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科幻中的科学预报、消震与防护——大地传奇(25)

时间: 2024-10-23 12:27:55 |   作者: 压力试验机


  

科幻中的科学预报、消震与防护——大地传奇(25)

  1976年7月28日,唐山大地震给半个中国带来惨重损失,也激发了中国科幻作家创作出一大批反映地震预报的科幻小说。《2001年唐山大地震报告》就是这里面典型的一篇。当然,未燎、章以武的这篇小说创作于1978年,“2001年”还处在他们的想象中。

  唐山市某县一中教书的周华是个地震迷,业余时间钻研地震预报技术。一天,他和科教办的领导说,估计遮浪岛会发生浅源地震。领导不相信他的预报,周华决定去遮浪岛实际调查。地质工作者李震支持他,与他一起来到岛上。他们无意中引爆了一个废弃的地下弹药库,大爆炸提前诱发了地震。

  2001年,周华已经升任唐山地震台台长。这年,许多国家都预报唐山会再次发生大地震,然而唐山地震台却不发出预报。国家科委派李震去调查情况。

  2月7日这天,李震和记者们被请到预报中大地震的震中玳瑁岛,周华在那里宣布了地震发生的时间。在那一刻,大家只感觉到小小的晃动。周华对大家说,他们已在断裂带上引爆了超小型核武器,释放了积累起来的地震能量。同时,他们还在研究用地震波发电的技术,让这种破坏性的能量为人类服务。

  准确的一直是地学家的梦想。值得称道的是,人类历史上唯一一次成功预报7级以上强震,就是中国人完成的。

  1970年,全国第一次地震工作会议召开期间,地震专家根据统计分析,认为辽宁省沈阳、营口地区有几率发生大地震,并将其确立为全国地震工作重点监视区之一。1974年6月,国家地震局又召开华北及渤海地区地震趋势会商会。与会代表认为,渤海北部地区一两年内就会发生5~6级地震。

  这是对海城地区发出的中长期预报。在这段时间里,当地一些水库纷纷加固了堤坝,有的化工厂对有毒易爆物品进行特别处理。最重要的是,在这个历史上地震并不常见的地区,民众对地震缺乏精神准备。当地政府突击进行了大量地震知识宣传,提高了居民的警惕性。

  1975年1月下旬,辽宁省地震专家已经估计该年l~2月份,辽东半岛南端会发生6级左右地震。2月1日开始,营口、海城两县交界处发生一系列小震,各种与地震有关的不正常的情况不断发生。2月4日0点30分,辽宁省地震办公室终于发出,并于当天6点报告给省政府。上午10点30分,省政府用电话向全省发出。

  当时不仅没有互联网,电视也没有普及。许多地区靠广播车上街进行宣传。有的电影院贴出布告,声明由于有几率发生地震,电影将搬到露天地放映。当地工厂停工,商店停业。基层干部沿街巡逻,把回到屋子里的人劝回到大街上。一切都在为临震作准备。

  晚上7点,营口县(现为营口市)礼堂正在举行军民联欢会。主持人接到地震预报后,临时取消文艺表演,让几千人离开会场。半小时后地震便发生了。

  在海城地震的前后,中国分别发生了邢台地震和唐山大地震,死亡率为14%~18%。按照这一个比例,如果没有成功预报,海城地震将造成约5万人死亡。实际死亡只有2000多人,其中32%死于震后火灾、冻伤等次生灾难。直接死于地震的仅1300人。当时正值冬天,户外十分寒冷。一些人在大街上呆了半天,发现没地震就回屋取暖,结果遇难。若不是这样,死亡人数还会更少。

  由于有预报,附近驻军已经处在高度警备状态,地震后才10多分钟,便有部队进入灾区。震后3小时,军队已经将重伤员基本收治,震后10天当地就恢复工业生产。

  这次地震预报是依据“小震闹,大震到”的规律完成的,然而这只是一部分地震的情况。一年后,唐山大地震在没有前兆地震的情况下突然来临,造成惨重伤亡。从那以后到现在,世界上再无一例7级以上地震获得准确的。

  王晋康写过许多飞舞在星际背景下的宇航科幻,以至于人们忽略了他曾经是南阳油田的一位工程师。虽然本人不是地质专业出身,但所在企业却是“修理地球”的。在科幻小说《临界》中,王晋康回到他的工作领域,描写了人类预报地震的艰难历程。

  解放前,文家二少爷文郁选择作地质工作,从此成为一位卓越的石油勘探专家。1976年,文郁参与了唐山大地震救灾工作,亲眼目睹地震给人类造成的巨大灾难。由于他的主业不是地震预报,所以最终选择提前退休,投入全部精力研究这个尖端领域。

  文郁决定发明一套计算方式,通过演算来推导出地震的规律,进而作出预报。专业技术人员认为他走火入魔。然而文郁坚持走自己的道路。

  1990年,北京即将举办亚运会,文郁却从自己的公式里推导出北京郊区昌平县(现为昌平区)即将发生7级以上地震。文郁向有关部门提交了报告。他的孙子文吉光从祖父的电脑里得到演算成果,也大为震惊。虽然有关部门没有认可文郁的预报,但文郁和妻子,孙子孙女一起,经常练习地震逃生术。

  1990年9月22日,北京昌平发生4级地震,文郁所预报的大地震并没发生。又过了十几年,文郁已经去世。孙子文吉光留学回来,加入国家地震局。他拥有祖父不曾拥有的研究条件,并利用这些技术检验了祖父的计算方式,认为它只能计算出长期、中期的地震趋势,永远无法作出。

  又过了100多年,中国已能钻探两万多米的超深井,并且把大量高爆炸药埋设在地下,进行人工消震。这曾经是文郁提出的一套方法,用小型人工地震消解可能引发大地震的能量。人们因此永远纪念这位前辈。

  在小说的最后,王晋康亲自作了注释—无法作出短期和是西方地震学家的理论,他对此不作评述。当然,中国一些地震专家也有这种看法。1997年3月,美国《科学》杂志上刊登R•J•盖乐的文章,认为准确的永远不可能实现。这对中国地震学界影响很大,一些长期得不到成果的地震预报工作被取消。这一决定是不是正确,还有待实践证明。

  小说里描述了中国地震灾难的严重程度:整个20世纪中,全世界超过一半的地震灾难死者出现在中国。1949年以后,中国因地震造成的死亡人数超过其它自然灾难的死亡人数总和。也正是在这种强烈损失的刺激下,地震预报在中国地学界一直倍受关注。

  在小说中,文郁暂时忽略地震的实际物理表现,用纯粹数学方法预报地震,这是一些地震预报专家的研究方向。作者以中立态度来描写他的工作——既有成绩,又没有实质性的突破。实际上,数学方法是不能离开真实观测的。自然规律怎么样转化成数学模型,要有大量观测资料作保证。观测资料不足,连这些公式都建立不出来。

  公元2世纪,托勒密建立了地心说,直到1400年后,才被哥白尼的日心说代替。其实,地心说和日心说就是两套计算行星运行规律的公式。为什么托勒密没有建立日心说?是不是哥白尼的智商比他以前的天文学家都高?并不是这样,重要的条件在于托勒密时代天文观测精度不够。通过地心说报预测的天置,很久都不超过实际位置2度,所以天文学界都认可它。天文观测一直积累新资料,就这样积累了1000多年,由地心说计算出的行星位置与新资料的差距慢慢的变大,它才被新公式所取代。

  “”是科学家的工作,他们负责找到震中、震级和发震时间。“地震预报”则是政府部门把科学家预测的结果公布给社会,并采取一定的公众安全措施。政府部门要不要进行地震预报,要依据各种因素进行权衡。

  在电影《10.5级大地震》中,地震专家苏姗和州长之间的矛盾就体现了“”和“地震预报”的关系。苏姗已完成了,确定震中在旧金山。而州长并不认同她的预测,不向全社会发向,导致旧金山出现重大伤亡。

  其次,舆论中说的“地震预报”其实是指“”。也就是说要精确到“哪天、何地、多大”。

  在地震学上,地震预报包括长期预报、中期预报和三种。地震专家早已经能进行长期预报。比如我们大家常常能够正常的看到这样的新闻—“洛杉矶未来X十年内会发生强震”、“东京未来X十年内会发生大震”、“德黑兰受大地震威胁要迁都”。这些都属于长期地震预报。

  某个断裂带上地质变化的能量需要几十年甚至几百年的积累,最后在几十秒的爆发中形成地震。这个长期积累的过程是可以观测到的。各国地震部门都在作这样的观测,以往地震的记录也提示着未来地震的可能性。

  然而,对于人口密集地区来说,“未来几十年”、“未来几年”这样的预报都没有实际意义。成千上万的人不可能天天住在街上,等着地震到来的那一天。人们需要的是,至少象海城大地震那样准确到某天。而这样的预报科学界还无法准确作出。

  地震可以预报,说的是人类能够最终靠不间断地积累对地质变化规律的认识,最终达到准确发出的水平。这种观点认为地震不是一个无规律的偶然现象。然而人类何时能实现,现在还不清楚。直到今天,世界各国地震专家都还未达到准确的水平。

  回顾天气预报史,我们大家可以看到同样的漫长过程。最初,古人只呆在自己的一亩三分地上观察天气,只能积累一些简单经验。后来有了气象站,再后来有了跨国界的气象组织,并且可以用电讯手段传递远方的气象资料,气象预报才有可能。

  1884年6月1日,日本气象厅发布了该国有史以来第一次天气预报。内容是“全国风向不定,天气易变,不过下雨的可能性更大。”从那时到现在,经过100多年的积累,特别是气象卫星上天,向人类传回气象云图,我们才能得到未来几天的天气预报。即使这样,半年、一年的天气预报仍然做不到精确。

  人类对地震的预报过程与天气预报很相似,只要积累到足够的地质变化资料,那么就能作出准确预报。但反过来,这个过程要多久,地学家自己都还不知道。因为探测地下远比观察天空更困难。气象站在中国已经深入到镇一级行政单位,全国多达数万个。而地学家直接从地层深处获得数据的设备,连气象站的零头都没有。即使浅源地震,震中也往往达到几十千米下面。目前科学家还只能通过从地表测到的地震波对大地深层活动进行间接观测。这就象用脑电图观测大脑活动情况一样不精确。

  地震预报是预报尚未发生的地震。而地震预警则是监测到远方已经发生的地震。地震波在地壳内的传递速度大约每秒为3000米,远远慢于电信号。利用这两个速度之间的差异,可以给震中较远的人提供十几秒以上的预警时间。这个时间可以让很多人跑到空旷场地。

  日本于2007年10月1日建立了紧急地震速报系统。一旦某处发生地震,不需要政府部门批准,地震仪直接启动报警程序。在那以后,日本发生了3次地震,该系统均未能准确速报,导致一部分人怀疑该系统是否有作用。

  在2008年6月14日上午8点发生的岩手县地震中,该系统在一部分区域由电视等媒体发出地震预警,这是人类第一次实现地震预警。

  还有人以为西汉张衡发明的“地动仪”就可以作地震预报,甚至觉得现代人还不如古人聪明。张衡的地动仪未存实物,根据古籍记载,它其实是一个地震仪,也就是记录远方已经发生的地震的仪器。其作用是判断地震的大体方位。今天地震学家已经拥有了更先进的仪器,但这和地震预报是两回事。

  那么,在现实中,科学家都用哪些手段来预报地震呢?首先进行地震统计,即历史上哪里发生过地震,发生过多大的地震。现在科学家对全球地震高发区的分布已经有了详细的图表。地层不是平均分布在地球表面的,一些地方每隔数十年便会发生一次大地震。在有关地震的科幻片中,我们经常能够正常的看到科学家出示断裂带的图表,那就是地震统计的结果。

  其次是进行地震地质观测,主要是对断裂带进行观测。不过,人类可以把气象气球放到平流层、电离层,取得那里的实际数据。现在还不能进入断裂带深处。所以主要是在地表间接观测深处的情况。

  再次,地震发生前会有一些征兆,包括地磁变化、大地电阻变化、动物行为异常等。震前几分钟到几小时内会有地声、地光等现象。这些都有助于预报地震。不过,大量收集各种地震前兆,需要很多人力物力,并非几个地震学家就能够实现。20世纪70年代中国曾经有针对地震的“群防群测组”,用各地群众的肉眼观察来弥补仪器设施不足。海城地震的便是汇总了各地观察结果后得出的。

  对于人类最终能否预报地震,笔者还是抱着乐观态度的。随人类对地球深层运动资料的积累,预报的时间会慢慢的短。当预报准确性接近到某些特定的程度内,比如时间不超过一两天,震中距离不超过20千米,那么就已经有了实用价值。毕竟我们并非需要准确到几分几秒的预报,几个小时的预警就足够了。

  预报之后怎么办呢?在现实中,人们只有暂时中止社会经济生活,躲到外面。在上述科幻作品里,作家们还设想了一种方式,就是在地震发生时用爆破消减它的威力,使其无害化。在电影《10.5级大地震》中,地震专家就尝试用核武器消减大地震。不过在那部电影里,这种方法是临时抱佛脚,事先没有规划。而在星河的小说《动如脱兔》中,爆破消震是它的主题。小说中形容大地在平常“静如处子”,而“动如脱兔”就是地震时的场面。

  一晃,唐山大地震过了70多年。中国由地震平缓期进入了地震高发期。地震专家杜晓林一直在构思爆破消震方案。在地震发生时,在它传播的道路上引爆一系列炸点,将它的振动迭加到最高,提前释放能量,以保护重要地区免受其危害。这个类似于水灾中泄洪的设想太过大胆,无法通过正常科研课题申报渠道获得经费。杜晓林便承担了该市地下工程爆破的任务,以便在爆炸时记录各种数据,做多元化的分析研究。这一个项目就被简称为“地爆”。

  电脑专家李可鲁也参加了“地爆”项目。他不懂地震学,只是根据项目组的资料设计统计演算程序。工作忙的时候,他就带回家进行运算。儿子无意间发现了程序中的漏洞,认为爆破并非只能令地震能量衰减,在某些条件下也会放大地震危害。

  李可鲁马上向上级提出警告,正好杜晓林准备搞一次威力巨大的“地爆”实验,项目组负责人及时中止了这次实验。杜晓林认为负责人不懂专业,竭力推行自己的实验。由于国家地震局发布中期预报,称最近附近会发生强震,杜晓林的实验终获通过。

  然而就在实验进行中,杜晓林意识到巨大爆炸会影响到青藏断块的延长线,在本市造成强烈的人工地震。引爆时间即将来到,杜晓林和李可鲁都无法赶过去中止实验。李可鲁的妻子夏菲菲正好驾车路过现场,他们只好通知这位外行改变实验数据。在爆炸发生前的瞬间,夏菲菲爬上铁塔,完成了任务。

  这篇专门描写地震的科幻小说,运用了丰富的地震学知识。人工爆破消震可以看成是人类控制地震的远景技术。它和人工制造地震殊途同归。在未来,当人类已经掌握地震规律后,可以化剑为犁,提前将无用的核武器埋在特定位置。若发生地震就引爆它们,或改变地震波的走向,或者衰减地震波的强度。

  小说里有一段对张衡那台候风地动仪的精彩描述,专家和观众在它的模型面前讨论其工作原理。说起来,这台地动仪本身在将近2000多年前就是科幻般的事物,而历史上人们对它的探索更是一个漫长的过程。“候风地动仪”的故事早就进入中学教材,任何一个中学毕业生都对它耳熟能详。然而围绕着它仍然有许多谜团。

  有关“候风地动仪”的记载,仅仅有《后汉书·张衡传》里的196个字。仪器本身在1700多年前失踪。后来,北齐的信都芳和隋朝的临孝恭都制造过地动仪,并写下制作的完整过程。然而无论是实物还是文字都已经失传。

  在漫长的中世纪,中国各个朝代的中央政府均未复制过该仪器,而同样由张衡建造的浑天仪,历朝历代却都有制造,并且有改进。这从一个侧面说明,后世学者对地动仪的作用是有所怀疑的。因为历代中央政府的一个重要任务就是救助灾区。而这个记载中的地动仪的最大的作用,就是帮助中央政府在首都预知啥地方发生了震灾。

  一些当代学者也对这台地动仪是不是真的存在产生过怀疑。按记载,地动仪记录到洛阳500千米外的地震,以至于当时好多人怀疑它是否有用,几天后快马传报才得到证实。当代有些学者觉得,汉代的技术能力制造不出灵敏度如此高的仪器。

  不过,这些学者可能忽视了一个条件:古人也远远不象今人这样频繁制造着大量人工地震。如今建筑施工工地的打桩机、大型车辆驶过都能在附近产生震动,更加不用说汉代连火药都没有。那是一个安静的时代,地动仪“聆听”到那么远的地震并非不可能。

  到了现代,各国科技史专家都想根据这一段记载复原实物,一共制造出13种模型。中国历史博物馆里就有一台候风地动仪模型,然而它只是演示模型,只有传说中地动仪的外观,并无机理。不能感知附近的地震。

  不能造出一台真正能感知地震的地动仪,一直令中国学者耿耿于怀。最初,人们根据“中有都柱,旁行八道,施关发机”的记载,认为地动仪里面有一根直立的柱子,遇到震动会向一个方向倾倒,触发相应机关。不过多次实验后,没有证明这个“直立杆原理”可行。

  后来,一些学者提出“垂悬摆原理”,认为在地动仪的盖子上悬着一个摆锤,地震波传过来,摆锤倒向一方,触发机关。中国地震局冯锐研究员历时7年,以“垂悬摆原理”成功建造了一台地动仪,目前在上海科技馆展出。

  然而这一成功并未结束有关地动仪的争论。有有经验的人指出,“垂悬摆地动仪”固然可以监测地震,但它恐怕只是当代专家的创造,而不是张平衡当年那台仪器的原理。若使用“垂悬摆”,那么文字记载里那些机关就成了摆设。

  星河在小说里也提出设想,认为地动仪内部有根柱子深入地下,且有复杂的机关感知地震波,而失传的正是这部分。

  有关候风地动仪的话题还会争论下去。现在一些媒体称它是世界上第一台地震仪,概念也是错误的。地震仪需要监测到震中、震级和地震时间三要素,候风地动仪只能测到地震的方向。准确地说,它是世界上第一台针对地震进行研究的仪器。

  不过,这台地动仪的基本思想—地震是一种传导的波—在2000年前却是遥遥领先的认识,这是无可置疑的。

  在现实中,预报地震还暂时做不到,对于地震而言,人类主要精力放在抗震上。也就是最大限度减少地震的损害。

  防震抗震也是中国科幻作家喜欢选择的题材。在王亚法创作的《小城风波》中,科学家发明了AY-93涂料,将它涂在墙上,使建筑物可以抗8级以上地震。

  2010年9月5日凌晨,新西兰南岛克赖斯特彻奇市遭遇7.3级地震。仅有一人因恐惧导致心脏病突发死亡,被认为不能算在直接伤害中。这是人类历史上第一次没有死亡的7级以上大地震,给全世界展示了人类抗震工作所能达到的水平。

  就在2010年1月,海地太子港发生同样级别的地震,死亡达30万人。9月5日凌晨6时,睡梦中的克赖斯特彻奇市居民被地震摇醒。大量新建的木板房屋都没有倒塌,倒塌的多是老旧砖房。由于伤亡很小,当地社会秩序井然。当天上午,一位在当地上班的华人女孩打电话到公司,发现公司居然还有人在上班。上午10点,恢复最快的地方已能供电。次日,全市大部分地区都恢复供电。

  地震发生后,国际社会曾准备提供救援,被新西兰政府谢绝。他们声称,自己完全有条件应付地震灾难。

  在《指环王》里,我们领略了新西兰那高峻雄伟的山峰,那也是板块撞击的结果,说明新西兰有非常活跃的地质活动。新西兰遍布火山,历史上多次遭受7级到8级大地震,海啸也不时光顾这个边远岛国。

  为了应对灾难,当地政府制定了严格的建筑防震标准。其中最特别的是强制给建筑加上减震装置,用含铅橡胶垫将建筑与地基梁隔开。地震发生时可以大幅度减小水平摇动。

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