人類史唯一次精確預測的地震 以及它背後的真相

2020-12-05 漢周讀書

8月8日,四川九寨溝發生了芮氏7級的強震,至今救援仍在進行。在人們祈福和援助的同時,也有些人提出了困惑:為什麼地震就不可預測呢?如果地震本就不可預測,那些地震研究機構又是做什麼用呢?

眠眠想先從發生在上世紀70年代的一場強震說起,慢慢和大家討論一下這個話題。關於這場地震的預測,是當時國際上普遍承認的,一次極度罕見的大地震成功預測。然而,這真的證明地震可以被預測嗎?

01

要說起這次地震精準預測,先還要再倒回到九年前。

那是1966年的3月8日,邢臺發生了一場6.8級大地震。這是新中國成立之後,在東部人口稠密地區首次出現大型地震。當時共計死亡8000餘人,受傷38000多人。面對突如其來的災禍,中央非常重視,周總理也親自前往災區慰問。

災後,周總理特意接見了當時的地質部長李四光等人,並希望能夠著手進行關於地震預報方面的研究。因此,可以說,邢臺地震開啟了新中國關於地震預測研究的大門。

時間到了三年之後的1969年7月8日,在渤海灣一帶又發生了一場7.4級的強震,因為震中在海上,因此沒有造成很大損失。然而邢臺大地震還歷歷在目,當時整個遼東地區的地震專家神經都變得極為緊張,畢竟,這場渤海地震就相當於一記警鐘,說明華北東北地區很可能潛伏著一場大地震,只是將在何時何地爆發,還無人知曉。

因此,此後的數年裡,遼寧的各大地震預測點都精神緊張,有點檢測數據的異常都風聲鶴唳……唯恐漏過大地震的蛛絲馬跡。

然而事實上,這些年裡的遼寧一帶的確有點詭異:首先各地出現了一系列小地震,然後地下水異常外洩事件也發生了600多起,似乎地底深處隱藏著一個可怕的BOSS,正在蠢蠢欲動。(嗯,拉格納羅斯我不是說你……)

遼寧當地的村民也感受到了異常,他們發現很多條蛇居然凍死在大路上……眾所周知,蛇類冬天都是要躲起來冬眠的,想必是感知到了極大的危險,才會喚醒它們跑出洞裡,甚至被凍死也在所不惜。除了蛇之外,很多其他動物也出現了反常現象:老鼠成群地呆立原地,家禽家畜堅決不肯吃飼料,舉止詭異……仿佛一切都是不祥之兆。

到了1975年2月,異常變得更加頻繁了。2月1日時,營口地震臺就檢測到了一次三級小地震,第二天又緊接著發生了七次小地震,到了第三天,數字變成了幾十次……

連續不斷的地震,均發生在遼寧南部的大連、營口、丹東等地,並且頻率越來越高。當時地震專家普遍認為,這些情況,和9年前發生在邢臺的那次大地震前非常相似,這會不會又是一個恐怖的前夕呢?

2月4日早上7點50分左右,營口地區又發生了一次4.8級地震,緊接著是一系列的非常密集的小震,再趨於平靜。到了上午10點36分時,又來了一次4.7級地震,接著又是一系列餘震,再歸於平靜。到了中午12點之後,就沒有再次的地震了。

然而,這種可怕的平靜卻讓營口地震局的專業人士極為不安,因為邢臺地震之前,就是按這樣「密集小震——平靜——大型地震」的模式發展的。極有可能,一場超過6.8級的地震即將發生在營口和它附近另一個小縣城——海城之間。

02

如今歸屬於鞍山的海城,當年還是營口市下轄的一個縣,此地也算歷史悠久,曾經是高句麗的核心地帶。當時的海城居民,大都做好了地震的準備,只不過誰也不知道究竟會發生在何時。

2月4日中午,經過一番緊張的研究之後,遼寧省和地市級地震部門認定,一場可怕的大地震已經迫在眉睫……最終遼寧省政府決定,向各地指示進入臨震狀態,並對這場大災禍進行緊急防範措施:加固堤壩、組織救護隊和搶修隊、轉移危險品、準備救災食品藥品等等,當然還有最重要的,安排居民撤離,從建築物內轉移到空曠地帶。

東北的早春二月,嗯大家都懂,那可是冰封千裡,寒冷異常的……

整個遼寧南部有無數人在接到地震預報後,忍著天寒地凍離開了家,去到了空地和曠野上。從中午等到天黑,氣溫也開始驟降,零下二十多度的寒冷加上漫長的等待,讓很多人口出怨言。此時,地震專家們成了最尷尬的人……如果大地震沒有發生的話,他們這口擾民的鍋,就要背定了……

然而一些可怕的景象預示著,大災禍真的、真的越來越近了:某個地區已近呈現出白茫茫的一片,煙霧如同海嘯一般翻滾而來,煙霧之中,還有黃色的火球騰空而起……

到了晚上7點36分,海城腳下的大地發出了可怕的嘯叫聲,霎時間山搖地動,開裂的大地將附體其上的建築撕扯成片,殘磚碎瓦飛得到處都是,一場大地震終於降臨在了遼東半島的海城。

這場地震,就是著名的海城地震,強度達到了7.3級,震區面積760平方公裡。但是由於提前的地震預告,最終罹難的人數僅有1300多人,遠遠小於9年前邢臺的那一次。而且地震後,擁有90萬人口的海城當地,有九成建築被夷為平地,在這樣一個人口密集的居住地,如果沒有提前預報的話,傷亡人數很可能達到10萬人之多。

這次地震的成功預測,在國際上都引起了矚目,事後有包括美國在內的各國地震專家前來中國,想要蹭點經驗。當時國內許多地震專家都非常振奮,似乎掌握到了預測地震的方法。然而,接下來一年之後的唐山大地震,則如同一盆凜冽的冷水,將他們的希望之火徹底澆滅。

在此之後,國內國外都響起了這樣的一個聲音:海城地震的成功預測,只是純屬巧合。事實真的如此嗎?

03

要回答這個問題,我們不妨看看地震預測究竟是怎麼一回事。

經歷了這些年來國內外的多次大型地震,任何人都知道這種天災的可怕。然而,地震事實上比你想像中更可怕,從上個世紀以來,全球強度超過7級的地震共發生過1200多次,造成的死亡人數,比全球其他各類自然災害加在一起還要多,達到了54%……

各國存在地震隱患的人口數量

因此,如果地震也能像天氣那樣進行預報,那麼就會大大減少損失,正如海城的那次一樣。事實上,中國自古就對地震預報有著豐富的研究,不僅僅是眾所周知的張衡地動儀,1633年寧夏隆德縣誌上也有記載:「地震之兆約有六端:井水突然渾如墨汁,泥渣上浮,池沼之水無端泡沫上騰」…還有,「大約春冬二季居多,如井水忽渾濁,炮聲散長,群犬圍吠,即防此患。至若秋多雨水,冬時未有不震者」。說明古人就已經對於地震的前兆有所掌握。

但囿於科技手段,真正的地震預防研究,直到二戰之後才真正地開展起來。

1948 年10 月,中亞的阿什哈巴德發生了7.5 級地震, 當地的水文地質工程師在整理自來水公司的地下水化學測試數據時, 意外地發現了一個現象:震前當地的水源中,氡濃度出現了異常增高,在震後又恢復了正常。這個異常現象立刻引起了蘇聯地震學家的關注,他們因此一致認定地震不僅有前兆,而且可以用現代精密儀器進行探測,於是在中亞地區開始了大量地震預測的研究。

美帝也不甘落後,只不過他們研究地震的原因略有不同。50 年代中期,為了偵察蘇聯核試驗的動向,美國在全球都設下了地震臺網,一邊監視著毛子,一邊記錄了大量地震數據,並在地震波、震源物理研究方面獲得重大進展。作為地震高發國家的日本,也緊跟大趨勢搞起了地震研究,於是你們才會看到日漫裡各種出戲的地震預報彈幕……

說到地震預測,眠眠簡單科普一下吧(專業理論部分比較多,沒興趣就跳過吧~ 然而我知道對地震有防範意識的人,一定會仔細看完的……)

廣義的地震預報其實分為兩種,分別是地震預測(Forecast)與地震預報(Prediction)。簡而言之前者就是學者們對會不會發生地震進行學術論證,並給出預判。後者就和天氣預報差不多,是一個完整的預報過程,只不過又分為三種:根據觀察到的地震前兆進行的,叫做前兆性預報;根據過往地震頻率統計進行的,叫做統計預報;把它們綜合在一起的,叫做綜合預報,一般而言這是主流。

從預測的時間尺度而言,地震預報又可以劃分為3類:長期預報、中期預報,和短臨預報,它們在方法、精度和目的等方面均有所不同。

長期預報,主要涉及時間尺度為10-100年內地震發生的可能性,主要是基於斷層的地質研究和歷史地震記錄研究;中期預報,主要涉及1-10年時間尺度內地震發生的預測,主要基於地震地質學和大地測量學的近期觀測數據分析;短臨預報,指在數小時至數周的時間尺度內對地震發生的預測,基於短期的、確定性的前兆信息掌握。顯而易見的是,短臨預報的難度比前兩者要大得多。

而地震預測的原理,從研究方法上也可分為兩類:一種是地震學方法,就是指通過對地震本身的活動性時間、空間、強度等變化特徵進行研究。而另一種非地震學方法,就是通過觀察地震之前的一些徵兆,比如地表變化、電磁場變化、水體變化、動物行為異常等,來研究地震發生的可能性。

除此之外,還有一種地震預警,其實就是當地震已經發生之後,立即警告人員撤離,顯然,這對於離震中越遠的人群越有用。

好了,枯燥的地震學知識差不多結束了,我們終於來到了終極問題:為啥地震預報那麼難……

04

說到地震預測的首要難點,在於它必須要滿足三個要素,才能算得上是一次精確預測。這三要素,分別是地震事件發生的具體震中位置、震級和發生時間。

無數次的實踐證明,人類歷史任何一次地震預測想要同時滿足這三要素,幾乎都無異於痴人說夢(噢,大概海城地震那次除外……)

空口無憑,眠眠用一個實例,來證明這一點。

美國的帕克菲爾德(Parkfield)地震預報實驗中心,是當時一座全世界頂級的地震預測研究基地,它建立在加州南部的聖·安德烈斯斷層上(嗯,玩過GTA的聽到這個名字都如雷貫耳)。這個斷層從舊金山到洛杉磯斜插整個加州,是太平洋板塊和北美板塊的分界線。因此,也是這個星球上地震活動最活躍的地帶之一。

通過長期的觀察,地震學家發現此地存在一個地震魔咒:自從1857年以來,這裡每隔大約20年左右就會發生一次大型地震。從1857到1985年,有六次6級以上的地震在此規律地發生:它們分別發生於1857、1881、1901、1922、1934和1966年。因此,地震學家敏感地推測出,下一次的大地震,很有可能發生在1988年左右(請回答,1988……??)。

是不是有點《三體》裡那個二維世界生物觀察打點計時器的感覺……

當然了,地震學家也沒有那麼傻,人家也拿出了相應的證據,比如這6次地震的震中基本在同一個位置,斷層的破裂範圍也差不多,震級也一樣都是6級,地震周期都是大約10秒,連震後形成的裂縫位置都是重複的,不僅如此,甚至其中的三次地震連地震波波形都驚人地相似……

於是,美國地震專家們自信滿滿地,通過美國地質調查局(USGS)向政府及民眾發出地震預告:從1985年到1993年之間,在帕克菲爾德地區,有超過95%的可能性發生一次6級左右的地震……

如果這次預測成功了,那麼海城地震的預測就不再是孤例了。

為了提前預防,美國政府砸了很多錢在這個地震研究基地,並在整個地區建立了大量的地震監測臺,只為了捕捉到這一次的大地震。附近居民非但不擔心,反而個個翹首以盼,巴望著自己能見證歷史,地震專家們更是枕戈待旦,只為了那奇蹟一刻……

然而遺憾的是,時間一年年的過去,直到1993年底,這場讓人望眼欲穿的大地震依然沒有到來……由於經費緊張,美國地質調查局也只能被迫關閉了該基地大部分監測工作。

但是……等等!

到了2004年9月28日晚上5點多,這場被預測多年的帕克菲爾德大地震終於姍姍來遲了!只不過,它的出現比預期晚了整整11年……這就是地震預報的一個尷尬之處:地點、震級勞資都預測對了,憑啥你時間上給我晚來這麼久?難道大姨媽嗎?

這是時間上的測不準,地點上的測不準也有,比如2009年4月6日,在義大利拉奎拉地區發生了一場6.3級大地震。然而地震前,當地自然災害特別委員會的7名地震專家一致認為,義大利會有一場地震,但是地點絕對不在拉奎拉,甚至宣稱「居民可以安心地在家喝紅酒」……最終,這場地震導致了309人死亡。

05

除了三大要素的測不準問題,地震預測還有其他令人頭大的困擾。

比如,大家都覺得地震應該有前兆,然而一個諷刺的事實是,有前兆不一定地震,地震了不一定有前兆……

幾乎每一天,地震臺的很多專家都會看到一些可疑的現象,甚至普通人也經常會觀察到一些青蛙遍地跑、地下莫名其妙冒氣的反常現象,但是這些所謂的徵兆,往往和地震之間沒有多少強關聯性。如果每看到一些徵兆,就發送一個地震預告,估計任何當地居民都受不了要罵娘的……

反過來就更加恐怖了,事實上1986年的唐山大地震、1995年的阪神大地震,包括2008年的汶川大地震,都沒有很明顯的前震序列,可以說是毫無徵兆、突如其來就爆發了,這給地震預測帶來了極大的打擊。當初阪神大地震爆發後,原本幹勁十足的日本地震專家遭遇了極大的挫敗,最終只能暫時放棄進行短臨預測,主打長期預防了。

最後,眠眠再總結一下,導致地震難以預測的幾個重要原因(劃重點、敲黑板):

一是地震活動具有渾沌性、隨機性和自組織性,影響因素眾多,屬極為複雜的地球物理現象。

二是目前人類還無法進入地殼內部,在深層的震源附近放置儀器直接觀測地震發生過程,因此實際上,對於地震的真實物理過程只是猜測。

三來,強地震的周期過長,一般一個地區都是百年一遇甚至千年一遇,人類地震研究的歷史太短,還沒有積累足夠的數據。

再有就是剛剛說的,大部分的地震前兆都不具有直接的確定性,也就是因果關係很弱。

因此,以目前的人類科技水準,想要滿足三要素地精確預測地震,基本上是不可能的事情。事實上現代的地震專家也都承認,當初的海城地震預測成功,的確是出於運氣成分居多。

然而,這並非是說,地震既然不能預測,那就不需要投入資金和精力進行地震研究了。

曾幾何時,愛滋病也是人類束手無策的絕症,然而前兩天就傳出了疫苗產生100%抗體的突破性進展,攻克它的曙光也越來越近。雖然地震預測是個世界級難題,地質學中的「聖杯」,然而眠眠可以斷言,地震作為一種自然現象,總有一天,人類會認清它的本質,並洞悉它的規律。那時,人類就將遠離這種災禍所帶來的痛苦。

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