加快地球自轉(zhuǎn)的超強(qiáng)地震

文·圖/姜森

1960年智利大地震引發(fā)的海嘯波及日本海岸

2月6日，土耳其南部在不到10個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生兩次7.8級(jí)地震，土耳其及其鄰國(guó)敘利亞受災(zāi)嚴(yán)重。作為破壞力最大的自然災(zāi)害之一，地震令人聞之色變。史上震級(jí)最高的一場(chǎng)地震發(fā)生在1960年的智利，不僅引起火山噴發(fā)和海嘯，還導(dǎo)致地殼內(nèi)陷，瞬間加快了地球自轉(zhuǎn)的速度，其強(qiáng)度之大實(shí)屬罕見。

一個(gè)多月發(fā)生數(shù)百次地震

1960年5月21日下午3時(shí)，一場(chǎng)超強(qiáng)地震襲擊了南美洲國(guó)家智利的瓦爾迪維亞省，史稱“5·21智利大地震”或“瓦爾迪維亞大地震”。這場(chǎng)地震發(fā)生于智利中南部的海底，震級(jí)最終確定為9.5級(jí)，震源深度33公里。

5月21日是智利的“海軍光榮日”，以紀(jì)念伊基克戰(zhàn)役（1879年智利與秘魯之間的一場(chǎng)戰(zhàn)役）的勝利。每年這一天，智利都會(huì)舉行盛大的慶?；顒?dòng)，智利總統(tǒng)會(huì)親自出席。1960年5月21日早上6時(shí)2分，智利中部的阿勞科省發(fā)生了一次小型地震——也許冥冥中這是對(duì)智利人的警示。這次地震沒(méi)有造成太大的損失，只是導(dǎo)致智利南部的通信中斷。受此影響，時(shí)任智利總統(tǒng)豪爾赫·羅德里格斯下令，取消“海軍光榮日”的傳統(tǒng)慶祝活動(dòng)。

智利政府還沒(méi)來(lái)得及針對(duì)阿勞科省開展抗震救災(zāi)行動(dòng)，規(guī)模遠(yuǎn)超于前的大地震就來(lái)了！“5·21智利大地震”涉及的范圍達(dá)40萬(wàn)平方公里。高樓林立的城市頃刻間被夷為平地，大批村莊消失了。從這一天到5月30日，智利連續(xù)遭受地震襲擊，造成6座休眠火山噴發(fā)，還出現(xiàn)了3座新的火山。

經(jīng)地質(zhì)學(xué)界評(píng)估，這是一次震群型地震，在自5月21日起的一個(gè)多月時(shí)間里，南北1400公里的狹長(zhǎng)地帶上連續(xù)發(fā)生了數(shù)百次地震，其中震級(jí)超過(guò)8級(jí)的有3次，超過(guò)7級(jí)的有10次，為世界地震史上所罕見。

駭人的大地震還引發(fā)了其他災(zāi)害。首先是20世紀(jì)最大的一場(chǎng)海嘯：智利沿海的大量建筑物被海浪卷走，16萬(wàn)棟房屋遭到破壞。據(jù)當(dāng)時(shí)的智利媒體報(bào)道，“大地震之后，海水迅速退去，露出了從未見過(guò)天日的海底。約15分鐘后，水位又驟然漲高，巨浪滾滾而來(lái)，高達(dá)8—9米，最高達(dá)到25米，以摧枯拉朽之勢(shì)襲擊了太平洋東岸的城市和鄉(xiāng)村。廣場(chǎng)、港口、碼頭和海邊的大批地震幸存者，瞬間被海嘯吞噬。海邊的大量建筑物被擊得粉碎。緊接著，巨浪又迅速退去，把能帶走的東西席卷一空。如此反復(fù)震蕩，持續(xù)了數(shù)小時(shí)?！?/p>

除了海嘯，這場(chǎng)大地震還導(dǎo)致了十分罕見的地裂。地表產(chǎn)生斷層并錯(cuò)位，裂縫深入地表以下達(dá)25公里。大量罹難者都是墜入裂縫中喪生的。

1960年智利大地震后，人們觀察地面上的裂縫

值得一提的是，自1939年智利發(fā)生7.8級(jí)大地震導(dǎo)致約3萬(wàn)人死亡后，智利人意識(shí)到，“質(zhì)量不過(guò)硬，房子就會(huì)變成墳?zāi)埂薄?940年，智利政府頒布了《建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，并將不合規(guī)范的房屋強(qiáng)行拆除。因此，“5·21智利大地震”發(fā)生時(shí)，凡是符合抗震規(guī)范要求的建筑物，大都只受到較小的破壞。例如，康塞普西翁一座鋼鐵廠只損失了不到1%的建筑和設(shè)備，原因是該地區(qū)在1939年遭到大地震侵襲后，嚴(yán)格貫徹了《建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。智利的建筑物防震設(shè)計(jì)理念在當(dāng)時(shí)是比較先進(jìn)的，其核心是“不與大自然硬碰硬，而是盡可能地緩沖、釋放地震所產(chǎn)生的能量，從而最大限度地保全建筑物”。有媒體評(píng)論智利在抗震防震方面的高標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)格的建筑規(guī)范、不折不扣的貫徹落實(shí)，是眾多生命得以逃離鬼門關(guān)的關(guān)鍵。

上述舉措使智利持續(xù)受益——1985年，首都圣地亞哥發(fā)生8級(jí)大地震，只造成177人死亡。為了進(jìn)一步降低地震災(zāi)害中的死亡率，自1985年開始，智利政府要求所有建筑物都按照抵御9級(jí)地震的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，即抗強(qiáng)震、可阻燃；留有足夠的逃生通道；舊建筑必須通過(guò)改建達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)，否則就予以拆除。

時(shí)間回溯到1960年，“5·21智利大地震”也給人們留下了教訓(xùn)：除了地震本身造成的危害，其引發(fā)的海嘯也是導(dǎo)致大量人員傷亡和建筑物被毀的元兇。自那之后，地震災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家都著手為易受海嘯襲擊的地區(qū)建立一系列完善的預(yù)警機(jī)制，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)起到了積極作用。

跨越大洋的海嘯

受到這場(chǎng)海嘯破壞的遠(yuǎn)不止智利。在智利西側(cè)的太平洋，海嘯以每小時(shí)600—700公里的速度掃過(guò)。15小時(shí)后，海嘯抵達(dá)美國(guó)夏威夷，造成56人死亡。22小時(shí)后，海嘯抵達(dá)日本東海岸。令人難以想象的是，已跨越大洋的海嘯仍然形成高達(dá)6—8米的巨浪，對(duì)日本的本州、北海道等地造成了嚴(yán)重破壞。而海嘯并沒(méi)有停止前進(jìn)的腳步——菲律賓、新西蘭東部、澳大利亞?wèn)|南部以及遙遠(yuǎn)的阿拉斯加和阿留申群島，最終都遭到侵襲。

總體來(lái)看，“5·21智利大地震”波及面之廣、釋放能量之大都是非常罕見的。事后據(jù)統(tǒng)計(jì)，這場(chǎng)大地震及其引發(fā)的海嘯，共導(dǎo)致近5000人死亡，200萬(wàn)人無(wú)家可歸，直接經(jīng)濟(jì)損失在4億—8億美元之間。要知道，1960年智利全年的國(guó)民生產(chǎn)總值只有約42億美元。也就是說(shuō)，“5·21智利大地震”吞掉了這個(gè)國(guó)家9.5%～19%的國(guó)民生產(chǎn)總值。

日本與智利相隔1萬(wàn)多公里，竟也因?yàn)檫@場(chǎng)地震引發(fā)的海嘯遭受無(wú)妄之災(zāi)——數(shù)百人死亡，數(shù)千所住宅被毀，2萬(wàn)多畝良田被淹沒(méi)，15萬(wàn)人無(wú)家可歸……

9.5級(jí)地震如何評(píng)定

“5·21智利大地震”是有儀器測(cè)量記錄以來(lái)，全球震級(jí)最高的地震。需要說(shuō)明的是，根據(jù)地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的震級(jí)劃分，最高震級(jí)為9級(jí)。那么，9.5級(jí)的數(shù)字是如何得出的呢？

震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱的量度，也是劃分震源釋放的能量大小的等級(jí)。其單位是“里氏”，通常用字母“M”表示。地震所釋放的能量越大，震級(jí)就越高。震級(jí)每提高1.0級(jí)，其釋放的能量就增加32倍；每提高2.0級(jí)，其釋放的能量就增加約1000倍。也就是說(shuō)，1場(chǎng)6級(jí)地震釋放的能量相當(dāng)于32場(chǎng)5級(jí)地震；1場(chǎng)7級(jí)地震釋放的能量則相當(dāng)于1000場(chǎng)5級(jí)地震。

關(guān)于“5·21智利大地震”的級(jí)數(shù)，科學(xué)界存在爭(zhēng)議。在這場(chǎng)地震之前，有記錄的震級(jí)最高的地震發(fā)生于1906年1月31日，位置在厄瓜多爾和哥倫比亞兩國(guó)邊界附近的海中，其震級(jí)達(dá)到8.8級(jí)。鑒于最高震級(jí)為9級(jí)，有人認(rèn)為“5·21智利大地震”的震級(jí)應(yīng)評(píng)定為8.8級(jí)，至多達(dá)到8.9級(jí)。然而，更多的科學(xué)家認(rèn)為，這場(chǎng)地震所釋放的能量實(shí)在太大了，遠(yuǎn)超8.9級(jí)。于是，通過(guò)其造成的破壞反推釋放的能量，最終確定震級(jí)為9.5級(jí)。它也成為人類史上有記錄的震級(jí)最高的地震。

地殼收縮致地球自轉(zhuǎn)加快

21世紀(jì)初，地質(zhì)學(xué)界對(duì)于地震的研究全面深入，“5·21智利大地震”是最重要的研究樣本，取得了許多新的研究成果。

美國(guó)航空航天局下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的地球物理學(xué)家理查德·格羅斯，通過(guò)電腦模型模擬評(píng)估了“5·21智利大地震”造成的影響。模擬評(píng)估結(jié)果顯示，這場(chǎng)地震竟然加快了地球自轉(zhuǎn)的速度，使地球一天的時(shí)長(zhǎng)縮短了1.26微秒（1微秒等于百萬(wàn)分之一秒）。為進(jìn)行比較，格羅斯利用相同的電腦模型對(duì)2004年12月發(fā)生的蘇門答臘大地震進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示，那場(chǎng)地震使地球一天的時(shí)長(zhǎng)縮短了6.8微秒。

格羅斯的研究還顯示，“5·21智利大地震”使地軸偏移了約8厘米。地軸是一條人為設(shè)定的線，稍稍偏離地球自轉(zhuǎn)所圍繞的南北軸。依照這條線，地球原本分布不均衡的質(zhì)量變得均衡。

美國(guó)威斯康星大學(xué)密爾沃基分校地震學(xué)家基思·斯維爾德魯普，將地球比作一名手里握著石頭、身體不停旋轉(zhuǎn)的花樣滑冰選手。這名選手的旋轉(zhuǎn)軸處于身體中央，但她的軸心會(huì)向握石頭的手稍稍偏移。

大地震是怎樣給地球注入渦輪旋轉(zhuǎn)推力的呢？斯維爾德魯普用身體旋轉(zhuǎn)的花樣滑冰選手來(lái)加以說(shuō)明：“當(dāng)她收緊手臂的時(shí)候，身體旋轉(zhuǎn)的速度開始加快。類似地，在‘5·21智利大地震’期間，由于地殼迅速向內(nèi)部收縮，地球的旋轉(zhuǎn)速度有所加快。”

“5·21智利大地震”屬于逆沖地震，即部分地表沉入相鄰地表的下部。這一過(guò)程被稱為“潛沒(méi)”，除了地震，還會(huì)導(dǎo)致火山噴發(fā)。斯維爾德魯普說(shuō)：“某塊地表的巖層沉入地球內(nèi)部，就像花樣滑冰選手將雙臂向身體縮緊?！敝挥袃?nèi)向移動(dòng)的逆沖地震才會(huì)導(dǎo)致地球轉(zhuǎn)速加快，從而縮短一天的時(shí)長(zhǎng)。其他類型的地震則不會(huì)影響地球自轉(zhuǎn)的速度，比如水平滑移式地震，即一個(gè)板塊水平移向另一個(gè)板塊。另外，逆沖地震并不是能夠縮短或延長(zhǎng)地球一天時(shí)長(zhǎng)的唯一現(xiàn)象?；鹕絿姲l(fā)及月球的潮汐作用也能產(chǎn)生這種影響。

科學(xué)家雖然可以測(cè)量地球一天的時(shí)長(zhǎng)，但精度只能達(dá)到20微秒。所以，“5·21智利大地震”造成地球一天的時(shí)長(zhǎng)縮短是估算出來(lái)的，而不是測(cè)量出來(lái)的。斯維爾德魯普說(shuō)：“但是，這并不意味著大地震的影響是假想的。它加快地球自轉(zhuǎn)的影響是真實(shí)存在的，只是這種影響稍縱即逝?！薄?·21智利大地震”導(dǎo)致的時(shí)長(zhǎng)縮短并沒(méi)有持續(xù)下去，而且其準(zhǔn)確的時(shí)間也無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。

大地震之間的關(guān)聯(lián)性研究

智利位于環(huán)太平洋地震帶上，地震活動(dòng)頻繁。這是納斯卡板塊、南美板塊和奇洛埃板塊之間的碰撞所導(dǎo)致的。納斯卡板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，經(jīng)校準(zhǔn)為每年3.7厘米，是地球上所有板塊中絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度最快的。這些地質(zhì)特征使智利被列為世界上地震最頻繁的國(guó)家之一。迄今為止，該國(guó)已經(jīng)記錄了100多次7級(jí)以上的地震，以及12次海嘯。這也使它成為地質(zhì)學(xué)界研究地震的重點(diǎn)國(guó)家。

人們不禁好奇，在沒(méi)有科學(xué)記錄的古代，像“5·21智利大地震”這樣的超強(qiáng)地震發(fā)生過(guò)嗎？2005年，美國(guó)馬薩諸塞州伍茲-霍爾海洋研究院的地質(zhì)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：距今3800多年前，智利北部曾發(fā)生過(guò)一場(chǎng)震級(jí)達(dá)到9.5級(jí)的強(qiáng)震，當(dāng)時(shí)的智利海岸被摧毀，導(dǎo)致沿海地區(qū)長(zhǎng)達(dá)1000年都不適宜人類居住。當(dāng)?shù)氐娜祟愖迦涸?000多年后才重回海邊生活。

另一項(xiàng)研究顯示，強(qiáng)烈的地震導(dǎo)致的地軸偏移，可能積聚巨大的能量，這種能量可能在數(shù)年甚至數(shù)十年后于其他地區(qū)爆發(fā)出來(lái)，從而引發(fā)另一場(chǎng)地震。研究認(rèn)為，1960年“5·21智利大地震”積聚的大量能量并沒(méi)有完全釋放出來(lái)。2004年12月26日的蘇門答臘里氏9級(jí)大地震，可能與“5·21智利大地震”有關(guān)。到了2005年3月28日，蘇門答臘斷層南端又發(fā)生了里氏8.7級(jí)地震，這可能與2004年的地震有關(guān)。

目前尚不清楚地震產(chǎn)生的能量是如何積聚和傳導(dǎo)的。這方面的研究如果取得突破，對(duì)地震的預(yù)報(bào)和災(zāi)害應(yīng)對(duì)將具有重大意義。伍茲-霍爾海洋研究院的研究團(tuán)隊(duì)指出：“即便每50年發(fā)生一次超強(qiáng)地震，很多人在一生當(dāng)中仍有可能會(huì)遇到一次。因此，我們應(yīng)該認(rèn)真研究大地震之間的關(guān)聯(lián)性?！?/p>