为什么面对地震,人类总是束手无策?

为什么面对地震,人类总是束手无策? 8月3日16:30,云南昭通市鲁甸县龙头山镇发生6.5级地震,截至目前,地震遇难人数达391人。为什么近年来大地震似乎频繁爆发,而我们面对地震又几乎总是束手无策呢?

《科学大众》杂志不久前刊发的采访中国科学院院士、著名地球物理学家滕吉文的这篇报道,或许能让我们从更客观、更深入的角度来认识地震。

Q:为什么最近10年, 平静的地球总是大发脾气,强地震频发?

自进入21世纪以来,即近10年的时间,在全球范围内强烈地震频频发生,特别是环太平洋地震带和地中海——喜马拉雅——南亚地震带,7级以上强震频繁发生:2010年1月13日, 海地7.3级地震; 2010年2月27日,智利8.8级地震;2011年3月11日,日本本州岛附近海域9.0级特大地震……特别是2004年苏门答腊9.3级特大地震的发生,打破了全球范围内近50年来未发生过8.5级大地震的异常平静。2000年以来,全球大地震更加频繁了,共发生6次8.0级以上地震——这标志着全球范围内已进入强烈地震活跃期。

从目前的规律看,全球每年发生大概5万次左右的大小地震。平均起来,7级以上10~20次、8级以上1~2次。地球似乎由之前的“静音”状态调成了“振动”状态,频发地震,主要是因为地球始终处于一个不断运动的状态中,地球内部在不停顿地进行着物质与能量的交换而造成的。

在地球物理研究中,有著名的三大学说(理论),即发轫于奥地利学者魏格纳的大陆漂移学说、日本学者提出的海底扩张理论,以及以这两者为基础的板块构造假说。根据大陆漂移学说,大陆一直是在漂移,始终处于一个“悲欢离合”的过程。非洲、南美洲、南极洲、澳大利亚最初也是在一起,只不过是经过2.5亿年的海陆变迁之后,才形成了现在这个状态。有人提出,再过2.5亿年,地球会是什么样子?根据大陆漂移学说,2.5亿年后,南京或许已不在现在所处的位置了,坐标系会完全改变了。

和大陆一样,海底也并不是一直稳定的,它也在不断地扩张。根据板块构造假说,大陆和海洋分为很多块体,而且块体在不断运动的过程中,会发生碰撞。日本发生9.0级大地震,就是由于两大板块错动产生的。此次地震是日本地震记录史上震级最高的一次,为在板块交界处发生的逆断层型地震。太平洋板块在日本海沟俯冲入日本下方,并向西侵入欧亚板块。太平洋板块每年相对于北美板块向西运动数厘米,正是运动过程中的能量释放导致此次大地震。

震源与震中

我们在地表所见到的众多景观和现象, 如高山、深谷、河流、湖泊、海洋和那壮观的海陆变迁,以及各种地质现象和地球物理场表征。这一系列异常现象展布和其形成与运动的轨迹,都是地球内部物质交换、能量交换及其物理-力学-化学作用的深层过程与动力学回应的产物。

Q:为什么面对地震,人类总是束手无策,很难预测地震的发生?

地震预测是一个世界级难题,当今仍有两种截然不同的观点:可预测和不可预测。在这个问题上,美国人分两派,中国人也存在两派。地震之所以很难预测,其难点主要在以下几个方面:

首先是入地难。对人类来讲,上天、入地、下海,这是人类向地球和宇宙挑战的三大壮举。目前我们已经实现了上天、下海,其实上天、下海很不容易,可是入地更为艰难。两弹一星元勋、中国科学院地球物理研究所首任所长——赵九章先生曾引用白居易《长恨歌》中两句诗来形容地球物理学:“上穷碧落下黄泉,两处茫茫皆不见”。意思是说,我们研究的东西(地球内部)都看不见,只能靠地表观测以及数据的反演,去了解地球内部的物质组成和结构,以及物质能量的交换与变迁。

因为地震震源发生在地下很深的地方,在中国主要是浅源地震,仅30千米左右。而在我国西部的某些地区以及青藏高原东部有中源地震,震源约在200 ~ 300千米左右的深度。只有东北边的绥芬河有深源地震,震源达到600千米左右,其他地方都基本都是浅源地震。可即使是10千米、20千米的浅源地震,我们也无法钻到地下10千米的地方,看看它到底是怎么回事,所以入地很难。

第二是大地震的非频发性。从事地震的人都希望发生大地震的样本多一些,好从中总结规律,摸清其中的机理。可又不希望发生地震,正如1835年3月,进化论的开创者达尔文在刚刚发生过强烈地震的智利康塞普西翁市,面对一片废墟感慨道:“通常几万年的变迁,但在这里只用一分钟就毁灭了。”再说地震的震级大小也不是人类可控制的,因此很矛盾。

第三是震源机制的复杂性。比如日本这次地震,主要是由于两大板块上下碰撞造成的。但各地震的机理不一样,尽管地震预测目前已有一些理论模型,但是和实际还有很大差距。

这些都是横亘在地震科学工作者面前的重重险阻,使得地震预报充满艰难性。而全球范围内地震趋势,特别是在东南亚及周边地域是强烈地震相对集中地区,地震的发生是值得关注的。

Q:迄今为止,历史上有没有成功预测地震发生的实例?

有,这里我们举两个地震预测的例子,首先是我国的辽宁海城地震。1975年2月4日19时36分,辽宁海城发生7.3级地震。这次地震发生之前,离海城120米左右的地震台,记录到几个很小的地震,过了几天记录到了几十个小地震,又过了几天,记录到了几百个小地震,又过了一段时间,在地震分布图上已经数不清到底发生了多少次地震。在此情况下,辽宁省地震局向省委报告,由省委发出警报——海城即将发生地震。据估计,这次成功的预报至少减少了10万人的伤亡。这是人类历史上第一次做出的具有减灾实效的成功预报,也是全球预报强地震最成功的一次,更是第一次,得到了世界的公认。

美国帕克菲尔德地震也是历史上预测成功的一次地震。帕克菲尔德处于美国西海岸圣安德列斯断层附近,这个小镇很小,只有37个人,在有仪器记录以前,也发生过3次6级以上的地震,即1857年、1881年和1901年帕克菲尔德地震。而有仪器记录以来,也发生过3次6级以上的地震,即1922年、1934年和1966年帕克菲尔德地震,平均每22年便有规律地发生一次帕克菲尔德地震。美国地质调查局在此建立了地震预测试验场,汇集了大量的专家,并在靠近所预测的帕克菲尔德地震未来震中的地方,使用大地测量方法、应变仪、倾斜仪等前兆仪器,做长期、连续、精确的地壳应变测量,希望能记录下任何可能的前兆性滑移的应变资料以验证理论。

地震波

多方观测之后,他们预报在1988年到1993年间会发生一次6级左右的地震,事实上这几年中一直没有地震过,直到2004年才发生了一次地震,但科学家们考虑到预报地震的位置是对的,与之前发生的6次地震相比,地点一致,破裂也发生在同一断层上,震级也是对的,所以这次预报也算成功。大家想想,晚了这么多年的地震预报还算是成功,说明地震预报实在是太难了。

Q:

既然地震这么难预测,那以后漫漫长路,地震研究者将如何进一步提高地震预测的精准度呢?

作为地球内部爆发的灾害之一,地震带给人们的猝不及防和触目惊心的破坏和剧痛。但地震在给人类带来灾难的同时,却像一盏明灯,照亮人类无法进入的地球内部。

地震发生时,首先出现的是上下震动的P 波,震动幅度比较小,过一会儿后,水平运动的S 波就到了,才会造成较大的破坏。如果能够实现利用P 波和S 波出现的时差来进行地震预警,这其中最短也有10秒左右,最长不超过1分钟,对于大地震来说,即便是小于1分钟的时间差也能减少不少损失。

因此,目前国家地震局正计划在全国再增加3 000个地震台(网),保证全国每个县城至少有一个台(网),一旦遇到突发状况,哪怕只是局部地区发出预警,也可以减少很大的损失。目前日本和美国也都在从事这方面的研究。通过观测地震波,就可以确定地球内部的结构。通过对地震波的研究,人类在不久的将来有望实现地震预警,为地震避难,找到1分钟的提前逃生时间。

除了地震预警,科学家们还在从事地震预测方面的研究。当前,美国已在圣安德烈斯断层地区,日本在东京地区进行深井观测,期望能早期获得地下微小破裂的响应,以实现地震预报,而中国科学家也在相关方面进行努力研究。

尽管地震预测的难度很大,特别是短期和临震的预测远没有过关,但我不认为“地震是不可预测的”。我们必须刻苦奋进,把握地震预报的切入点:越过地平线,不停息地去“抚摸”强烈地震发生与发展的“脉搏”。也就是说,在地震发生的地方,首先要看看深部介质的组成是什么、性质是什么、结构是什么,从而推测发生地震的时间。地震科学工作者从来都未曾忘记过这是自己的天职。爱因斯坦曾说过:“世界的永恒的奥秘就在于它的可理解性。”地震预测亦是如此。

(本文来自《科学大众》记者白玉磊、陆艳对中国科学院院士、著名地球物理学家滕吉文的采访,原文刊发于《科学大众》杂志)

人物简介:

藤吉文院士

滕吉文,著名地球物理学家、中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员、研究生院教授、吉林大学教授、中国科学院研究生院教授。长期从事地球物理学研究,特别在地球深部物理与地球动力学研究中有较深造诣。先后主持过和正在主持国家、中国科学院、国家自然科学基金委等多项重大和重点研究项目与国际合作项目。曾多次获得国家自然科学和中国科学院自然科学、重大成果与科技进步一等奖、特等奖、攻关奖。

世界历史上典型大地震的回顾:

1906年4月18日,美国旧金山8.3级大地震;

1920年12月16日,中国海原 8.5级大地震;

1960年,智利康赛普西翁大地震,连续遭到225次强烈地震袭击,其中超过8级的3次,超过7级的10次,最大8.5级;

1966年3月8日,中国邢台6.8级地震;

1976年7月28日,中国河北唐山7.8级大地 震;

1995年1月17日,日本阪神7.2级地震;

1999年9月21日,中国台湾集集7.6级地震;

2003年12月26日,伊朗巴姆6.8级地震;


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