地震学家整体到底在做什么?
既然短临地震预测至今还有相当大的困难,那么,地震学家又在做什么呢?地震学家又有什么用处呢?
概括起来说,地震学家正在做四件事。
第一,尽管那种我们通常理解的,可以给出确切的时间、地点、大小和发生概率及它们的范围的地震预测是非常困难的,但是“退而求其次”的预测,却不是做不到的。这种情况就好像一座房子,我们虽然不知道它什么时候倒塌,但却可以用很可靠的方法,确定它是否已经非常危险,不适于居住。直接导致它倒塌的原因,可能是一次风雨的袭击,也可能是一只鼹鼠的破坏,甚至是某人无意地踢它一脚,但是它注定要倒塌,却是无疑的。地震学家现在有很多方法来进行这样的估计,即某个比较大的地区(比如河北省北部),在某段较长的时间里(比如10年内),可能发生多大的地震。这种预测对于建筑和工程的规划是非常有用的,像地震学家编制中国地震烈度区划图,就是一种“退而求其次”的预测,它为防震减灾提供了重要的基础资料。
第二,地震本身带来的伤亡比较小,造成更大的伤亡的,是地震引起的建筑物的破坏。建筑物破坏的主要原因,一个是在地震时出现的地基的物理化学变化,另一个是地震波造成的地面运动。对于这两个问题,地震学家都有比较深入的理解。地基的变化主要取决于当地的结构,而地面运动主要取决于地震波的传播。地震波在地球内部的传播规律比较复杂,地球内部的非均匀性可以造成地震波的“聚焦”。因此,同样一个地震在某些地区注定会造成更大的破坏。比如:1976年唐山地震时,北京东部廊坊地区的破坏就比周围的其他地区大得多。究其原因,是因为地震波在这里出现了“聚焦”。工程结构的特点是,它们通常对某些类型的地面运动最“敏感”。比如传统的民居特别“害怕”高频地震加速度,而立交桥更容易受长周期地震位移的破坏。把这些规律搞清楚,以后在建设中,即使再遇上大地震,无论地震预测成功与否,伤亡和损失也会大大地降低。
这个领域,实际上是三类专家在联手攻关。地震学家的任务是,搞清楚一个地区在一段时间内发生地震的概率有多大,搞清楚万一地震发生,某个地方会出现什么样的地面运动。工程地震学家的任务是把地震学家的信息作为“输入”信息,搞清楚建筑或工程结构是怎样被这些地面运动破坏的。而地震工程师的任务是根据工程地震学家提供的“输入”信息,设计出可以避免这些破坏的更好的结构。
第三,地震学家建立了地震台网,用来监测地震活动和记录地震。前面所说的地震危险性研究和强地面运动研究,就是用这些地震台网记录到的地震和地面运动的资料作为输入参数的。
然而地震台网还有另一个用处,就是在地震发生之后,很快地给出地震在哪里发生,地震有多大等一系列信息,这些信息对于政府和社会组织救灾是必不可少的。通常,地震发生之后的数分钟时间内,这些信息就可以上报给政府。而仅通过一个地区一个地区扫描式的报告的方式,要做到这么快是不可能的。在少数采用智能化的“地震预警系统”的地方,还可以利用早到达的地震波和造成破坏的、通常是较迟到达的地震波之间的“时间差”,
这种“时间差”一般只有几秒,但用来关闭高速铁路、核电厂、金融信息系统等重要设施却是非常有用的。也许以后卫星遥感技术发展以后,对地震的快速反应会更快。在地震救灾中,时间就是生命,而时间是用地震台网“抢”出来的。
第四,我们前面所说的“地震预测很困难”,讲的是在现在的地震学的认识范围内,依靠现在的地震学的观测技术,是非常困难的。但另一方面,地震学家也在探讨突破现在的认识水平的局限,突破现在的观测技术的局限的可能性。实际上,地震观测技术和地震学研究的每一项进展,都会导致对地震的认识的深化。
也有可能,有一天地震学家告诉大家,短临地震预测就像永动机一样是不可能的。果真如此,他们也会明白地告诉大家,到底在什么地方出了问题。实际上,在科学中“不可能”并不可怕。热力学定律说,永动机不可能,但是由这些研究所改进的蒸汽机却引导了生产力的巨大进步。相对论说,超过光速不可能,但是由相对论所揭示的质能关系,却成为核能利用的先声。所以,果真可以证明短临地震预测不可能说不定也会发现某种重要的规律,并由此促进科学和技术的发展。
地震学还有很多“副产品”,有些“副产品”看上去似乎比地震学本身还重要。在石油和其他矿产资源的勘探中,用地震波进行勘探是最有效的方法之一(称为“勘探地震学”或“地震勘探”)。利用地震台网监测和识别地下核试验,在维护世界和平的外交政治斗争中扮演了重要的角色(称为“核爆炸地震学”)。尽管目前地震预测水平仍不高,但用地震方法预测火山喷发却有很大的进步(称为“火山地震学”)。对水库等诱发地震的预测水平已经可以达到为水库等安全“保驾”的程度(称为“水库地震学”或“诱发地震学”)。对矿山地震的监测是保证矿山安全的重要的手段之一(称为“矿山地震学”)。地震波是研究地球内部物理学的最有效的工具(由于必须使用全球地震资料而称为“全球地震学”)。地震学关于地球自由振荡的知识在认识太阳和行星的结构方面发挥了巨大的作用(称为“日震学”或“行星地震学”)。