《科學》雜志剖析日本大地震

地震為何防不勝防；預報為何聲東擊西

3月11日的大地震后，日本巖手縣的野田村被海嘯沖刷，成為廢墟。

　　盡管有密集的地震儀器、透徹的地震研究以及優良的防震措施，然而，3月11日下午1時46分發生在日本本州東北宮城縣東部海面的9級大地震，仍以突然襲擊的方式重創了這個國家。地震引發海嘯，導致福島核電站發生輻射泄漏，災難深重，滿目瘡痍，震驚世界。3月18日出版的《科學》雜志發表新聞分析文章，剖析了這場災難。

　　文章指出，作為一個國家，日本已經習慣于地震，也準備好迎接一場大地震，然而，這次地震和所引發的海嘯的強度之大，完全超過人們的想象，專家們也猝不及防。在這個殘酷、悲傷的事實面前，人們不禁要問：地震真的防不勝防嗎？人類該怎樣努力才能將災難程度降至最低呢？

　　3月11日的日本東北大地震，是現代儀器記載的五大最強地震之一。美國地質調查局和日本氣象廳將這次地震定為9級。地震沿著日本海溝俯沖帶沖破了400多公里的地殼，震源位于日本本州島仙臺港以東130公里處、有100萬人口的宮城縣東部海面，距離首都東京約373公里。日本官方估計死亡人數為1.5萬人。地震引發的海嘯卷起了7米多高的海浪，侵襲宮城縣、福島縣以及巖手縣等，造成福島核電站發生輻射泄漏事件，海浪橫跨太平洋，波及至美國加州海岸。

　　美國加州理工學院的地震學家金森博雄（Hiroo Kanamori）說：“我從來沒想過這個地區會發生這樣的事件。”東京大學的地球物理學家羅伯特·蓋爾（Robert Geller）說，這場地震的驚天能量和意料之外的發生地點，也暴露出預測下一次大地震何時何地來臨是多么的無用！即使像在日本這樣有充分的地震監測、研究和準備的國家，大地震也總是不期而至。

　　日本位于太平洋火山環島之中。太平洋火山帶是一個圍繞太平洋經常發生地震和火山爆發的地區，全長4萬公里，呈馬蹄形，有一連串海溝、列島和火山，地質構造板塊移動劇烈，世界上90%的地震和81%最強烈的地震都發生在該地帶上。沿著日本海溝，太平洋板塊被擠壓在鄂霍茨克板塊之下。在某些地區，俯沖板塊在上沖板塊下面平緩地滑動。在另外一些地方，板塊在表面上聯結或粘合在一塊，在這個地方，沿邊界的滑動或破裂讓板塊迅速恢復到低應力狀態，所積累的能量則以地震波的形式釋放出來。地震波與同時發生的海底運動形成了海嘯。

　　為了評估特定區域的地震風險，科學家們通常以過去發生的事件為指導。日本東北地區保存有一個世紀的地震記錄。每隔30年或50年，沿著日本海溝就會發生強度為7級至8.3級的地震。金森博雄說，最近沿俯沖帶釋放了許多壓力，很難說哪個地區已積累了相當的壓力足以產生另外一場大地震。日本地理空間信息局的大地測量師西村鈴木仁（Takuya Nishimura）說：“坦率地講，我們沒能預見這次地震。”在2004年發表在《國際地球物理期刊》上的一篇論文中，他作為共同作者仔細討論了該地區地殼變形的發展。

　　穿過歷史回到過去，幾年前，研究人員已經意識到宮城縣附近會有一次地震，但規模比3月11日的災難要小一些。歷史記錄顯示，該地區在869年有一場名為Jogan的大地震，沿海平原成為蠻荒水域。一個埋藏在仙臺平原沼澤沉積下方的海洋沙層顯示：當時，高達3～4米的古代海嘯從海岸沖向內陸，研究人員對洪水痕跡的分析顯示，Jogan地震的強度為8.3級。歷史記錄和儀器觀察顯示，對于更小一些的俯沖帶來講，強度為7.5級左右的地震每隔30～40年會發生一次。1978年，宮城縣曾發生強度為7.4級的地震，引發海嘯，并造成28人死亡。西村鈴木仁說，二者相比，3月11日地震的破裂帶與1978年地震的破裂帶有重疊，但前者比后者大多了，前者為400多公里，而后者只有50公里。

　　西村鈴木仁認為，如果東北地震是Jogan地震的重復，那么大地震的超級循環也許每隔1000年就發生一次，而且這種沖擊并不一定局限于日本海溝，他認為：“這次事件顯示，這類大地震可能會發生在其他俯沖帶。”其中一個可能的地點是卡斯卡迪亞斷層帶。卡斯卡迪亞斷層帶位于北美洲西北太平洋海岸，從美國加州海灣北部向北延伸到加拿大不列顛哥倫比亞的南面。西雅圖華盛頓大學的地震學家約翰·比達爾指出，當卡斯卡迪亞斷層破裂時，3月11日的日本地震就將成為西北太平洋的一個基準，“我們知道這里會發生同樣強度的地震，問題不是‘是否’，而是何時”。

　　另外一個問題是，3月11日的地震會對日本海溝附近產生什么樣的影響。東京大學的地震學家遠田晉次（Shinji Toda）說：“我們真正擔心的是，本州東北地區釋放的應力增加了東京附近大地震的可能性。”他最初的計算推測，地震將應力卸入房總半島（Boso Peninsula）近海的斷層，房總半島是將東京灣與太平洋隔開的小島。歷史記錄顯示，1677年，該地區有一場大地震和海嘯。

　　這場日本東北大地震將給風險評估提供一個審慎的教訓。東京西部的東海地區遍布著幾百個地震觀察儀器，從1965年開始，日本的地震學家們一直在努力地采集分析這些實時數據。如果沿南海海槽（Nankai Trough）的斷層一直在不停地增長，那么地震學家委員會將作出評估決定：是否發布8級地震即將來臨的警告。日本當局已經加強公共建筑的強度，使之可以抵御強烈晃動；在海岸沿線修筑堤壩和防洪門，阻擋來自地震的海嘯。

　　然而，從1995年1月17日發生的神戶7.2級地震，到3月11日發生的9級地震，日本在過去20年間所發生的兩次大地震表明，專家們尋找的都是錯誤地點。金森博雄說，美國加州也有類似問題，即使過去幾十年中所發生的毀滅性地震發生在別處，比如1994年發生在洛杉磯西北北嶺市的6.7級地震和1971年發生在加州圣費爾南多的6.6級地震，但人們依然將目光關注到圣安德烈亞斯斷層。

　　一直以來，研究人員有能力估計多少地震應力會在斷層處堆積。金森博雄說：“我們所不能預測的是單個序列。地震應力可能以單個地震的方式釋放，也可以從更小的事件釋放。面對無法避免的不確定性，我的觀點是：用更普遍的方法預防地震勝過某種優先、集中的努力。”

　　《科學》的文章最后指出：對于一個以優良防備著稱的國家來講，這個悲傷的現實可能說明：有些地震太大、太罕見，防不勝防!