本周,阿富汗东部发生了一场午夜地震,成为该国二十年来死亡人数最多的一次地震。震中位于帕克蒂卡省,距霍斯特市约 30 英里。数百栋房屋和建筑物倒塌。整个村庄夷为平地。据官方报告,至少有 1,150 人丧生,另有至少一人受伤。周五随后的余震加剧了伤亡。但最初的地震震级相对温和,为 5.9 级,这类事件在地质活动频繁的地区相对常见。那么,在这种情况下,破坏为何如此严重?
这次地震与印度板块与欧亚板块持续碰撞有关,这种撞击也造就了喜马拉雅山脉。当印度板块向北移动时,它沿着欧亚板块东部的一个区域研磨,这些巨大岩石体的相互运动有时会使数百条裂缝(称为断层)中的一条或多条破裂,这些裂缝聚集在板块边缘附近。有时,断层两侧的岩体不是缓慢滑动,而是相互猛烈撞击,从而导致所谓的走滑地震。这些突如其来的运动以地震波的形式向外辐射,导致地面震动。离断层越近,震动就越剧烈。在全球范围内,预计每年会发生 100 多次 5.9 级地震,而且更有可能发生在像阿富汗这样地震活动频繁的地区。
为了了解阿富汗的温和地震(在该地区并不罕见)如何造成如此多的死亡和破坏,以及未来如何减轻此类悲剧,《大众科学》采访了地震学家露西·琼斯,她是加州理工学院的访问副研究员,也是露西·琼斯科学与社会中心的创始人。后者专注于通过科学的传播和应用,使社区更具韧性。
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[以下是采访的编辑稿。]
这次地震与加利福尼亚州圣安地列斯断层等地震多发地区的地震相比如何?
1987 年,我们在洛杉矶也发生了一次相当的 5.9 级地震,震源深度为 14 公里[约 9 英里],称为惠提尔海峡地震。它发生在一个小断层上,相对较深。我们仍然有[八]人死亡,按 1987 年的美元计算,损失超过 3.5 亿美元。如果您将地震直接放在人们的脚下,就会造成巨大破坏。阿富汗的这次地震很可能比惠提尔海峡地震更浅——我们真的没有足够的数据来确定,但由于它是走滑断层[它是垂直的,因此更靠近地表],人们离它更近。
惠提尔海峡地震的烈度可能在 20 或 30 公里[约 12 或 19 英里]的范围内达到 7 或 8 度。9 度烈度会震倒加利福尼亚州的老旧建筑物。[编者注:震级衡量的是地震的总体大小,而烈度衡量的是特定地点的震动程度。] [阿富汗的]那些建筑物是用河石和灰泥砌成的——它们会在 6 度烈度下倒塌。这种强度的震动足以震倒任何传统的阿富汗建筑。
房屋往往建在山上,因为要防止洪水。如果您的房屋只是没有加固的砖石结构,那么您的稳定性就会降低,而且更容易倒塌。因此,我猜想这不是地质原因——只是建筑类型的问题。
与我们有抗震建筑的地区相比,该地区有什么因素导致了地震造成的如此多的死亡和破坏?
没有抗震建筑。那是“工程建筑”。在美国西部,我们有建筑规范,我们有危险地图。对于地图上的每个位置,您都可以说:“这是可能影响该地区的所有可能地震的总和。”对于每 2500 年一遇的地震,您应该将建筑物设计成不会造成人员死亡。您可以允许部分倒塌,但不应完全倒塌。因此,即使我们设计了建筑物,我们也接受一定程度的倒塌。
本质上,您在阿富汗看到的,尤其是在非常偏远的农村地区,是没有工程建筑。它们大多是用河石和某种砂浆粘合在一起的——而砂浆在地震中的表现非常糟糕。您摇晃一座砖砌建筑,砂浆就会溶解。然后,如果砖块或石头支撑着屋顶,屋顶就会塌下来。这会造成很多人死亡。工程师称它们为 URM(未加固的砖石建筑)。我们有些人习惯称它们为 FPR,即“未来的瓦砾堆”。
自 1935 年左右以来,加利福尼亚州就不允许建造 URM——但我们并没有让它们消失。1971 年,有相当多的人死于 URM,我们开始讨论对它们进行改造。洛杉矶市通过了一项法律,强制所有 URM 在 10 年内进行改造或拆除。因此,当 1994 年北岭地震 发生时,该市已没有未经改造的 URM。改造效果很好,足以防止其中许多建筑物甚至受损,因此我们知道改造是有效的。
除了加固结构外,是否还有其他措施可以提高社区的抗震能力?
当您的建筑物如此糟糕时?那么这只是运气问题:地震是否会离得如此之近,以至于它们全部被摧毁?伊朗是另一个历史上发生过许多类似地震的地方,那里的建筑物也像这样。您会遇到非常强烈的震动,并且您会震倒所有建筑物。在这种情况下避免丧生的唯一方法是能够对建筑物采取一些措施。
美国国际开发署曾与阿富汗政府合作,试图建造更安全的医院和学校之类的设施。但是,如果地震发生在半夜呢?在加利福尼亚州,地震发生在半夜是一件好事,因为我们大多数人都住在木框架房屋中。它们非常灵活;它们往往表现更好。而如果在白天发生地震,我们的商业建筑中有许多非延性混凝土——20 世纪 50 年代和 1960 年代的混凝土建筑——在我们意识到那是一种非常糟糕的建筑方式之前。因此,我们预计白天发生的地震会比晚上发生的地震致命得多。但在阿富汗这样的地方,情况正好相反,因为晚上是人们待在这些糟糕的建筑物里的时候。在农村地区,您大部分时间都在户外度过,这要安全得多。
像美国这样拥有更多地震基础设施的国家如何帮助可能缺乏专业知识和资金的国家?
有一个名为 GeoHazards International 的组织,它是一家总部位于加利福尼亚州北部的非营利组织。它向不同的国家派遣工程师,帮助人们学习如何廉价地建造更好的房屋。这不是进来做工程建筑。而是进来并说:“如果您在您已经建造的方式中添加这个框架,您的状况会好得多。”他们真正开始起步的第一个地方是尼泊尔,可能是在 20 年前。当 2015 年尼泊尔地震发生时,您可以说:“哇,我认为我的工作挽救了很多生命。”
他们的方法是由一位名叫布赖恩·塔克的家伙开始的——他是加利福尼亚州的[代理州地质学家]。他认识到我们[在加利福尼亚州]并不完美——我们仍然在造成人员死亡——但是,你知道,我们的方法已经挽救了很多生命。这并不是什么高科技。这只是关于地震和建筑的基本知识。他认为我们应该与其他地区分享这些信息,以便人们能够生存下去。这不是更昂贵的建筑;而是更智能的建筑。这就是不这样做会发生的事情。