【地震的天文因素】

江南布衣

【地震的天文因素】

 

作者: 韓延本

 

 

 

印尼海嘯兩周年 05與06年受災地區比較圖

 

 

地震的天文因素

導語︰地震是地殼運動和變化形成的一種現象，關注地震研究的不僅是地震學家，也吸引了其他有關學科的學者，其中包括一些天文學者。

 

地球是太陽系的一員，它的運動和變化會受到其它天體的影響。

 

那麼天文因素與地震的相關研究也會有助于人類加深對地震活動規律的認識，對地震預測預報研究的進展也將有一定的幫助。

　　

地震活動性

　　

地震作為地殼運動和變化形成的一種現象，在我們生活的地球上每天都會發生，不過大量的都是不會造成災害的中小地震。

 

按每年平均發生地震的次數統計，震級在2級～3.5級間的小地震約在80萬次以上，大于5.5級的地震有600多次，其中大于6級的約百次以上，具有較大破壞性的7級~8級的大地震約有10多次，可造成重大災害的大于8級的特大地震及巨震約1次～2次。

 

但實際上每年發生地震的次數有較大差別。

 

自20世紀初以來，地震活動性經歷了幾個相對較強和較弱的時期。

 

例如，在20世紀初期，8級以上的地震較多，1903年有5次，1906年更達到7次之多，此後一些年份一般是1次～2次，有些年份則沒有發生，特別是1980年～1993年間，全球一次8級以上的地震也沒有發生。但最近幾年又多了一點，如2006年2次，2007年4次。

 

7級以上的地震在1910年前後、1935年~1950年間、1970年~1980年間發生次數比較多。

 

有些年份則遠遠多于平均數，如1943年多達40 次，1957年達到34次，而在1980年~1990年間則相對很少，每年只有少數幾次，1988年只有一次，1989年只有2次，地球如此平靜是過去一百余年間罕見的。

 

當從6級以上的地震統計時，情況略有不同，20世紀初的幾年間，8級地震較多，而6級~7級的卻顯得少些，可能因為當時的記錄不完整。

 

1930年以後的幾年相對多些，1953年後的10多年間是個高潮，最近的十多年也相對較多。

　　

地震不僅在時間上分布不均勻，發生地點的分布更不均勻。

 

全球的地震主要分布于兩個大的地震帶，即環太平洋地震帶和歐亞地震帶(或稱地中海—南亞地震帶)上。

 

就釋放的地震能量來說，前者佔了全球的近80%，後者佔近20%，也就是說大地震主要發生在這兩個地震帶上。

 

同時破壞性大的特大地震也主要發生在這些地方，如1970年秘魯太平洋沿岸的7.7級大地震奪去了近7萬人的生命，2004年12月26日印度尼西亞的近海發生9級巨大地震，同時引發了大海嘯，造成近30萬人死亡的慘重災難，2005年10月南亞次大陸的7.6級大地震涉及到幾個國家，死亡人數也高達8.6萬。

　　

 

我國是一個多地震的國家

　　

我國東部與環太平洋地震帶的西翼相連，特別是台灣省正好處在這個地震帶上，地震非常多。

 

我國華北地區地震也較多，與接近這個地震帶有關。我國的西部和西南部則處在歐亞地震帶的東側，地震活動性僅次于台灣省。

 

因此，我國是個多地震的國家，活躍的地震區帶有多處，大地震也發生得比較頻繁，僅近幾十年間就發生了多次造成巨大災害的大地震，如1966年的河北邢台7.2級地震，1976年的唐山7.8級特大地震，以及今年5月12日的四川汶川8級特大地震。

 

2001年11月14日在昆侖山口發生了高達8.1級的特大地震，好在那裡是無人區，沒有造成人員傷亡。

　　

一些地震發生在海中，如果不在近海，同時也沒引起海嘯，一般來說造成的災害比陸地地震小得多。

 

而我國的陸地大地震恰恰較多，據初步統計約佔到全球陸地大地震的近30%。

 

人們定義了地震烈度來表示地震時地面震動的激烈程度，共分為1度～12度，對大地震來說就是破壞程度，烈度達到7度時就可使房屋輕度破壞、開裂，再大時就會形成災害。

 

我國地震烈度在7度和7度以上的地區，幾乎佔到國土的三分之一，全國人口較集中的城市約半數被包括在高烈度區中。

 

同時我國人口眾多，西南地區、中部地區、台灣省及華北地區，人口稠密，這些因素使得大地震造成的人員傷亡就較大。

 

有人曾對1900年~1980年間因地震死亡的人數做了統計，我國約佔到全球的50%。

 

特別是1976年7月28日的河北唐山7.8級大地震，造成死亡24萬餘人，傷16萬余人的慘重災害，雖然唐山地震已過去30多年，它造成的災害至今使人們難以忘懷。

 

今年5月12日的四川汶川8級特大地震，再次給我們帶來巨大的傷痛，因震中處在山區，道路被嚴重破壞，給救災帶來極大的困難。

 

在黨和政府的領導下，全國人民積極救災，使許多被埋在廢墟中的人得以生還，使傷員得以及時治療，並采取積極措施，防止了次生災害的出現。

 

但即使如此，按目前的統計，死亡人數已近7萬，並有萬餘人失蹤。

 

可以想象如果這麼大的地震發生在大城市附近，或者是我國改革開放之前國力不強大而使得救災能力也不強時，死于地震和次生災害的人數將更多，災難更為慘重。

　　

 

地震預報——一個世界性的科學難題

　　

我們的地球具有多層次的復雜結構，從地心到外部分別是地核(又可分為內核與外核)、地幔、地殼，還有地球表面的水圈及大氣圈。

 

固體的地殼並不是一個整體，可分為幾個大的板塊，每個大板塊都由多個中小板塊組成，板塊在不斷運動，它們之間存在著擠壓、踫撞和分裂。

 

前面說到的環太平洋地震帶和歐亞地震帶，就是全球6大板塊間的接觸帶，較小的地震活動帶則往往是中小板塊的邊緣。

 

由于我們的地球構造復雜，地球的整體和它的各個圈層，以及每個圈層的各部分都是在不斷運動和變化的，使得一些斷層上不斷地積累應力，當應力大到岩石無法承受時，便在瞬間發生破裂，形成地震，因此地震是不可避免要發生的。

 

人類無法抗拒地震的發生，人類能做的是如何設法減輕地震造成的災害，特別是人員的傷亡，除了要把房屋建築得盡可能好之外，另一個重要的措施是提高地震預測預報的水平，使人們能提前采取預防措施。

　　

地震不管作為一種自然現象，還是作為一種危及人類生命財產安全的嚴重自然災害，都是科學家們分外關心的，從多年前就開始研究。

 

雖然研究工作取得了一定的進展，但與人們的期望相比，還有相當大的距離，這主要因為地震孕育和發生的地球物理過程十分復雜，而人類對地球內部的了解還很不深刻。

 

人們常用“ 上天入地”比喻困難大的事情，人類倒是早就上天了，現代科學能使人類在20世紀70年代踏上月球，現在又發射了探測器在火星上漫步，進行科學探測，能用天文望遠鏡觀測百億光年(一光年將近9.5萬億千米)以外的天體。

 

人們自然會問，為什麼人類卻不能準確地預報地震，是人們沒有很好地觀測和研究我們居住的這個天體——地球嗎？

 

其實不是。

 

人類制造了各種各樣的儀器時刻觀測著地球的運動和變化，研究變化的規律，預測變化的趨勢，甚至是短期的異常變化。與其它天體相比，人類對地球的了解還是最多的。

 

例如人類經過多年的努力，已經可以比較準確的預報天氣的變化。

 

可是，目前的科學水平仍然使人類對地球內部的探測遠不能與對大氣層的探測相比。

 

對地球內部探測得到的變化信息還不足以使地震學家有效地判斷出那些變化與地震發生之間的確切關系。

 

因而，地震的準確預測預報，至今仍是世界性的科學難題。

 

 

印尼海嘯重災去成人間監獄

 

 

印尼海嘯重災去成人間監獄

　　

天文與地震的交叉研究

　　

1966年邢台大地震後，關注地震研究的不僅是地震學家，也吸引了其他有關學科的學者，其中包括一些天文學家。

 

他們基于這樣的考慮，地球是太陽系的一員，它的運動和變化會受到其它天體的影響。

 

例如地球運動和變化的能量主要來自太陽，太陽本身的活動是劇烈的，它的變化就會直接影響地球。

 

又如天體之間的萬有引力可使之產生起潮力，月球距地球最近，太陽雖距地球比月球遠很多，但太陽的質量很大，因此這兩個天體在地球上產生的起潮力也最大，尤其是月亮。

 

起潮力可使地球發生形變並引起物質運動，因此地球的海洋中出現海潮，大氣層中出現大氣潮，固體地球中存在固體潮。

 

同時地球在不停地繞地軸自轉，天文學家早就證實，地球的自轉是不均勻的。

 

如果我們把這些來自其它天體的，以及雖然出現在地球上面而由天文學家負責觀測研究的現象(如地球自轉)，統稱為天文因素，那麼這些因素是否也會影響地震的活動性呢？

 

有人可能認為，地震發生在地球內部，而一些天體距地球那麼遙遠，連距離最近的月球也距我們有38萬多千米，它們怎麼可能對地球上的地震產生影響呢？

 

這是人們在過去幾十年間不斷爭論的問題。

 

其實不經過深入的研究去討論影響的大小似乎是沒有意義的。

 

當我們試圖去逐步認識地震這麼重要的自然災害現象時，人們急于想找到預測預報的方法時，我們不應放棄一切可能的途徑，這恐怕是一些科學家開展天文因素與地震關系的研究並一直為此做出努力的原因。

 

這類交叉研究將有助于弄清天文因素對地震的影響，如果確有影響，那麼天文因素與地震的相關研究也會有助于人類加深對地震活動規律的認識，對地震預測預報研究的進展也將是有幫助的。

　　

早在1926年，我國著名的地質力學專家李四光就提出，地質構造活動與地球自轉速率變化有關，地球自轉速率變化產生的附加應力可以影響地球構造體系的運動。

 

在國外學者的研究結果中，法國天文學家Stoyko在20世紀60年代發現，全球中、深震能量釋放的年均值與地球自轉速率變化存在密切的關系，認為地球自轉速率的變化可能對中深震的發生存在影響，這個結果曾被人們廣泛引用。

 

前蘇聯南部的地震也較多，許多學者也開展這方面的研究。

 

也是在60年代中後期，我國各天文台、大學天文系，以及地震和地球物理界，都有學者開始進行天文與地震的交叉研究。

 

在多年的研究中，內容涉及到︰太陽活動——太陽的電磁輻射會影響地球的磁場；

 

地球自轉變化——可產生影響構造運動的力及在斷層上產生附加應力；

 

日月引潮力變化——同樣在斷層上產生附加應力，等等。

 

同時還發現某些天文觀測方法有可能監測到地震發生之前的信息，例如國家天文台學者發現的地面天文光學時緯觀測在地震前夕出現短期異常波動的現象，對其深入開展研究，有可能使該方法發展成為監測地震預測參考信息的一種手段。

 

國外有學者發現有的射電望遠鏡能在大地震前接收到某種輻射信號，它們可能產生于岩石的擠壓、形變或破裂，這也是值得深入研究的。

　　

因篇幅所限，這裡我們難以羅列中外科學家在天文地震的交叉研究中得到的一些初步結果。

 

目前總的情況是，研究發現不同震級的地震發生的頻次與這幾種天文因素存在不同程度的相關性，而且往往表現出與不同的構造帶或地震帶上地震的相關性存在一些差異。

 

實際上，目前的研究表明，這幾種天文因素的變化導致的在地震斷層上應力的變化比構造應力要小很多，或產生的能量起伏也是較小的，因此這些天文因素的變化不可能去孕育一個地震，它們與地震活動的相關可能主要來自對地震的調制和誘發觸發作用。

 

以日月引潮力為例，有人研究全球地震與日月引潮力變化的關系，發現幾乎不存在什麼特殊的優勢。

 

但若按地震帶分別進行相關研究，則發現地震活動與日月引潮力變化的某些分量或特征存在一定的、甚至較高的相關性。

 

實際上，由于地震活動帶的走向、構造及運動方式不同，天文因素的變化在地震斷層上產生的影響和作用也不同，使得它們與地震活動呈現不同的特征和不同程度的相關性。

　　

在討論天文因素對地震可能產生的誘發、觸發作用時，有些是難以用經典力學的理論去解釋的。

 

我們仍以日月引潮力為例，它在地震斷層上產生的附加應力與構造應力相比小得多，按經典力學的理論解釋日月引潮力對地震活動的影響就面臨困難。

 

但國外有學者研究發現，日月引潮力在斷層上產生的潮汐應力的變化率卻比構造應力的變化率約大兩個量級，這有助于解釋日月引潮力對地震可能的觸發。

 

按耗散結構理論，一個“小擾動”可使系統發生“巨漲落”，可引起劇變，從而使天文因素觸發、調制地震活動的可能性有了物理基礎。

 

我們或許可以設想，當地震孕育到即將發生的時候，某個或某些天文因素的變化，如同壓垮駱駝的最後那根稻草一樣，對誘發和觸發地震起到了一定的作用。

　　

 

未來前景展望

　　

目前全球的地震預報水平都很低，相比之下，中國的水平還是略高的，這是因為自1966年河北邢台大地震後，黨和政府號召有關科學家加強地震活動性及預報的研究，中國學者不斷開展深入研究的結果。

 

有些或多數國家的地震學者往往只研究地震的活動性和發生機制，很少或根本不涉及地震預報的研究。

 

最近看到互聯網上登出《南方周末》記者翻譯的美國地質調查局對地震常見問題答疑的文章，其中回答地震預報問題時說到“在可預見的未來他們(指地震學家-作者注) 不知道如何預報，並且也不打算知道”。

 

筆者不完全贊同這樣的觀點。是的，地震學家解決準確預報地震的問題可能還需要比較長的時間，但是，如果沒有一批“打算知道”和渴望探知如何預報地震並致力于地震預報研究的專家，如何能呼吁社會更加重視地震研究和加大對此類研究在物力和人力上的投入，如何能為地震預報難題的解決打下更好的基礎，積累更多的知識，培養出更多的研究人才。

 

科學難題是需要許多人的努力逐步解決的，解決了難題的“巨人”需要站在前人的肩膀上才能登上成功的台階。

 

如果人們不在地震預報這個科學難題上一代接一代地下功夫攻剋，那麼它在相當長的時間裡將仍然是個科學難題。

 

可以說，中國的地震學家及有關的科學家知難而上，認真研究這個難題，是中國的地震預報水平處于世界前列的主要原因，相信他們會給這個難題的解決作出更多重要的基礎性工作和更大的貢獻。

　　

就天文地震的交叉研究來說，目前已經取得了一些有意義的初步結果，但許多工作還主要是探討它們之間的相關規律，涉及的範圍和內容較廣泛，但還缺乏系統性，物理機制的研究雖也在進行，但尚不深入。

 

特別是某些相關現象還難以用經典物理學的觀點圓滿地作出解釋，這需要非線性科學的幫助。

 

自然科學研究要以人為本，以人類社會和人類文明的發展與進步為本，天文學也應如此，除了對宇宙的探索，與人類的生存和發展有密切關系的應用研究工作也要積極開展。

 

在天文學與地震的相關研究中，我們不期望單靠天文學來解決地震研究和預測中的重大問題，但天文學家與地球科學家聯合開展天文與地震的相關研究，對深刻認識地震的活動規律、促進地震研究和預測的深入發展將起到一定的積極作用，而且一些初步結果也已顯示了該研究的意義和前景，值得繼續進行下去。