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中國地震臺網(wǎng)中心研究員孫士鋐表示,，土耳其地理位置特殊,，也是多地震國家，其南邊是阿拉伯板塊,，北面則是歐亞板塊,，位于兩大板塊交匯處，這是土耳其地震多發(fā)的動力源,。土耳其主要受兩條大斷裂帶控制,，一條是北安納托利亞斷裂帶，長約1500公里,，地震更為頻繁,，此次土耳其地震則發(fā)生在另一條東安納托利亞斷裂帶，長約550公里,。 每次聽到地震的消息,，總有人會問：地震是怎么產(chǎn)生的？是否可以被預(yù)測,？下面我們就來回答這兩個問題,。
2月7日，災(zāi)民在土耳其南部卡赫拉曼馬拉什市一處地震廢墟前守候,。新華社發(fā)（穆斯塔法·卡亞攝） 文丨肖易東 本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“科學(xué)大院”（ID：kexuedayuan）,，原文首發(fā)于2023年2月8日，原標(biāo)題為《全球每年發(fā)生500多萬次地震，能不能預(yù)測,？》,，不代表瞭望智庫觀點。 如何理解地震,？打個響指 1912年,，德國天文氣象學(xué)家魏格納在花費多年時間考察搜集地層、化石等方面的資料后,，正式提出了大陸漂移學(xué)說,。隨后在其出版的《大陸和海洋的形成》一書中，對于該學(xué)說進(jìn)行了詳盡的闡述,。 不過令人遺憾的是,，這一理論在魏格納生前并未得到普遍承認(rèn)，反而招致了諸多批評與反對,。一方面是因為魏格納沒有地質(zhì)背景,，難免讓人懷疑其科學(xué)性；另一方面是因為該理論在當(dāng)時確實不完善,，比如不能解釋大陸漂移的動力來源,。畢竟大陸是一個龐然大物，究竟是何等強(qiáng)大的力量,，竟然能夠推得動它們？ 1930年,，魏格納去格陵蘭島進(jìn)行科學(xué)考察,，希望收集到更多證明漂移學(xué)說的證據(jù)，但在這次科考中他不幸遇難,，年僅50歲,。 但人類對地球的探索從未停歇。第二次世界大戰(zhàn)后,，美蘇出于軍事戰(zhàn)略需要,，開始探測海底地形，沒想到這一軍事行動竟然為大陸漂移學(xué)說找到了突破口,。 20世紀(jì)60年代,，美國海洋地質(zhì)學(xué)家H.H.赫斯和R·S·迪茨提出“海底擴(kuò)張學(xué)說”。他們認(rèn)為洋脊（大洋中間呈條帶狀分布的海底山脈）是地幔對流的上升部位,，海溝（大洋中狹長陡深的溝槽）是地幔對流的下降部位,。 在洋脊處，當(dāng)?shù)蒯Ｉ嫌课镔|(zhì)抵達(dá)地表附近時,，一部分噴出形成海底火山,，推動兩邊的巖層分離；另一部分沿巖層底部往兩邊散開,，摩擦推動巖層運(yùn)動漂移,，同時被推擠到海溝處的物質(zhì)就慢慢折回到了地球深部,。 地幔對流，可以簡單理解為因為地球深部很熱,，地幔物質(zhì)受熱不斷上涌,，就像水煮開時不斷有水上涌冒泡一樣（地幔部分物質(zhì)上涌時形成了巖漿），當(dāng)上涌物質(zhì)變冷后又開始下降,。 
板塊動力來源示意圖,。圖片來源：作者自制 海底擴(kuò)張學(xué)說也暗示我們不能只以大陸或大洋的視角來看待地球表面，比如既然洋脊兩邊的大洋地殼彼此遠(yuǎn)離,，那應(yīng)該是兩個部分,；既然陸地在海邊延伸出來的大陸架和陸地相對靜止，那應(yīng)該是一個部分,。 于是科學(xué)家發(fā)展出了板塊構(gòu)造學(xué)說,，認(rèn)為地球表面由板塊拼合而成，就像拼圖一樣,。板塊由洋脊和深海溝等劃分而成,，不純是大陸或大洋，往往既有陸地部分也有海洋部分,，即不是大陸在漂移,，而是板塊在漂移。 科學(xué)家還認(rèn)識到板塊是漂浮在地球深部的軟流圈上面的,，所謂軟流圈就像面團(tuán)一樣,，雖然是固體，但較容易變形,，甚至還有部分區(qū)域處在熔融狀態(tài),。所以板塊是真的是在“漂移”，有點像木板漂在水上一樣,。 雖然板塊移動的速度很慢,，一年下來往往只有幾毫米，但在漫長的地質(zhì)時光中,，總有一些板塊會因運(yùn)動而碰撞到一起,，并由此在板塊之間產(chǎn)生了巨大的壓力。即使是堅硬的巖石也會承受不住這種壓力，發(fā)生斷裂和相互錯動,，由此產(chǎn)生了地震,。 板塊內(nèi)部也有零星的地震點，這是因為板塊之間的力量過于巨大,，其中一些甚至?xí)鲗?dǎo)到板塊內(nèi)部,，造成板塊內(nèi)部地層的斷裂。因此板塊也不是鐵板一塊,，可以被細(xì)分為更小的塊體,，科學(xué)家稱之為地塊。在地塊邊界上,，也形成了各種類型的斷裂帶,。雖然比起板塊邊界的來說是小巫見大巫，但經(jīng)過長年累月的應(yīng)力積累,，地塊邊界上的斷裂帶也可能爆發(fā)大規(guī)模的地震,，比如1976年的唐山地震就發(fā)生在地塊之間的張家口—蓬萊斷裂帶上。  地震示意圖,。圖片來源：作者自制地震的過程有點像打響指,，打響指時兩個手指突然錯動，并以聲波的形式釋放部分能量,。我們之于板塊，就好比灰塵之于指頭,，看到灰塵的命運(yùn),，大概可以理解人類在地震面前的渺小與脆弱。 其實上面所說只是構(gòu)造地震的成因,，除此以外還有誘發(fā)地震,、陷落地震等，但因為幾乎所有造成重大破壞的地震都是構(gòu)造地震,，所以本文只介紹構(gòu)造地震,，并以“地震”代稱“構(gòu)造地震”。 地震的能量可以算出來嗎,？ 提起地震,，大家的第一反應(yīng)可能是山河破碎，墻倒屋塌，但實際上絕大多數(shù)地震都沒有這么嚴(yán)重,。據(jù)統(tǒng)計,，世界上每年要發(fā)生500多萬次地震，平均每天都有一萬多次,。絕大部分地震規(guī)模很小,，人類感受不到，真正能對人類造成嚴(yán)重危害的,，每年大約有一二十次,。 那么問題來了，我們應(yīng)該如何描述一個地震的規(guī)模大小呢,？ 1935年,，加州理工學(xué)院的里克特和古登堡教授制訂了大名鼎鼎的里氏震級，以地震波的最大振幅來表征地震規(guī)模,。他們對0級地震的設(shè)定是：地震讓距離震中100公里處的地震儀產(chǎn)生的最大振幅為1微米,，其他地震以此為基礎(chǔ)確定震級。 當(dāng)距離震中100公里處的地震儀記錄到的最大振幅為10微米時,，震級為1級,；100微米時，震級為2級,，以此類推,。 地震發(fā)生時釋放的能量大部分以機(jī)械能（如巖石破裂）和熱能（如摩擦生熱）的形式滯留在震源區(qū)，另一部分以地震波的形式向四面八方傳播,，稱為地震波輻射能量,，正是這部分能量對地表造成了破壞。 地震波輻射能量的數(shù)值是相當(dāng)驚人的,。 1960年,，智利發(fā)生了有儀器記錄以來震級最高的地震，達(dá)到9.5級,，能量相當(dāng)于17萬多個廣島原子彈,。但地球經(jīng)過此劫后幾乎是毫發(fā)無損，所以大家不要相信人類掌握的核武器已經(jīng)可以毀滅地球多少次的論述,，事實上人類從未掌握毀滅地球的能力,。 歷史上我國多次發(fā)生大規(guī)模地震，造成的人員傷亡十分慘重,。 除了里氏震級外,，科學(xué)家還制定了矩震級、面波震級,、體波震級等,，各有優(yōu)缺點,。我們平時常見的震級主要是里氏震級和矩震級。 震級,？烈度,？到底有什么區(qū)別 除了震級，大家可能還經(jīng)常會聽到一個詞叫烈度,。烈度表示一個地區(qū)地震過后的受破壞程度,，在我國分為12度，度數(shù)越高代表受地震破壞越嚴(yán)重,。說到這里可能有人比較困惑,，不是已經(jīng)有震級了嗎，為什么還要再設(shè)置一個烈度,？ 震級主要反映的是地震規(guī)模,，更具體地來說就是反映了地震波輻射能量的大小。雖然一般來講震級越大,，輻射能量越多,，地區(qū)受破壞就會越嚴(yán)重，但在相同的震級下,，如果不同地區(qū)震源深度不同,，震中距不同，建筑質(zhì)量不同,，那受破壞的程度往往是不一樣的,。因此我們需要設(shè)置一個指標(biāo)來反映這種差異，這就是烈度,。 為了準(zhǔn)確規(guī)范地評估烈度,，我國出臺了國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2020）。由于烈度需要根據(jù)震后實地調(diào)查了解到的情況來確定,，所以在地震發(fā)生一段時間后才能被評估出來,，不像震級那樣在地震剛發(fā)生時就能被計算出來。2022年9月5日發(fā)生的瀘定地震,，中國地震局在當(dāng)天就給出了震級,，但到9月11日才給出地震烈度。
漢代已有的驗震器——候風(fēng)地動儀 人類很早開始嘗試進(jìn)行地震預(yù)測，其中最著名的可能要數(shù)東漢時期張衡制作的候風(fēng)地動儀——當(dāng)某個方向發(fā)生地震后,，由于受到地震波的擾動,，該方向懸掛的龍口中所含銅珠就會掉落,，告訴大家這個方向發(fā)生地震了。 嚴(yán)格地說,，候風(fēng)地動儀并不能預(yù)測地震,，它只能在震后告訴人們地震發(fā)生的方向，算是一種驗震器,，但它仍然意義重大,。因為人類本身很難感受到遙遠(yuǎn)地區(qū)的地震，而有了它之后,，一旦某個地區(qū)發(fā)生大地震,，中央王朝就可以立即獲知大概方向，從而能在當(dāng)時落后的通信條件下提前準(zhǔn)備好救災(zāi)事宜,。 現(xiàn)代地震預(yù)測直到20世紀(jì)60年代才正式登上舞臺,。一方面是因為地震研究十分復(fù)雜，到這時才具備比較成熟的技術(shù)基礎(chǔ),；另一方面也得益于美蘇之間的核競賽,。 當(dāng)時美蘇進(jìn)行了大量地下核試驗并對相關(guān)資料嚴(yán)格保密，但雙方又千方百計地想獲知對方虛實,。這時就有人想到,，雖然政府可以三緘其口，但地下爆破產(chǎn)生的地震波是不會說謊的,，可以通過監(jiān)測地震波來推測爆炸數(shù)據(jù),。為此美國耗費巨資建立了全球標(biāo)準(zhǔn)地震臺網(wǎng)(WWSSN)，為地震學(xué)家提供了以前想都不敢想的龐大資源,，客觀上大大推動了地震研究,。  全球地震臺網(wǎng)讓科學(xué)家得以定量分析地震數(shù)據(jù)。 圖片來源：自制 現(xiàn)代地震預(yù)測強(qiáng)調(diào)三個要素,，即時間,、地點和震級。在上世紀(jì)70年代早期,，或許是因為資源和經(jīng)費的充足,，科學(xué)界對地震預(yù)測普遍比較樂觀。 1975年,，中國成功預(yù)測了遼寧海城7.3級大地震,，在地震來臨前及時將人員財產(chǎn)轉(zhuǎn)移到空曠地帶，避免了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失,。這似乎無可辯駁地證實了地震預(yù)測的可行性,，也進(jìn)一步增強(qiáng)了科學(xué)界的樂觀情緒。 但好景不長,，1976年,，中國未能預(yù)測出唐山地震,，未能挽回重大傷亡。也是從這一時期開始,，多種地震預(yù)測的方法接連被推翻,。直到今天，海城地震的預(yù)測也是聯(lián)合國唯一承認(rèn)的地震預(yù)測成功的案例,。 地震預(yù)測分為長期,、中期、短期和臨震預(yù)測,，對老百姓防災(zāi)避險而言,，一般短期和臨震預(yù)測才比較有價值。畢竟,，如果你跟大家說未來十年內(nèi)很可能發(fā)生地震,，那大家聽了也很難做出什么反應(yīng)。 那些年人們試過的地震預(yù)測方法 在幾十年的研究中，研究者們做過多個方面的嘗試,。 有從統(tǒng)計方法入手的： 一是統(tǒng)計地震頻率,。比如有研究者統(tǒng)計某一個區(qū)域平均每150年發(fā)生一次7級以上的地震，而上次類似的地震已經(jīng)是145年前的事情了,，于是預(yù)測5年后可能會發(fā)生大地震,。先不論“區(qū)域”涵蓋的范圍有多廣，全部都做預(yù)防工作是多么困難,；也不管“5年之后”是多么模糊,，意味著那一整年每天都要提心吊膽。僅就預(yù)測本身而言,，也存在相當(dāng)大的不確定性,。比如雖然平均間隔是150年，但是如果160年后才發(fā)生過不過分呢,？ 結(jié)論可能是毫不過分,。因為板塊運(yùn)動的速度極慢，其時間單位以十萬年甚至百萬年計,，所以在板塊看來10年大概還不到1秒鐘,，晚“1秒鐘”怎么能算遲到呢？就像公司要求每天早上9:00上班,，而你9:00:01抵達(dá)辦公室,，你會覺得自己遲到了嗎？ 但是板塊遲到的“1秒鐘”是人類難以接受的,。20世紀(jì)80年代,，美國地質(zhì)調(diào)查局預(yù)測帕克菲爾德將在1988年以后的4年內(nèi)發(fā)生一場6級左右的地震，當(dāng)?shù)卣途用耠S即投入大量資源準(zhǔn)備應(yīng)對地震,。結(jié)果到2004年這場地震才發(fā)生,，公眾也因此對地震預(yù)測一片唏噓。 二是統(tǒng)計地震規(guī)律,。有研究者經(jīng)過對地震的多年觀測,，總結(jié)出了一些簡單規(guī)律，比如大震前有小震,，大震后無大震,。這些規(guī)律似乎很有道理，在不少情況下也是正確的,，比如海城地震的主震前就有很多規(guī)模較小的地震,，好像在不斷警示大家“大的要來了”；大部分地區(qū)發(fā)生一次規(guī)模很大的地震后,，要消停很多年才能孕育出下一次地震,。 但例外的情況也不少，比如汶川地震前沒有明顯密集的小震,；又比如海城剛發(fā)生7.3級的地震,，一年后附近的唐山就發(fā)生了7.8級地震。當(dāng)初唐山地震前專家們展開了激烈爭論,，分為“無大震”和“有大震”兩派,，“無大震”派的重要依據(jù)之一就是一個區(qū)域不會連續(xù)兩年發(fā)生兩場大地震。最后“無大震”派勝出,，錯失預(yù)測良機(jī),。不過這也不能怪專家,，主要是我們對地震的了解太少了。 除了統(tǒng)計方法,，還有從地震前兆入手的： 一是動物異常,。大家可能也聽說過類似的故事：如果在寒冬臘月里幾十條蛇群聚出洞，幾百只青蛙集體搬遷,，雞鴨焦躁不安,，可能就要發(fā)生地震了。這種說法有一定道理,，因為有一些動物確實對震動等非常敏感,，它們可以更敏銳地感知地球深部的運(yùn)動。 該方法在歷史上有成功先例,，比如在海城地震前人們就觀察到了動物異?，F(xiàn)象。不過令人遺憾的是,，不是每次地震都會引發(fā)動物異常,，畢竟動物也不是萬能的。另外也不是每次動物異常都預(yù)示著地震,。因此這個方法僅供參考,。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，我們制造出的許多設(shè)備的監(jiān)測精度已經(jīng)大大超越動物的靈敏度,，動物異常的觀測在地震研究中越來越小眾化,。 二是地下水位異常。因為大地震發(fā)生前可能會發(fā)生小地震,，導(dǎo)致地下巖層產(chǎn)生小規(guī)模的錯動,，而錯動后就可能會改變地下水的流動通道，比如打通或者堵塞了某些地下通道,，致使井水位在短時間內(nèi)出現(xiàn)劇烈變化,。 但是該方法也存在局限性，因為大地震前不一定會有小地震,，所以地下水位也不一定變化,；另外地下水位變化不一定是地震所致，也可能是附近建筑基坑施工時截堵了地下水,，或者有人私自抽取地下水,，甚至是向地下排泄廢水。 除了上面兩個,，還有根據(jù)氡含量,、地震波速比、電磁信號、地震光等進(jìn)行預(yù)測的方法,。氡含量法是說地層內(nèi)儲存了少量惰性氣體氡,，地層破裂后這些氣體會被釋放出來。理論上地層破裂越多氡含量應(yīng)該越高,，有人就想到可以通過監(jiān)測氡含量揭示地層破裂進(jìn)而預(yù)測地震,；地震波速比是說地震波有橫波和縱波兩種，當(dāng)?shù)貙悠屏褧r它們的波速比理論上會發(fā)生變化,，有人認(rèn)為可以根據(jù)這個來預(yù)測地震；電磁信號可以簡單理解為巖層相互摩擦生電,，就像我們用手摩擦頭發(fā)會生電一樣,，然后電又可以生磁，產(chǎn)生電磁信號,，有人認(rèn)為可以通過監(jiān)測電磁信號揭示地層摩擦進(jìn)而預(yù)測地震,；而地震光可以理解巖層在摩擦放電過程中產(chǎn)生的火花，就像閃電是云層間的放電現(xiàn)象一樣,。如果產(chǎn)生了地震光,，說明地層摩擦很厲害，很可能會發(fā)生地震,，不過更多的時候是已經(jīng)地震了,。 總的來說，雖然有各種五花八門的猜想,，甚至在民間也產(chǎn)生了不少預(yù)測理論,，不過迄今還沒有一種方法能夠有效預(yù)測地震。  地震時疑似出現(xiàn)地震光現(xiàn)象,。圖片來源：資料來自douyin.com,，作者根據(jù)資料自制 不能預(yù)測，不代表無法預(yù)警 雖然人類在地震預(yù)測方面屢屢碰壁,，但在地震預(yù)警方面還是可圈可點的,。預(yù)測和預(yù)警雖然只有一字之差，但含義全然不同,。 預(yù)測是說在地震發(fā)生之前就能準(zhǔn)確獲知地震發(fā)生的時間,、地點和震級，提前疏散群眾讓地震撲個空,；而預(yù)警是指在地震發(fā)生之后,，橫波還沒有到達(dá)某一個地方之前（什么是橫波？下面會介紹）,，臨時通知當(dāng)?shù)厝罕娋o急避險,。 預(yù)警的原理和地震波的性質(zhì)有關(guān)。地震波有兩種，分別是P波（Primary,，即首先到達(dá)的波）和S波（Secondary,，即后來到達(dá)的波）。P波的傳播速度大約為5.5-7 km/s,，而S波大約為3.2-4 km/s,。因為P波的傳播速度更快，所以可以更早地到達(dá)地表,。  地震示意圖,。圖片來源：作者自制 按物理上波動的分類，因為P波質(zhì)點運(yùn)動的方向與傳播方向平行,，靠質(zhì)點縱向推搡擠壓傳播,，所以稱為縱波，類似的還有聲波等,；因為S波質(zhì)點運(yùn)動的方向與傳播方向垂直,，靠質(zhì)點橫向摩擦剪切傳播，所以稱為橫波,，類似的還有水波等,。橫波的特點是質(zhì)點沒有離開原地，但波卻持續(xù)向前,，就像風(fēng)吹麥浪,，麥子并沒有離開原地，但波浪滾滾向前,。 對于建筑物而言,，比起P波帶來的上下擠壓，它更害怕S波的左右剪切,。我們可以簡單做一個實驗：把幾本書摞在一起當(dāng)作多層建筑,，先上下晃動，再左右晃動,，會明顯發(fā)現(xiàn)左右晃動對“建筑物”的破壞性更大,，表明S波造成的破壞往往更嚴(yán)重。 發(fā)現(xiàn)地震波的性質(zhì)后,，有人就想到,，既然P波來得早而且破壞性較低，那我們能不能把P波當(dāng)成信使,，一旦接收到了P波,，就趕緊通知要地震了，讓大家在S波到來之前緊急避險,。順著這個思路,，地震預(yù)警就誕生了。  地震預(yù)警示意圖。圖片來源：作者自制 如圖所示,，當(dāng)A地收到P波后,，可以立即向居民發(fā)布地震預(yù)警，同時通過電磁信號（電視,、廣播,、短信、微信等方式）立即告知B地,。由于電磁波的傳播速度接近300,000km/s,，遠(yuǎn)高于地震波的速度，所以可以讓B地在地震波到來之前就收到消息發(fā)布預(yù)警,。部分手機(jī)支持的地震預(yù)警服務(wù),，依據(jù)的也是該原理。  部分手機(jī)支持地震預(yù)警服務(wù),。圖片來源：作者自制 雖然預(yù)警聽起來好像不如預(yù)測那么厲害，但發(fā)揮的作用不容小覷,。有研究表明,，地震預(yù)警時間為3秒時，可減少14％的人員傷亡,；10秒時,，可減少39％的人員傷亡；20秒時,，可減少63％的人員傷亡,。 我國在地震預(yù)警方面也已經(jīng)布局。2022年9月5日四川省瀘定縣發(fā)生6.8級地震,，中國地震預(yù)警網(wǎng)震后6.2秒產(chǎn)出了預(yù)警信息,，向康定市提前9秒、雅安市提前21秒,、成都市提前56秒發(fā)布地震預(yù)警信息,，避免了大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。 雖然直到今天我們?nèi)耘f無法預(yù)測地震,，但相信科學(xué)家在地震方面所做的大量研究不會白費,，比如根據(jù)現(xiàn)有成果科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出了地震預(yù)警系統(tǒng)。 與此同時,，我國在建筑抗震,、地震科普等方面也做了大量工作，已經(jīng)讓更多人認(rèn)識地震,、了解地震,。如果大家關(guān)注地震新聞，也能發(fā)現(xiàn)近年來我國因地震傷亡的人數(shù)在逐漸減少。 相信地震的秘密終究會被揭開,，我們終究可以實現(xiàn)地震預(yù)測,，也期待那一天早日到來。 除了地震預(yù)測外,，大家可能還聽說過“地震預(yù)報”這個詞,。根據(jù)四川省地震局的解釋，地震預(yù)測是科學(xué)意義上的研究行為,，比如中國地震局有“地震預(yù)測研究所”,；而地震預(yù)報是政府行政行為，是指政府向社會發(fā)布的可能要發(fā)生地震的公告,。所以二者使用的情景不同,，不過在實際生活中確實有混淆，大家理解概念就好,。
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