五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】纪念唐山地震三十周年(0)--引子 -- 奔波儿

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家园 【原创】纪念唐山地震三十周年(0)--引子

公元一九七六年七月二十八日,北京时间临晨三时四十二分,在河北唐山发生里氏7.8级地震。震中位于北纬39.43度,东经118.15度,震源深度为地下16公里。地震共造成24.2万人死亡,16.4万人受重伤,仅唐山市区终身残废的就达1700多人;毁坏公产房屋1479万平方米,倒塌民房530万间;直接经济损失高达到54亿元。

那年的夏天,我还是一懵懂的孩童,在距离唐山三千里之外,洞庭湖边的一个小村庄,陪着外公外婆。那应该是我刚开始记事的日子,只记得村子里有一汪终年不涸的荷塘,塘边有一口井,井台用青石铺就,我每天晚上都陪着小姨躺在井台上,据说是怕地震震塌了房子。看来,当年唐山地震的影响可谓是波及全国,让全国老百姓都人心惶惶的。

当时,年纪小,不知道怕,只觉得天天睡在井台上挺好玩的,而且那大青石板,凉快的很,能看天上亮闪闪的星星,又能听取蛙声一片。全没想到,自己在若干年后,居然就和地震这东西干上了。

关键词(Tags): #读书笔记# 唐山地震元宝推荐:四月一日,海天,不爱吱声,闲看蚂蚁上树,

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家园 呵呵,谢谢。

俺不知道该按科普文章来写,还是科普为辅,叙事为主来写。写惯了论文的那种八股笔法,按别的法子走,怪别扭的。

家园 【原创】纪念唐山地震三十周年(1)--俺是怎么上了“地震学”这条船的?

读高中的时候,有一铁哥们儿,家是地质队的。他的父亲是一位印尼归国的华侨,大学时期,是校游泳队长,手下有一女队员,一北京姑娘,虽然是不同系不同专业,但游泳池里天长日久,自然暗结情缘。转眼大学四年过去了,和当年的大多数父辈一样,我这伯伯志愿去祖国最需要的地方,来到了秦岭脚下的这个地质队,常年累月在深山老林中踏勘。一年以后,北京姑娘也毕了业,留京工作,但她却放弃一切,跑到秦岭深山中地质队的营地里,与伯伯共结连理,并留在了地质队。现在,老俩口儿都已头发花白,退休在家,但还保留着年青时期的爱好,每周都会一起去泳池里游上几个来回。

那时,我这哥们儿的父母就是俺的偶像,俺数理化都还不错,又特别喜欢地理,就向我伯伯伯母请教,将来应该学什么--“那还用说,地球物理啊”,好,咱就奔着这个上了,自此后,这就成了自己一生为之钻研的东西。

地球物理,就是用物理方法研究地球以及其它星星的学问,而其中最大的一块就是地震学。翻开任何一本《地震学》教材,开篇都会宣讲一番我家祖上的一位牛人,就是东汉年间发明“候风地动仪”的那位张衡。不过令人扼腕叹息的是,自此后,就再没有中国人的名字。

“候风地动仪”到底是什么样子的?没有人见过实物,哪怕是草图,后人所造的所谓的“候风地动仪”所参照的依据不过是《后汉书·张衡传》那一百多个字儿。具体是什么机械原理呢?不清楚,写《后汉书》的范晔毕竟是一个文人,他的笔下是不可能出来一篇机械学或者地震学的学术论文的,可叹张衡自己也没有留下相关的文献资料。

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但有一点可以肯定,该仪器应该是基于地震波传播的基本特征的。地震学的基本理论是“波动方程”,这是一个完美的泊松方程。地震发生以后,会形成三种波,即压缩波(纵波)、剪切波(横波)和面波,这三种波都是矢量波,因此可以根据其速度值、方向性和到达时间判定震中的位置和震源深度,以及计算出发震时刻;利用地震记录上的最大振幅,套用统计公式,就可以计算出相应的震级;如果再利用地震波形资料,就可以利用波动方程计算出该地震的震源机制,即该地震的物理模型。

记得曾有这样一种说法,说中国古代只出“能工巧匠”,却没有一个真正的“科学家”,唉,不好说对也不好说不对。

家园 顶,花
家园 【原创】纪念唐山地震三十周年(2)--什么地方会发生地震?

大家都听说过“沧海桑田”这个成语,它反映了我们脚底下的大地是处在不断的升降(垂直运动)和漂移(水平运动)中的,而这种变形会产生应力能,当能量积累到一定程度的时候,就会在地壳的薄弱地段释放出来,这就是地震。

一般说来,地球是由地壳、地幔和地核组成的。地壳以及上地幔顶部的部分又组成了一个刚性的层,称为“岩石圈”,地震都是发生在这一圈层的。其下是软流圈,物质为粘塑性,是不会发生地震的(唉,写着写着,又写成了八股文体)。

全球的岩石圈是由太平洋板块等七大板块和六个小板块拼合而成的,第一个提出“板块理论”的大牛并不是一位地震学家或者地质学家,而是一位气象学(也可算地球物理学的一个分支)家--魏格纳(Wegener)。有一次该大牛生病住院,每天没事儿,就只能盯着墙上的世界地图出神,看着看着,灵光乍现,这南美洲和非洲怎么正好可以拼在一起啊,再看别的,也能拼,出院以后,他就提出了在地学史上划时代的“板块理论”。魏格纳爱好冒险,为人重义轻财,在1930年冬天一次率队在北极探险,手下一名队员走丢,他亲自前去找寻,当找到该名队员以后,因其劳累过度,引发心脏病,于11月1日正好是他50岁生日那天,在科考营地与世长辞。俺导师经常拿他作为榜样,教育俺们诸弟子。

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说了半天“板块”,该回到“地震”上来了。板块交界的地方,容易发生碰撞,因此是应力能量最容易聚集和释放的地方,当然也就最容易发生地震。全球的地震,95%以上都发生在两个地震带上,即环绕太平洋板块的“环太平洋地震带”,以及夹在欧亚板块和非洲板块及印度洋板块间的“喜马拉雅--地中海地震带”。

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中国地震发生最多的地方主要是在三个省,云南、新疆和台湾。印度洋板块和欧亚板块一直在那儿顶牛,牛犄角的位置就是云南和新疆哈什,所以那儿一天到晚地震不断;而台湾呢,则是菲律宾板块的一个小犄角和欧亚板块顶牛的位置。

按说,中国内陆大部分地区,尤其是东部地区都处于板块内部,可怎么还会有唐山地震这种大地震呢?这是因为一个大的板块本身也不是铁板一块,地球诞生至今也折腾了46亿年,再结实的东东也会有裂纹。石板或者钢板断裂都是在其最脆弱的裂缝部位,板块也一样,而这种裂缝在地质学上称其为“断层”。很不幸,唐山地区正好位于华北地区较大的两个深大断裂--宝坻-昌黎断裂和沧东断裂的十字路口,这儿的地震因此非常多。

未来唐山地区还会不会发生大的地震呢?震级越大,说明地震释放的能量越大,而要想积聚如此高的能量,在板块内部地区是需要很长一段时期的;另外,大的地震发生以后,该地区的地壳结构非常破碎,反而不容易聚集很高的应力能,因为一系列破碎地段都会发生一系列小的地震,从而不断释放能量。如此一来,唐山地区再发生大地震的几率非常小。

家园 双宝花

才知道地球物理是什么意思。

波儿奔不出来互搏一下?

恭喜:意外获得【西西河通宝】一枚

谢谢:作者意外获得【西西河通宝】一枚

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家园 好文. 感觉放到科学探索版更好
家园 花催下文——
家园

好文

家园 【原创】纪念唐山地震三十周年(3)--地震是可以预测的吗?

  记得进P大读研的时候,头一年是基础课,整天都忙着在若干教学楼和食堂、图书馆以及46楼(某人笔下著名的47楼之隔壁)之间窜来窜去。那时候,海龟们还没有上岸,而俺们又正好碰上了文革贻害造成的断层,也就是老的退休了,年轻的还没有上来。头一年,大家都没有确定论文方向,平常功课之外,就是狂读中外文献和论文,每过上两、三周,开个小型学术会议,探讨一下自己的读书心得。

  俺本科做毕业论文的时候,偷懒,攻的是最简单的重力学方向,所以对地震学不是很上心。来P大读书,胡乱翻书,走的也是简单路线,读的大都是绕开波动方程的所谓“地震预测”方面的文章。导师见状,提醒我说“那就是玩数字游戏,万不可耗费太多时间”,俺当时年轻,听之大不以为然,毕竟这么多国内期刊发表的论文都是相关文章,更何况“地震是可以预测的”是俺们敬爱的周总理说的。

  这一读,就是差不多一年,记录了若干读书卡片,忽然有一种大彻大悟的感觉。地震的物理机制至今尚无定论,虽然有一个矩张量模型可以模拟地震发生时那一刻的过程,并得到相应的理论地震波形。可地震的孕育过程,至今为止还是一个迷,因为这涉及的过程实在是太复杂了,而这一过程正是地震预测的症结所在。

  天上的云的运动,大家肉眼就能观测到,一片乌云漂过来,大家都敢预测一把说“一会儿就得下雨”;再加上满天的气象卫星,把什么温度、气压、湿度等资料不断实时传来,再根据很多基于流体力学等现成公式,就能准确地测算出天气的变化。可地底下到底是什么样子的?咱们总不可能把大地都给刨开吧?就算您能刨?这地壳下面可就是岩浆,您就不怕烧着您?

  相对于头顶的天空,我们对自己脚下的大地是无法直接观测的,绝大部分知识都是间接来源于地震波,少部分直接观测是钻探结果,但相对于地壳34公里的平均深度来说,决大多数钻井(主要是石油钻井)顶多也就三、四公里,最深的钻井是前苏联在贝加尔湖的科拉半岛打的,也只12262米(中国也在江苏东海打了一口5158米的探井)。仅仅凭这点有限的资料,要想了解地球特别是地壳的结构,那是根本不可能的。

  既然不能从物理机制上对地震进行模拟和预测,那就把地震的发生当作一个时间序列来处理吧。这是另外一个思路,著名地震学家Beno Gutenberg和Charles Francis Richter提出了Gutenberg-Richter公式,即地震发生的频率(N)与震级(M)的关系为N=log(a-b×M),其中,a和b均为大于0的常数。这一公式说明,震级越大,地震发生的频率就越小。

  玩过数字的都明白,总是能找到各种各样的统计公式的,但这样的统计结果的指导意义往往有限。记得当年上统计课,开篇那数学老师就讲“There are three kinds of lies: lie, damn lie, and statistics.”。

  当然,有人会说“时间序列总能找到个周期什么的吧?”。但地震孕育过程是一个强烈的非线性过程,根本没有固定的周期,更何况大的地震的所谓周期都是几百上千年的,而人类真正科学观测地震的历史不过一百余年。要想对一个时间序列信号进行周期预测,至少要观测两个周期以上,才能做出判断。

  另外,如果要想预测地震,有三个要素必须明确,即:地点,时间和震级。如果你不知道地点,光说“明天要发生地震”,可到底是哪儿呢?是北京市还是爪哇岛?没有意义;同样,你光说“北京要发生地震”,可是什么时间呢?你说“明年”,可总不能让老百姓一年时间都提心吊胆过日子吧?还有震级,一般小地震(比如说矿山或者采石场爆破)震级非常小,对人们生活根本没什么影响,你总不能一天到晚发布这些所谓的地震信息吧?

  有人会说“那海城地震怎么预测出了?”。是啊,这好比打靶,再臭的枪手,超着靶子打它100枪,也能蒙上1枪,可不能每次他一开枪,俺们就说“打中了,打中了”吧?那还让人活不活了?

  “九一一”发生以后,曾有不少参议院抱怨说中情局早就有人报料可能会有恐怖袭击,可是什么“时间”,什么“地点”,什么“程度”,不清楚,而且这样的报料天天有,日日有,作为政府,它不可能也不能够天天发布恐怖袭击警报,估计那样美国经济早就崩溃了。

  地震发生前是否会有前兆呢?比如说半夜鸡飞狗跳?地下水位上升?

  在地震孕育的物理机制没有弄清之前,说什么“前兆”是非常不科学的。比如说你家隔壁老王家半夜鸡飞狗跳,那搞不好就是来了偷鸡贼。地下水位的变化,更是没谱,下上几天雨,水位自然上升,大旱数日,水位也会下降。至今为止,尚没有一种所谓的“地震前兆”是准确或10%以上对应出每一次地震的。从信号分析的角度说,就是背景噪声实在太大,远远强过信号本身,而这信号本身的规律又没有摸清,因此根本无法预测信号。

  “地震预测”至少在目前来说,是根本不可能的。但随着人类观测手段的进步和地震资料的丰富和积累,也许将来能在一定程度上做出预测。

  插个题外话,俺说“某某地明天不会发生地震”,呵呵,这也算是“地震预测”吗?有句话说“世上所有的争论都来自于定义的差别”。

家园 不错,预测是容易,可是要准就难了
家园 貌似四十六楼四十七楼都不在了

P大西南角修了一水儿新楼

家园 有个疑问

报道说唐山和邢台地震之前都有过预报,这两次预报是依据什么呢?

家园 请详细说明出处,谢谢

呵呵,否则,找不到靶子,咱无法说明。

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