《科学》杂志剖析日本大地震

2011-3-24 08:50 来源: 科学时报
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地震为何防不胜防;预报为何声东击西

 

3月11日的大地震后,日本岩手县的野田村被海啸冲刷,成为废墟。

  尽管有密集的地震仪器、透彻的地震研究以及优良的防震措施,然而,3月11日下午1时46分发生在日本本州东北宫城县东部海面的9级大地震,仍以突然袭击的方式重创了这个国家。地震引发海啸,导致福岛核电站发生辐射泄漏,灾难深重,满目疮痍,震惊世界。3月18日出版的《科学》杂志发表新闻分析文章,剖析了这场灾难。

  文章指出,作为一个国家,日本已经习惯于地震,也准备好迎接一场大地震,然而,这次地震和所引发的海啸的强度之大,完全超过人们的想象,专家们也猝不及防。在这个残酷、悲伤的事实面前,人们不禁要问:地震真的防不胜防吗?人类该怎样努力才能将灾难程度降至最低呢?

地震为何防不胜防

  3月11日的日本东北大地震,是现代仪器记载的五大最强地震之一。美国地质调查局和日本气象厅将这次地震定为9级。地震沿着日本海沟俯冲带冲破了400多公里的地壳,震源位于日本本州岛仙台港以东130公里处、有100万人口的宫城县东部海面,距离首都东京约373公里。日本官方估计死亡人数为1.5万人。地震引发的海啸卷起了7米多高的海浪,侵袭宫城县、福岛县以及岩手县等,造成福岛核电站发生辐射泄漏事件,海浪横跨太平洋,波及至美国加州海岸。

  美国加州理工学院的地震学家金森博雄(Hiroo Kanamori)说:“我从来没想过这个地区会发生这样的事件。”东京大学的地球物理学家罗伯特·盖尔(Robert Geller)说,这场地震的惊天能量和意料之外的发生地点,也暴露出预测下一次大地震何时何地来临是多么的无用!即使像在日本这样有充分的地震监测、研究和准备的国家,大地震也总是不期而至。

  日本位于太平洋火山环岛之中。太平洋火山带是一个围绕太平洋经常发生地震和火山爆发的地区,全长4万公里,呈马蹄形,有一连串海沟、列岛和火山,地质构造板块移动剧烈,世界上90%的地震和81%最强烈的地震都发生在该地带上。沿着日本海沟,太平洋板块被挤压在鄂霍茨克板块之下。在某些地区,俯冲板块在上冲板块下面平缓地滑动。在另外一些地方,板块在表面上联结或粘合在一块,在这个地方,沿边界的滑动或破裂让板块迅速恢复到低应力状态,所积累的能量则以地震波的形式释放出来。地震波与同时发生的海底运动形成了海啸。

  为了评估特定区域的地震风险,科学家们通常以过去发生的事件为指导。日本东北地区保存有一个世纪的地震记录。每隔30年或50年,沿着日本海沟就会发生强度为7级至8.3级的地震。金森博雄说,最近沿俯冲带释放了许多压力,很难说哪个地区已积累了相当的压力足以产生另外一场大地震。日本地理空间信息局的大地测量师西村铃木仁(Takuya Nishimura)说:“坦率地讲,我们没能预见这次地震。”在2004年发表在《国际地球物理期刊》上的一篇论文中,他作为共同作者仔细讨论了该地区地壳变形的发展。

  穿过历史回到过去,几年前,研究人员已经意识到宫城县附近会有一次地震,但规模比3月11日的灾难要小一些。历史记录显示,该地区在869年有一场名为Jogan的大地震,沿海平原成为蛮荒水域。一个埋藏在仙台平原沼泽沉积下方的海洋沙层显示:当时,高达3~4米的古代海啸从海岸冲向内陆,研究人员对洪水痕迹的分析显示,Jogan地震的强度为8.3级。历史记录和仪器观察显示,对于更小一些的俯冲带来讲,强度为7.5级左右的地震每隔30~40年会发生一次。1978年,宫城县曾发生强度为7.4级的地震,引发海啸,并造成28人死亡。西村铃木仁说,二者相比,3月11日地震的破裂带与1978年地震的破裂带有重叠,但前者比后者大多了,前者为400多公里,而后者只有50公里。

  西村铃木仁认为,如果东北地震是Jogan地震的重复,那么大地震的超级循环也许每隔1000年就发生一次,而且这种冲击并不一定局限于日本海沟,他认为:“这次事件显示,这类大地震可能会发生在其他俯冲带。”其中一个可能的地点是卡斯卡迪亚断层带。卡斯卡迪亚断层带位于北美洲西北太平洋海岸,从美国加州海湾北部向北延伸到加拿大不列颠哥伦比亚的南面。西雅图华盛顿大学的地震学家约翰·比达尔指出,当卡斯卡迪亚断层破裂时,3月11日的日本地震就将成为西北太平洋的一个基准,“我们知道这里会发生同样强度的地震,问题不是‘是否’,而是何时”。

预报为何声东击西

  另外一个问题是,3月11日的地震会对日本海沟附近产生什么样的影响。东京大学的地震学家远田晋次(Shinji Toda)说:“我们真正担心的是,本州东北地区释放的应力增加了东京附近大地震的可能性。”他最初的计算推测,地震将应力卸入房总半岛(Boso Peninsula)近海的断层,房总半岛是将东京湾与太平洋隔开的小岛。历史记录显示,1677年,该地区有一场大地震和海啸。

  这场日本东北大地震将给风险评估提供一个审慎的教训。东京西部的东海地区遍布着几百个地震观察仪器,从1965年开始,日本的地震学家们一直在努力地采集分析这些实时数据。如果沿南海海槽(Nankai Trough)的断层一直在不停地增长,那么地震学家委员会将作出评估决定:是否发布8级地震即将来临的警告。日本当局已经加强公共建筑的强度,使之可以抵御强烈晃动;在海岸沿线修筑堤坝和防洪门,阻挡来自地震的海啸。

  然而,从1995年1月17日发生的神户7.2级地震,到3月11日发生的9级地震,日本在过去20年间所发生的两次大地震表明,专家们寻找的都是错误地点。金森博雄说,美国加州也有类似问题,即使过去几十年中所发生的毁灭性地震发生在别处,比如1994年发生在洛杉矶西北北岭市的6.7级地震和1971年发生在加州圣费尔南多的6.6级地震,但人们依然将目光关注到圣安德烈亚斯断层。

  一直以来,研究人员有能力估计多少地震应力会在断层处堆积。金森博雄说:“我们所不能预测的是单个序列。地震应力可能以单个地震的方式释放,也可以从更小的事件释放。面对无法避免的不确定性,我的观点是:用更普遍的方法预防地震胜过某种优先、集中的努力。”

  《科学》的文章最后指出:对于一个以优良防备著称的国家来讲,这个悲伤的现实可能说明:有些地震太大、太罕见,防不胜防!