
我的家乡洛杉矶是 有记录的最早地震 的发生地,其历史可以追溯到 1769 年(当然,此后还发生了更多地震)。 世界上有记录的最大地震 发生在 1960 年 5 月的智利,震级为 9.5 矩震级。一次地震造成的破坏可能会导致 数亿美元 的维修费用,更重要的是,可能会造成人员伤亡。
2009 年,意大利的科学家因未能预测拉奎拉地震(造成 300 多人死亡)而被 判处过失杀人罪 。但是,我们对地震预测的成功率可以抱有多大的期望呢?
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在美国,地质学各方面的科学专家都在 美国地质调查局。他们在 地震预测 网页上开头写道:“美国地质调查局和任何其他科学家都从未预测过重大地震。我们不知道如何预测,也不期望在可预见的未来知道如何预测。” 这真是太清楚了!
但是为什么不能呢?如果我们能够预测飓风、洪水和龙卷风,尽管可靠程度各不相同,但为什么在地震方面,我们不知道下一次“大地震”何时会发生?
什么是地震?
为了理解预测地震所涉及的挑战,以及我们目前为进行这些预测所做的努力中缺少什么,我们需要了解是什么导致了地震。
我们对地震发生原因的理解是基于板块构造理论,或者说地球的外壳是由称为板块的可移动岩石板组成的。这些板块可以在岩石状但更具延展性的下层(称为地幔)之上移动,地幔位于地球核心的熔融物质之上。我们现代的板块构造理论自 20 世纪 50 年代才出现,据认为有 九个主要板块。在每个板块的边界沿线都有许多断层线,已知地球上大部分地震都发生在这些断层线上。
有时,在相对移动过程中,这些构造板块在试图滑过时会相互碰撞。这些板块的锯齿状边界边缘会卡住,而板块的其余部分继续移动,在此过程中沿板块边界积聚能量。一旦板块的内部部分移动到足以迫使边缘克服摩擦力而变得松动,那么储存的能量就会以波浪的形式辐射出去,在地球的岩石表面上蔓延。这些波浪在穿过地面时会震动地面,地震就发生了。
为什么我们不能预测地震?
如果我们了解地震是如何发生的,为什么我们不能预测它们何时会发生?有效的地震预测包括四个组成部分:预计地震的日期、时间、地点和震级。为了确定可能的早期预警信号(或信号)如何转化为这四个因素,科学家需要寻找过去已发生地震的模式,或者创建已知构造板块运动的复杂数学模型。
对于第一种情况,科学家们试图将过去地震发生前的多种自然因素与地震本身联系起来,包括当地水源中氡含量的增加、地下水位上升、电磁活动的变化,甚至动物的异常行为。例如,在最终导致地震的主破裂之前,地表岩石中会形成称为微裂缝的较小裂缝。这些较小的裂缝会改变岩石的渗透性,或者换句话说,它们使水更容易穿过岩石。渗透性更强的岩石可能会导致 地下水位变化。 渗透性的这种变化也可能导致氡气逸出,氡气是由某些矿物中元素的放射性衰变形成的。
然而,即使科学家可以绘制出自然界中这些变化与地震之间的地质联系,但几乎没有证据表明一种变化必然与另一种变化同时发生。有时这些事件发生时没有随之而来的地震,有时地震发生时没有任何这些前兆事件。地震起源于地表以下数英里处,因此当然有可能发生其他早期指标,但我们无法轻易地在地表检测到它们,尤其是在我们不确定我们正在寻找什么时。
在没有将某些可能的预警信号与地震联系起来的经验证据的情况下,科学家可以转而尝试 模拟特定的断层线。然而,构建这些模型非常具有挑战性,这在很大程度上是由于难以研究岩石和矿物在地球核心方向上温度和压力升高时的行为方式。这些条件在实验室中很难重现,尽管地质学家已经 在圣安德烈亚斯断层带钻了钻孔 以研究那里的条件,但这种努力既昂贵又不容易。
地震预测的另一个困难是,小地震(那些在地表上只有轻微或根本没有记录的地震)和较大地震被认为以相同的方式开始,尽管最终具有不同的强度和持续时间。因此,可能没有简单的方法来辨别早期预警信号是重大、更具破坏性的地震的预兆还是轻微的震颤。