的。而且由於地球內含有大量的放射性元素，它們會不斷蛻變產生熱量，這不僅可以抵消地球失去的熱量，而且可能大於失去的熱量，因而這種由於地球冷卻收縮而引起地殼運動的觀點就說不通了。
與這個觀點相反，還有一種觀點認為是由於地球不斷膨脹才引起了地殼運動，但這樣的話，地球的表麵應該出現無數不規則的裂口，然而這又與事實相悖。
後來有人認為是太陽和月亮對地球的吸引力引起的固體潮使得地殼發生運動；第四種觀點又認為這是因為地殼的內部物質不斷發生對流；第五種觀點認為這是地殼均衡運動的結果。
以上五種觀點有的和事實不夠相符，有的是僅僅限於假定，有的論證不夠充分，因此都被科學家們一一否定了。
後來，在20世紀20年代初，又產生了大陸漂移的假說。大陸漂移假說認為：地層產生褶皺並不需要收縮，當大陸移動時，前緣如果受到阻力就會發生褶皺，就好像船在水上行駛時，在船頭產生波浪那樣。向西推進的南北美大陸，一方麵在其東麵形成了大西洋，另一方麵在其西岸形成連綿不斷的落基山脈和安第斯山脈。另外，向北推動的印度大陸和亞洲大陸相撞就形成了喜馬拉雅山。
在20世紀30年代，經過激烈的辯論之後，大陸漂移說又宣告破產。它破產的原因有三個：一是缺少對大陸漂移原動力的說明；二是認為地球不是堅硬的；三是根據高溫起源說，地球在很久以前才是軟的，如果發生大陸漂移的話，也應是在地球形成的初期。
20世紀50年代末，古地磁研究證實，南北磁極的位置始終在移動。照理這樣的移動線路應該隻有一條，但奇怪的是，在北美和歐洲大陸上分別測定的北磁極遷移路線卻有兩條，它們不相重合，但形狀相似，處處平行。要使它們合並成一條，除非把北美大陸向東移動3000千米。然而這樣就擠走了大西洋的位置，並使北美大陸和歐洲大陸連在了一起，這正與大陸漂移說不謀而合。因此，大陸漂移說因這一發現而活躍起來。
然而，由於地球磁極的問題一直沒有定論，大陸漂移說在解釋一些實際問題的時候也碰到了困難。
20世紀60年代，又有人提出了“海底擴張”的假說，持此種觀點的科學家認為，由於海底的不斷更新和擴張，造成古磁場和年齡數據的對稱分布。而當擴張的大洋地殼到達火山邊緣時，便使俯衝到大陸殼下的地幔逐漸熔化而消亡，因而無法找到古老的大洋地殼。
這個假說經過充分的觀測研究證明是可信的，而到了20世紀70年代，在大陸漂移說和海底擴張說的基礎上，又產生了“板塊構造”學說。
板塊構造說強調全球岩石圖並非一塊整體，而是由歐亞、非洲、美洲、太平洋、印度洋和南極洲六大板塊組成。這些板塊馱在地幔頂部的軟流層上，隨著地幔的對流而不停漂移。板塊內部地殼比較穩定，板塊交界處是地殼活動較多的地帶；大地構造活動的基本原因是幾個巨大的岩石層板塊相互作用引起的。由於地震是大地構造活動的表現之一，所以板塊的相互作用也是地震的基本成因。
板塊構造說是一門新學說，它為地震成因提出了一個新的研究方向。但是，板塊構造說畢竟也是一種假說，還有諸如地質力學等多種學派對地殼運動進行的其他解釋。因此，地震發生的原因迄今仍是一個謎，人們尚未能找到最終的答案。我們有理由相信，隨著科學的高速發展，破解地震成因之謎的那天終會到來。
地震前有地光閃耀之謎
1976年7月28日，子夜已過，表針指向了淩晨3點鍾。我國北方工業重鎮唐山處於極度沉悶空氣的籠罩之中。這時在室外乘涼的人們看見東北方向一道道五彩繽紛的光束升了起來，就像強大的信號燈一樣，把大地照得亮如白晝。這些光束形態，有的呈片狀散開，有的如彩虹飛架，有的似光柱衝天而起，有的像圓球飄忽不定。光束的顏色七彩紛呈，尤其是像銀藍色、白紫色等平時罕見的複合色令人眼花繚亂。高度眾說不一，持續時間有長有短。這種火球曾在唐山市郊區引燃成患，燒焦了農田的稻穀。一些小學生見此情景，以為是天亮了，背起書包就往學校走，結果弄了一場笑話。光焰散去，大地開始顫動，幾秒鍾後，唐山變成了一片廢墟。
這是為什麼呢？
原來，這是一種強烈地震的前兆，被稱為地光。
許多強烈地震都伴隨有發光現象。這種特殊的令人毛骨悚然的自然現象，早在幾千年前就已經被人們注意到了。我國是世界上記載地光最早的國家，古書《詩經小雅·十月之交》裏就曾記述了2800年前陝西岐山地震時奇異的聲光現象。書中寫道，“燁燁震電，不寧不令。百川沸騰，山家萃崩。高岸為穀，深穀為陵。”其中的“燁燁震電”之語，就是指的閃閃的地光。因為書中所寫的十月係周曆，相當於現在的農曆八月，這時岐山、寶雞一帶雷暴季節已過，“十月雷電”顯然是誤傳，應該是地震前的地光現象。後來在其他史料中，也有不少關於地光的記載，如“碧光閃爍如是”、“夜半天明如晝”、“夜半天忽通紅”、“紅光追邑”、“天上紅光如匹練”等，多得數不勝數。
在國外，地光也引起了人們的廣泛注意。這種記載最早見於羅馬曆史學家塔西倫的《編年史》，它記述的是公元17年小亞細亞發生了強烈地震。書中說地震前有人曾看到天空火光閃閃。日本的地光記載也很早，據日本地震學家安井豐推測，日本最早的地光記錄可以追溯到1500年前，可惜這種推測查無實據。真正書錄在案的是公元869年的《三代實錄》，書中在記述陸奧地區的地震海嘯時，曾提到過發光現象，距今已有1100多年。
人們在很早以前就知道利用地光現象來預測地震，我國古人總結的六條地震前兆，其中有一條講的就是地光。“夜半晦黑，天忽開朗，光明照耀，無異日中，勢必地震。”這類描述曾在不少書中出現過。但地光作為一種奇異的自然現象，被人們進行科學探索，則是18世紀以後的事。據《日本地震史料》記載，1703年12月5日元祿82級大地震前，有一位學者在研究了當地天空中奇異的發光現象以後，曾向幕府官員發出警告說，夜裏將有強烈雷暴和地震發生。他在當時就注意到了地震與發光的關係，這是難能可貴的。18世紀中葉，當時的英國和北歐一帶頻繁地發生地震，並屢次伴隨有地光的閃爍。在英國皇家學會開會討論這個問題的時候，英國學者威廉·斯圖克雷第一次試圖用地表電流來解釋地光產生的原因，自然，他的認識是錯誤的。20世紀初，意大利學者裏佐率先對地震發光現象進行特別詳細的調查，他對意大利1905年9月8日卡拉布裏亞地震的發光現象進行了廣泛研究。在他的影響下，另一位學者加裏也廣泛收集了歐洲148例地震發光資料，在1910年的《意大利地震學會彙報》中發表了研究論文。
20世紀30年代以後，地震發光的研究進入了全麵發展的階段，人們對於地光的真實存在不再感到懷疑了，並開始出現了解釋這種現象的理論假說。在這些研究中尤以日本領先。1965年以後，日本學者安井與近藤五郎、栗林亨等利用地磁儀、回轉集電器等進行了觀測研究，並拍攝了世界上第一張地光照片。1974年，我國學者馬宗晉在研究了邢台地震以來曆次較大地震的臨震宏觀現象以後，提出了“地光不僅僅是地震派生的結果，而應看作是臨震共同發展的統一過程”。這就是說，應把地光同與它同時出現的其他現象聯係起來考慮。隨著地光現象資料的不斷積累，人們從地光的複雜形態中領悟到它的成因也並非是單一的。由於地光發生的時間短促，機會難逢，過去的地光資料也常常缺少詳細確切的說明，尤其是直到今天，還未解決儀器觀測技術問題，因此地震中地光成因的研究還沒有確切結果，仍然處於假說階段。
地光是由岩塊相對摩擦產生的。米爾恩是一位長年工作在野外的地質學家，有一天，他在野外采集岩石、礦物標本，手中的錘子落在堅硬的岩石上時，點點火星迸濺出來。米爾恩從這種現象中得到了啟發，第一個提出了地光是地震時岩塊相對運動發生摩擦而產生的發光現象。1954年，前蘇聯學者邦奇科夫斯基也把地震發光比喻為馬蹄與石頭道路撞擊而產生的火花。
這種說法是探索地光成因的一次有益嚐試，但它的解釋隻是對某種形態的地光說得通，對地光的其他形態則難以奏效。例如，有些地光發生在半空中，似乎與地麵岩石的摩擦無關；有些地光還伴隨有類似日光燈的自動閃爍，這顯然也無法用摩擦生光來解釋。另外這種觀點也很難說明在震區廣闊的範圍內都可觀察到地光以及球形光和柱狀光的緣由。因為按照岩塊摩擦發光的假說，地光應該主要分布在裂隙帶附近，並與裂隙的分布方向一致，發光的部位應接近地麵。例如，1975年遼寧海城地震時，有人看到本縣大青山菱鎂礦分布區出現強烈的白色光帶，它與該地大量裂隙的分布基本一致，並緊貼地麵，持續2～3秒鍾，沒有明顯閃爍，然後突然消失。這種地光可以用岩塊摩擦生光觀點解釋，但以此來解釋所有的地光，顯然是不全麵的。
根據水的毛細管電位理論。日本學者寺田寅彥閑來無事，對物理學中的電動現象甚感興趣。他看到液體和固體相對運動時，常伴隨有一些電現象，即在液體和固體的接觸麵上會出現兩層異種電荷。如果液體在壓力下通過一個固體毛細管，那麼就會在毛細管的兩端出現電位差，這就是流動電位。這位學者由此萌發了水的毛細管電位理論，試圖能在地光成因問題上一顯身手。他認為，一場強烈地震所影響的深度可與地麵波及的範圍相當。在地震影響的深度範圍內，地下水受到擠壓，便通過岩石的孔隙向上移動，產生流動電位。寺田推測，地下水所受到的壓力，相當於100千米厚的岩柱所產生的壓力。根據計算，它所產生的電位差可達到300萬伏。顯然，這樣巨大的電位差足以導致產生高空放電，形成地光。寺田的理論得到了日本部分學者的支持，但國際上多數學者對這理論提出了質疑。尤其是美國學者麥克唐納對寺田計算出來的300萬伏電位差表示懷疑。這位美國人設想了地球內部產生電位差的各種可能原因，研究了地下核爆炸時所產生的壓力對地下水流經岩石和土壤中孔隙的流動電位的影響，結果發現，在300多米的深度範圍內，能產生的最大電位差僅有幾百毫伏。即使地震的影響能達到100千米的深度，所產生的電位差也不過幾百伏，遠比寺田所說的小得多。這樣小的電位差，是不可能引起大氣發光的。
這個水的毛細管電位理論，就這樣夭折了。
石英的壓電效應說。芬克爾斯坦和鮑威爾，當年曾是繼美國人麥克唐納之後水的毛細管電位理論的主要反對者。他們在推翻日本學者的理論以後，提出了石英的壓電效應說，企圖利用地電電位差來解釋地光的形成。
1970年，芬克爾斯坦和鮑威爾首次發現了地震孕育過程中石英的壓電效應。科學家們早在物理學的實驗中發現，許多晶體在受到擠壓或拉伸時，會在兩個平麵上產生相反的電荷，這種現象被稱為壓電效應。今天，它已被廣泛應用於各種電子設備和儀器中，也被廣泛應用於導彈、電子計算機、航天等尖端技術中。壓電石英就是這樣的一種晶體。由於石英在地殼中分布很廣，地震是岩層長期受力突然破裂的表現，可以想象，在地震孕育過程中必然也有壓電效應產生。兩位學者推斷，當石英在地殼中有規律排列時，如果沿長軸排列的石英晶體的總長度，相當於地震波的波長時，就會產生地震電效應。若地震壓力的壓強為30～330帕，就有可能產生500～5000伏／厘米的平均電場。這個電場足以引起類似暴風雨時的閃電那樣的低空放電現象，產生地光。由於壓電效應並不一定在地震發生時才有，所以在地震前的幾個小時也可以看到地光。
如果按照這種理論，地光應該隻發生在某些特定的分布有定向排列的大量石英晶體的區域內，然而實際上出現地光的強震區其地下岩石並非都是石英岩，而是多種多樣的岩石，但無論地下岩石性質如何，都有出現地光的可能，這一實際情況與石英壓電效應理論不相吻合。另外，石英壓電效應理論也不能解釋在一些震區觀察到的極為獨特的“電磁暴”現象。
更難解釋的奇怪現象。1966年，前蘇聯塔什幹大地震前幾小時，塔什幹上空突然發生了一場電磁暴。天空中耀眼的白光就像鎂光燈一樣，使人目眩。更令人奇怪的是，室內的日光燈無故自亮。科學工作者觀測到電離層中電子密集度達到頂峰。
這次地光的奇異特征，顯然很難用前麵的幾種假說解釋。
1972年，日本學者安井豐等人提出了“低層大氣振蕩”的看法。他們認為，由於大氣中含有各種正負離子，所以大地具有微弱導電性。當大氣中的氣體分子受到來自太空的宇宙射線和地球本身的放射性元素射線的撞擊，結果使這些氣體離子帶電。地震區常會有以氡為主要成分的放射性物質，地殼震動把它抖入大氣中，特別是在含有較多放射性物質的中、酸性岩石分布區和斷層附近，大氣中的氡含量將顯著提高，這也將使大氣離子導電性增強。這時如果地麵有一個天然電場，那麼就會向空中大規模放電，使地光閃爍起來。
我國地震工作者在研究了遼寧海城地震以後，發現震前氡含量明顯增加，大氣中電離子也明顯增加，在震區上空形成電荷密集區，大氣的導電率增加以後，在地麵電場作用下便可能發生放電發光，大麵積放電和氡蛻變放出的射線都可能產生熒光，使日光燈管閃亮。
這個低空大氣發光理論，是目前比較成立的假說。不過，也有人認為日光燈管發亮的原因與地震時的高頻地震波有關。
此外，最近又有人提出，黏土礦物也是地光的光源之一；還有人重新提出岩塊摩擦生熱與地光的關係，並考慮了電場的形成。這些觀點也都不能圓滿地解釋地光的成因。
從現有資料看，地光是地震時有著多種成因的發光現象的總稱。要想徹底揭開它的形成之謎，就必須加強對地光的科學觀察，特別是要用現代的先進技術裝備，及時地捕捉有關地光的各種信號，並仔細地區分不同類型，最後終將洞悉地光的秘密。
中國地球物理學家郭自強最近通過岩石壓裂實驗研究，得知岩石在受到壓力發生破裂時，會放出強烈的電子流。地震發生之前，岩石受到地殼應力作用而破裂，也會產生強電子流，這些電子流可以通過地殼裂縫進入大氣，使空氣分子電離而產生地光，這是目前世界上對地光的最新解釋。
地震和雲彩有關係嗎
1663年，《德隆縣誌》上有這樣一段文字：“天晴日暖，碧空晴淨，忽見黑雲如縷，婉如長蛇，久而不散，勢必地震。”可見300多年以前，我國古人就將雲和地震聯係在一起了。
那麼，地震雲真的能預報地震嗎？請看下麵的事例：
1978年3月6日，日本國奈良市市長健田忠三朗在舉行記者招待會時，他指著北方天空裏的一縷雲說：“這就是地震雲。不久將會有一次影響日本廣大地區的強烈地震。”就在第二天，靠近日本的大海裏果然發生了一次70級地震。也是利用地震雲預報這次地震的還有我國中科院物理研究所的地震學家呂大炯。他在1978年3月3日早晨，於北京中關村上空也觀測到了條帶狀雲彩，再根據地應力和地電異常的情況，預報了震中將發生在地震雲垂線所指的方向，即日本海之中，其預報時間和地震發生時間僅差48分鍾，其準確度令人驚歎。1978年4月8日，呂大炯在北京通縣又觀察到地震雲，做出了“4月12日在阿留申群島附近將發生地震”的預報，結果4月12日在阿留申群島以東的阿拉斯加地區果然發生了70級地震。
1979年7月4日淩晨五六時左右，住在北京飯店一套高級客房的日本奈良市市長健田忠三朗忽然發現天上東南方向橫亙了一條較長的白色條帶狀的雲帶，這位業餘地震雲研究者立即通告中國有關方麵，作出了近期將要發生地震，但北京不會受其影響的預報。與此同時，在日本的一些地震雲研究者在不同的地點也觀測到地震雲，而地震雲垂線的交點正交會在我國傈陽地區。一連幾天，我國各地的地震觀測站測到的地電、電磁都發生強烈異常現象，有些中國的地震工作者在7月2日、4日、5日也都觀測到長條狀雲帶……7月9日晚，江蘇傈陽果然發生了6級地震。
那麼，以上這些事例僅僅是一種巧合嗎？如果不是，那麼地震與天上的雲彩有什麼關係呢？地震雲與普通雲彩又有什麼區別呢？地震雲又是怎樣形成的呢？
據史料記載及人們的觀察，地震雲多星帶狀，似龍，似蛇，或似草繩，或呈輻射狀、肋骨狀。其顏色有白色、灰色、鐵灰、橘黃、橙紅等。
關於地震雲的成因，人們做了種種推測：
日本九州大學真鍋大黨認為：由於地震之前地熱的增高，加熱空氣，使之上升擴散到同溫層，在1000米高空形成細長的稻草繩狀的雲帶。但是持否定意見的科學家認為同溫層的高度至少在1萬米以上，一般上升氣流不易達到，而且強烈對流上升的氣流一般是蘑菇狀雲彩，不可能沿水平展開成長條狀，也無法解釋地震雲的垂線方向能指示震中的道理。而我國的呂大炯等人認為：由於斷裂帶產生熱量，可以以超高頻或紅外輻射的形式來加熱上空的空氣微粒，形成條帶狀地震雲。由於斷裂帶大多垂直於震中的震波傳遞方向，所以，由此產生的條帶狀雲也是垂直於來自震中的震波傳遞方向的。盡管這種解釋比真鍋大黨較為完善，但仍有很大的臆想性，因為至今尚未獲得確切的數據，如斷裂帶上應力在震前究竟增加了多少，達到什麼程度才會產生地震雲等。
此外，還有一些學者提出斷裂帶中可能會有大量高能帶電粒子溢出，或者震源在震前形成的靜電場使得高空形成條帶狀地震雲……這些推測還都是一種假說，有待證實。人們期待著這些謎能早日揭開，對地震這一災害能防患於未然。
動物對地震的預報
地震即地動，它像狂風暴雨一樣，是一種自然現象。地震會給人類帶來災難。據統計，全世界每年要發生500多萬次地震，其中，破壞性的地震大約有1000次左右。為了避免或減少這種災難，做好地震的預測預報工作是極為重要的。
能預報地震的動物。人們在長期報震、抗震工作中，已經觀察到許多動物在震前有種種異常反應：畜不進圈狗狂叫，冬眠蛇出老鼠鬧，鴨不下水雞上樹，蜜蜂飛遷魚上跳，鸚鵡撞籠鴿驚飛，獅虎哀吼狼悲嚎等等。我國邢台地區人民通過對預測預報地震的實踐，還編成這樣的諺語：“雞在窩裏鬧，豬在圈裏跳，羊跑狗也叫，地震快來到。”
從大量地震資料來看，已知地震前有異常反應的動物約有近100種，包括昆蟲、魚類、蛙、蛇、鳥類、獸類和家禽家畜。其中以狗、魚、貓、雞、鳥和豬等反應最為明顯。
1969年7月18日13時24分，我國渤海發生了一次74級地震。在震前，天津市人民公園的工作人員觀察到許多動物的行為都出現了異常反應，就連平時逗人喜愛的大熊貓也躺在地上，抱頭怪叫，喚它也不起，檢查卻無病。根據這些異常反應，公園地震預報小組在當天11時10分向天津市防震辦公室報告“可能要發生大地震”的預報。果然不出所料，兩小時以後發生了地震，天津市地動房搖。
1975年2月4日，海城、營口發生了73級地震。震前一段時間，盡管天氣寒冷，冬眠的蟒蛇仍爬出洞來，它們一出洞口就凍僵了。此外，青蛙、泥鰍等冬眠動物的提前蘇醒，可能與震前地溫的局部升高有關。
1976年7月28日3時，河北省唐山、豐南一帶發生78級強烈地震。震前的動物異常反應與曆次大震一樣，也是十分普遍而強烈的，特別在臨震前幾個小時更為明顯。
日本是個多火山多地震的國家，科學家發現深海魚類的異常行為預示著地震即將來臨。早在1923年夏天，一位秘魯的魚類學家在日本的葉山沿海，發現了一種僅棲息在深海中的胡須魚上浮，這是一種異常現象。果真事隔一天，發生了關東大地震。1963年11月11日清晨，日本新島的漁民捕到一條長2米的深海魚，電視台記者為采訪這條新聞，邀請正在研究地震前深海魚反常行為的未廣教授，希望他一同乘坐直升飛機前往現場。當時，未廣教授有課不能前去，在同記者分別時他開玩笑說：“請多加小心，不久將有地震發生。”誰知，事隔兩天，在新島附近真的地震了。
狗，可能是因為它具有特別靈敏的嗅覺，所以被列為震前反應最明顯的動物。在雲南通海地區一次地震前夕，山區一戶人家4個人圍坐一桌，正在興致勃勃地玩撲克牌。突然，從大門外跑進來一隻狗，對著主人叫個不停，主人隻顧打牌，不予理睬。狗可急了，上去咬住主人的衣服不放，還把他往門外拖。主人覺得這隻狗不識事務，大煞風景，於是將它趕出大門外。可是他剛坐下打牌，狗又奔了進來，仍然是咬著衣服拚命將主人拖著往外跑。這時，主人惱火了，站起來對準狗亂打亂踢，趕著一起衝出大門。這當兒，突然一陣轟響，大地顫抖，房屋倒塌，留在屋內的那3個人都被壓死，唯獨他保全了生命。唐山大地震前，有個農戶家的一隻狼狗當晚咬了主人，不讓他睡覺。主人將狗打跑，剛睡下，狗又來亂咬。他又氣又驚，就下床打狗，邊追邊打，剛出大門，地震發生了。1973年7月23日，當時的捷克斯洛伐克斯皮可埃市地震前，有個女職員睡得很熟，被狗吵醒。狗舔主人的臉，咬睡衣，將她拽下床來。她開了門，狗咬著主人的睡衣朝外跑，剛踏上人行道，地震發生了。從這三個例子可以看出，狗不僅是出色的活報震儀，而且在地震災害中救主有功。
動物為什麼會預報地震。地震是地球內部巨大的能量釋放現象之一。有人曾做過計算，一次7級地震釋放出來的能量，相當於20多枚2萬噸級原子彈釋放的能量，所以在震前必然有各種物理、化學和氣象等變化，如地熱、地電、地磁、光、聲、氣候、地下水化學成分都會有一定的局部變化。這些變化，即使是非常輕微的，但一些動物卻具有十分敏銳的感受力，於是引起它們生理上和行為上的反應，這就是動物在震前的異常行為。
目前，人們雖然已經知道有些動物能預報地震，但是對於它們預報地震的機理還沒有完全弄清楚。據上海師範大學動物學家虞快教授介紹，科學上有以下三點解釋和推測：
第一，對超聲波和次聲波的感受。魚類和其他一些水生動物能感受到人所不能感受到的超聲波和次聲波。一般人所能感受到的聲波範圍為16～2萬赫，小孩可以達到22萬赫，高於或低於這個聲波範圍就不能感受到。魚類內耳和身體兩側有側線感受器，這是一種機械感受器，能感受1～25赫的次聲波（頻率低於20赫的聲波），即使對水流壓力的微小變化或微弱的水流波動也很敏感；水母（海蜇）的傘體邊緣有感覺球，能感受8～13赫的次聲波。漂浮在水麵上的水母，能在暴風到來之前，感受到由於流動的空氣與波浪摩擦而產生的次聲波，因此及時離開淺海，避免被巨浪砸碎的災難；在海洋中的海豚，能感受50～10萬赫的聲波，又具有完善的聲納係統。因此，它能利用超聲波（頻率高於2萬赫的聲波）正確地追蹤數千米以外的魚群，並能分辨出種類。由此可見，魚類和其他一些水生動物在震前出現異常反應的原因，很可能是與強震前有次聲波和超聲波發生有關。
第二，對熱的變化的高度敏感。在地震前，穴居動物都有明顯的異常反應。例如，蛇類具有頰窩或感覺小窩，窩內的感覺細胞對“熱”極為敏感。有人用南美洲的蟒蛇做過試驗，在波長為10600納米的紅外線下，熱量在每平方厘米0084焦時，就有熱感覺反應。由此推測，蛇在震前的異常反應，可能與地熱變化有關。
第三，對微弱的機械振動的感受。家禽和鳥類的腿部具有微小的感振小體，它們憑此能感受到枝頭或地麵上十分微弱的機械振動（幾十至一二千赫）。中國科學院生物物理研究所曾做過這樣的試驗：用100隻家鴿分作兩組，每組50隻，將其中一組家鴿的感振小體與中樞神經之間相聯係的神經切斷。結果在一次4級多的地震前，切斷神經的一組家鴿基本上安靜如常，而另一對照組家鴿都驚飛了。這說明家鴿的感振小體能感受到震前的波動。在強震前，豬、牛、羊等家畜普遍出現異常反應的原因，可能與它們的腿部、趾部和腹部腸係膜等部位分布著大量對感受機械振動非常敏感的環層小體有關。
此外，蝙蝠能感受1500～15萬赫聲波。它的超聲定位係統極為優越，不僅分辨率高，而且抗幹擾性強，能從比信號高出200倍的噪聲背景中接收小昆蟲身上反射回來的信號。因此，蝙幅在地震前遷飛是與感受超聲有關的。
根據柏林弗裏大學赫爾穆特·特裏布楚教授測定，來自地麵的充電離子釋放，引起“先地震”，使狗、豬、鳥和其他動物出現緊張不安情緒，這就是人們在地震前所經常觀察到的動物異常行為。
那麼，人類能否預感地震呢？在很長一段時間內，不少科學家認為人類沒有動物那樣預感地震的本領，隻有動物才能感覺人類視為“靜止”的震前外界變化。後來，美國加利福尼亞州的一位科學家首先提出，人類也能夠像一些動物那樣，在地震前的短時間內，表現出異常行為。例如在舊金山海灣地區，那裏的居民在地震前72小時內，出現煩躁、易怒、頭昏眼花、頭痛、惡心等征兆。由於每個人的生理機能和心理狀況不同，所出現的征兆也有差異。
不久前，美國蒂姆研究所的生物學家馬沙、亞當斯，根據人類在地震前的異常行為分析，在8天內預報的準確性可以達到80％。亞當斯把人在地震前的異常行為，歸因於地磁場的改變影響到人體的結果。
進一步探索動物報震對預防地震將有很大的作用。首先，在從事動物報震工作中要分清動物的異常行為是地震預兆還是其他因素所引起的，否則就會造成錯誤報震。因為自然現象是非常複雜的，一些非地震預兆的環境條件變化，也會促使動物產生異常行為，而且往往與動物震前出現的異常反應相似。例如，天氣悶熱，雷雨之前，由於氣壓低，濕度大，水中溶解的氧氣減少，魚兒就會泛塘，蜻蜓和蚊子聚群飛行，螞蟻也忙於向高處搬家，表現出異常行為。又如狂風暴雨到來之前，大群海鳥會向著陸地飛行，許多魚兒結群上浮，深海魚類遊到淺海甚至上浮到水的表層，連鯨類也會群集在海麵。再如飼養條件的改變，包括獸舍的改變，飼養員的調換，飼料種類的更換，往往也會使動物出現各種異常反應。此外，動物在繁殖季節裏，由於本身的生理變化，也會表現出行為失常。豬、馬、牛、羊等發情時，常常出現煩躁不安，胃口不佳，相互追逐；狗在發情期有嚎哭的現象，貓在發情期則往往叫個不停，魚兒會進行生殖回遊等。這些異常行為，都與地震沒有關係。
其次，在地震以前有異常行為的動物，開始時往往是個別種類和少數動物，而且還會受到動物個體差異的影響，在同種同類動物中會出現無異常反應、異常反應不明顯和明顯三種情況，這對動物報震工作同樣會帶來困難，所以必須密切注意動物出現異常反應的種類、數量、涉及的範圍以及異常反應的程度。因為沒有一定數量就不可能做出正確的判斷。
再次，利用動物預報地震是一項新的研究課題，動物行為的變化與地震之間的聯係，目前知道的還不多，必須在今後防震、抗震工作中進一步探索。土耳其“愛貓者協會”的專家們發現，貓的腳掌能感受最輕微的震動，可比人類和一般動物早知地震的來臨，而貓的嗅覺和聽覺也相當敏銳，所以一些學者已將貓的“第六感覺”（包括貓預報地震）列為研究專題。日本科學家根據民間“鯰魚翻身是地震前的征兆”的傳說，進行了長期觀察後發現，此魚對輕微震動的感受極為靈敏，而地震前所引起的微弱電流的變化，也能被鯰魚特別靈敏的感受器感覺到，所以日本很多地方都飼養著鯰魚，作為一種活的“報震儀”，隨時觀察它的一舉一動。另外，日本農林省還號召多震地區的人們飼養一種白色的魚，它有感知微小震動的特殊本領——震前幾小時在水中驚恐地東竄西撞，預示地震即將來臨。邢台地震以後，我國對該地區的狗、鼠、豬、雞、鴿子、泥鰍、黃鱔、鯽魚、螞蝗等10多種動物進行了長期的係統的研究，著重觀察動物反應的指標，例如鴿子的驚飛反應，貓的日呼吸頻率曲線的變化和行為異常反應等等，從中總結出了規律，取得了一些經驗。運用這些經驗，曾對範圍50千米、震級為3～5級的地震進行了多次較好的預報。
熱異常是地震的前兆嗎
1976年7月28日唐山大地震前，北京等地天氣異常炎熱。從我國曆次地震來看，震前天氣突然變熱（無論春、夏、秋、冬）是一個比較突出、普遍的現象。請看以下的例子：
1679年9月2日，河北三河、平穀8級大震前，天氣特別炎熱；雖然是9月了，但還是炎熱難耐。
1925年3月16日，大理地震前，黃霧四塞，久旱不雨，晚不生寒，朝不見露，形成典型的幹、熱、陰霾的天氣。
1933年，四川省迭溪大地震，也有這樣的記載：“連日皆極晴朗炎熱，震前尤甚，下午二時半地震。夜間氣象陡變，狂風大作，暴雨忽來，十時許地忽又大動。”
1966年3月8日河北邢台地震，震區地麵解凍早，返潮春天來得早。氣象資料記載，震前數日，日平均氣溫從-13℃上升到12℃，升高達25℃。
1969年7月26日，廣東陽江地震，震前幾天，當地氣候很特殊，天氣特別悶熱，人感不適。
1970年1月5日，雲南通海地震。二月是全年氣溫最低的月份，但地震前幾天，天氣變熱；臨震前夜裏感到特別悶夜，不少人睡不著，風吹到臉上感到有熱氣。
1973年2月6日，四川爐霍地震，地震前出現的近日最高溫，比曆年同期都高。
1974年5月1日，永善地震，地震前幾天特別悶熱，比6月份還熱。
我國夏季，常為溫暖濕潤的海洋性氣團所控製。震前的“熱異常”促進了對流作用的加強，伴隨而來的常是傾盆大雨，大雨過後天氣更熱，震前達到高潮。1976年唐山大地震後，北京、天津等地就降了傾盆大雨，過後又發生強烈餘震。春、秋兩季，熱異常往往引起陰雨連綿或久旱不雨，視地區不同而異。
有人發現氣壓變化越大時，地震的次數越多，而山區在氣壓下降時發生地震的比例較大。
“冷熱交錯，地震發作”、“久晴動，久陰動”、“早震晴，晚震陰”等諺語，都說明了天氣變化與地震的關係。天氣變化時，可能是大氣對地殼各處壓力不均，促成快要發生地震地區的斷裂活動的加劇；或者是地殼的即將斷裂釋放出熱量使天氣變熱。曆史上還常有大旱大澇後發生地震的情況，這可能是地下水的多少發生變化，破壞原來的平衡，觸發了地震。
地震與天氣的變化是有關係，但具體有多大關係，有什麼規律，還有待進一步的研究。
曆史上的特大地震
葡萄牙裏斯本大地震
葡萄牙首都裏斯本是一座美麗的海濱城市，它位於橫貫全國的特茹河入海口，整個城市坐落在7座小山上。市區中雄偉的教堂依山而建，繁華的街道上商店林立，人群熙熙攘攘，到處都呈現出一派大都市的繁華景象。
1755年11月2日，星期六，這是一個不尋常的日子，是基督教的萬聖節。上午9點多鍾，成千上萬的聖徒們聚集在市區內的6座大教堂裏虔誠地向上帝膜拜，悠揚的鍾聲和祈禱聲不絕於耳。突然，大地像波濤中的輪船一樣不停地晃動起來，裏斯本發生了78級的破壞性大地震。
伴隨著地麵的顫抖，從地下傳來雷鳴般的響聲。教堂和其他建築物開始倒塌，聖·維森特大教堂中的600多名聖徒幾乎全部遇難；聖·卡塔裏納教堂砸死了400人，聖·保羅教堂砸死了300人；整個市區2萬多座建築物中有17萬座變成了廢墟。幾分鍾內就有大約3萬人被奪去生命。僥幸從屋裏跑出來的人們，都被眼前的情景嚇呆了，不知如何是好，一些上了年紀的人跪倒在大教堂廣場上，祈求上帝的憐憫，拯救受苦受難的人們。
在大約15分鍾的大震過後，地麵仍然像痙攣似地顫抖著，許多人擁上大街，向寬闊的海岸跑去，以為那裏一定是躲避房倒屋塌的好地方。然而，他們萬萬沒有想到，被地震攪起的海水正像惡狼一樣向人們撲來。一位幸存者在海嘯中死裏逃生，他在事後回憶道：“突然，海邊一片驚呼聲：‘海水上岸了，我們全完了！’我轉向大海，看見海水飛速向岸邊湧來，這種速度是任何狂風的力量所達不到的。一瞬間，一團巨大的浪濤像山峰一樣帶著響聲衝上岸來，泡沫四濺。許多人被卷走了，更多的人陷在齊腰深的水裏，其餘的人如喪家之犬一樣瘋狂地逃走。”