2011年3月11日星期五，一次地震袭击了日本东北部沿海地区附近的海洋。里氏9.0级，是人类有记录以来最强大的地震之一，足以使整个地球在地轴上移动数英寸。它引发了一场海啸，造成数千人死亡，并摧毁了福岛第一核电站。据日本科学家所知，如此大规模的地震本不应该发生在东北地区。他们绘制的危险图预测，大地震将袭击该国南部三个区域之一——东海、东南海和南海。自1975年以来，这些地区没有发生过地震，而“低概率”区域，如东北地区，却发生了几次。日本并非个例。2008年袭击中国汶川以及2010年和2011年袭击新西兰基督城的毁灭性地震，都发生在被认为“相对安全”的地区。这些事件提醒我们，地震预测在过于模糊和过于精确之间摇摆不定。一方面，我们可以计算大地震在数年或数十年内袭击大片地理区域的几率——这称为预测。另一方面，早期预警系统可以向远距离的人们传递首次震动的消息，让他们有几秒钟的时间准备。但是最终目标——准确预测未来地震的时间、地点和震级——极其困难。1997年，查尔斯·里氏——以地震强度等级命名的人——写道：“记者和公众像猪一样扑向任何关于地震预测的建议……[预测]为业余爱好者、疯子和纯粹为了出名而欺骗的人提供了一个快乐的狩猎场。”美国地质调查局的苏珊·霍夫说，20世纪70年代是地震预测的黄金时代。“但（因为虚假警报太多）钟摆摆动了，”写了一本关于这一实践的书《不可预测的预测》的霍夫说。“人们变得非常悲观，预测名声扫地。”事实上，一些科学家，如东京大学的罗伯特·盖勒，认为预测根本不可能。他在1997年发表的一篇题为《地震无法预测》的文章中指出，影响地震发生和发展的因素如此之多且复杂，以至于测量和分析它们是徒劳的。过去15年里，他的想法没有改变。他在一封电子邮件中写道：“所有严肃的科学家都知道，在不久的将来没有任何前景。”找错地震开始于地球两大构造板块——承载大陆的巨大移动陆块——相互移动时。板块挤压、拉伸和碰撞，储存能量，然后突然释放，使周围的岩石破裂和摇晃。这是基本原理；细节要复杂得多。美国地质调查局的罗斯·斯坦通过将构造板块比作放在桌子上的砖头，用橡皮筋连接一根钓鱼竿来解释这个问题。你可以把它拉回来模仿板块的移动，由于橡皮筋有弹性，就像地壳一样，砖头不会平滑地滑动。相反，当你转动卷轴时，橡皮筋会拉伸，直到砖头突然向前滑去。那就是一次地震。斯坦说，如果你这样做10次，你会发现将砖头移动所需的圈数，或者砖头停止前滑动的距离，都有很大差异。“即使我们把地球简化到这个荒谬的极端，我们仍然得不到规律性的地震，”他说。当然，地球并不简单。滑动板块的质量、弹性和摩擦力在不同区域，甚至同一断层线的不同部分都不同。所有这些因素都会影响地震的起始位置（斯坦说，这可能是一个像你的客厅一样小的区域）、起始时间、震级以及持续时间。“我们不应该认为地壳中会出现规律性的周期性地震，”他说。这并没有阻止人们试图找到可靠地预示地震的“异常”，包括动物行为异常、岩石渗出的氡气、前震模式以及岩石受压的电磁信号。这些都没有得到有力证据的支持。研究这些“异常”最终可能会告诉我们一些关于地震物理学的有用信息，但它们在预测测试方面的价值是可疑的。“在黑暗中摸索寻找奇怪的动物行为或释放的气体——这种努力不值得追求，”斯坦说。“我们有30到40年的阴性结果，足以让我们相信这不是一项好的资源投资。”霍夫补充说，该领域充斥着糟糕的科学。“人们会说，‘这是地震，这是之前的信号’，但它在统计上并不严谨。”而且这些信号，即使确实存在，也很少能一致地预示地震。“回溯时总能找到这些明显的模式，但你向前推演，这些方法就不起作用了。”这也不是一个我们可以通过数据挖掘解决的问题，就像一群科学家在20世纪80年代试图做的那样。一个多世纪以来，地震一直在南加州圣安德烈亚斯断层附近帕克菲尔德地区定期发生。预料到1993年将再次发生地震，一个由一百名地质学家组成的团队在该地区部署了数百台地震仪，试图发现预示下一次不可避免地震的信号。“人们说：这很简单，”斯坦回忆道。“我们押注了帕克菲尔德，并且把我们所有的仪器都尽可能深地埋了进去。”当地震终于在2004年发生时，仪器什么也没探测到。“帕克菲尔德地震实验与科技股有什么相似之处？”斯坦在2002年开玩笑说。“当时它们看起来都是不错的投资。”地震学家面临的挑战是，他们要研究的地方之间有五英里厚的岩石。“我们总是受制于这样一个事实，我们被困在地面上，而地面只会随之起舞，”斯坦说。“行动发生在深处。”以加州的Hayward断层为例，它与著名的圣安德烈亚斯断层平行。它长100多公里（60英里），深10公里（6英里）。斯坦说，要覆盖其整个区域的读数需要“数十万个钻孔，深得可以开采石油，甚至比所有科学钻探的都深”。“也许那时，我们就能得到所有需要的观测数据。”虚假警报但是，虽然预测地震可能超出我们的能力范围，但预测随后的余震可能更容易实现。尽管“余震”一词几乎让人想轻描淡写它们，但这些震动不容忽视。“它们不是细节，”斯坦说。“在某些情况下，它们可能与主震一样危险，甚至更危险。”看看新西兰就知道了。2010年9月，一次7.1级地震撼动了新西兰第二大城市基督城以南40公里（25英里）的地面。破坏很轻微，没有生命损失。然后，六个月后，一次6.3级余震袭击了离基督城中心6英里处，造成185人死亡，造成200-300亿新西兰元（170-250亿美元）的损失。余震与主震难以区分，但它们确实有一些可预测的特性，包括频率。主震发生十天后，余震频率下降十倍；一百天后，下降一百倍。但它们的震级保持不变。“它们可以让你再次遭到重击，”斯坦说。“它们可能非常大，而且非常晚。”他和他的同事们正在试图了解余震最有可能发生在何处，通过模拟断层因初始震动而变形时发生的情况。“这是我们取得进展的一个地方。然后，一旦发生主震，我们就可以开始处理哪些地方更脆弱，哪些地方更安全。”即便如此，我们仍需谨慎行事。六名意大利科学家和一名政府前官员因涉嫌淡化2009年袭击拉奎拉、造成309人死亡的地震风险而面临过失杀人罪审判。与此同时，一名名叫乔阿基诺·朱利亚尼的实验室技术员声称根据氡气排放预测了地震，尽管他此前曾两次发出虚假警报。拉奎拉案说明了不准确的预测一方面可能导致恐慌和不必要的疏散，另一方面可能导致虚假的安全感。而这一切又是为了什么？即使预测变成了它显然不是的精确科学，我们仍然需要疏散计划和抗震建筑——这些措施不依赖于预测。“如果你想提高韧性和安全性，就量化地震的危险和预期运动，并建造更合适的建筑物，”霍夫说。“这笔钱花得更值。”盖勒也表示同意。“日本全境都面临地震风险，而目前的地震科学水平不足以让我们可靠地区分特定地理区域的风险水平，”他在《自然》杂志上的一篇评论文章中写道。“我们应该告诉公众和政府为不可预见的事件做好准备。”更多“我们能……吗？”
这是我的BBC专栏的第11篇文章
