最后的地震预测者

我1975年冬末，地震学家曹宪清跟踪了中国海城附近的一系列小地震，他认为这预示着一场更大的地震即将到来。2月3日上午，官员们下令疏散周围社区。尽管天气低于冰点，许多居民还是放弃了他们的家园，尽管其他人拒绝了，他们认为这是一连串虚假警报中的又一个“狼来了”的警告。

然而这一次，就在第二天晚饭时间，曹文轩的预测变成了一场7.3级的大地震。桥梁倒塌，管道破裂，建筑物倒塌。但是，准确的早期预警——有史以来第一次有记录的预警——挽救了数千人的生命:在一场类似规模的灾难中，预计会有15万人伤亡，但只有大约2.5万人被统计出来，其中包括刚刚超过2000人的死亡。

海城地震的成功预测似乎证明了世界各地地震研究人员的乐观态度，他们相信他们即将揭开地球构造运动的秘密。就在几年前的1971年，加州理工学院著名地震实验室的负责人、地球物理学家唐·安德森（Don Anderson）曾吹嘘预测科学很快就会带来巨大的回报。有了足够的资金，他告诉当地一名记者，“我认为在一周内预测某个地区的地震是可能的。”

这些资金按时到位。1978年，美国地质调查局(USGS)将超过一半的研究预算(1576万美元)用于地震预测，这一支出水平在接下来的十年中持续了很长时间。科学家们部署了数百个地震仪和其他传感器，希望能观测到预示下一次大地震到来的信号。他们在地下流体、地壳形变、氡气体排放、电流，甚至动物行为中寻找这些迹象。但是他们所探索的每一条路都是死胡同。

在一个突然而猛烈的运动中，所有的紧张都被释放了。岩石碎裂，在几秒钟内将地球移动了几英尺。

美国地质勘探局的地球物理学家露丝·哈里斯说:“在我们长期寻找信号的过程中，我们从未发现任何可以可靠使用的东西。”“要么是这种方法不可重复，要么就是原来的东西看起来只是一种噪音。”即使是著名的海城预言也不过是运气好得难以置信而已。曹文轩后来承认，他的警告部分是基于前震，这种前震在几分钟到几天前发生，大部分是基于迷信。根据他读过的一本书《颍川史记》在美国，1974年的秋雨之后“肯定”会发生一场冬季地震。

自20世纪初以来，科学家们已经知道大地震经常在时间和空间上聚集:99%的大地震发生在地壳板块之间绘制好的边界上，在地质时间上，几乎像钟表一样重复。但经过几十年失败的实验，大多数地震学家开始相信，预测人类时间内的地震——比如送孩子上学或计划度假——和占星术一样科学。到20世纪90年代初，预测研究已经从美国地质调查局的预算中消失了。职业地震学家、国家地震预测评估委员会(NEPEC)主席特里·图利斯(Terry Tullis)说:“我们在70年代和80年代遭受了足够多的打击，现在没有人想对这种可能性过于乐观。”NEPEC是美国地质调查局的顾问。

然而，与怀疑论者的观点相反，一小部分研究人员坚持相信，有了正确的探测器和计算工具，就有可能像我们预测洪水、飓风和龙卷风等任何其他极端自然事件一样精确和有信心地预测地震。美国地质勘探局可能只是放弃得太早了。毕竟，相信这一理论的人指出，传感器设计和数据分析的进步可以让地震学家探测到细微的前兆，而这些前兆在几十年前的工作中可能会被忽略。

风险再高不过了。人类历史上最大的三次自然灾害，以美元和美分来衡量，都是地震，很有可能下一次也会发生。根据美国地质勘探局的数据，南加州的圣安德烈亚斯断层发生7.8级地震，将导致1800人死亡，清理费用将超过2100亿美元——比卡特里娜飓风和“深水地平线”石油泄漏造成的损失总和还要多出数百亿美元。

当美国的公司和机构为“登月”项目(如自动驾驶汽车、太空旅游和基因组学)提供资金时，很少有问题会像地震预测那样重要而又被忽视。

D1994年1月，6.7级地震袭击了洛杉矶高档郊区北岭时，沙夫还是西北大学的一名大四学生。作为一名虔诚的基督徒，Schaff看到了地震发生时间(凌晨4点31分)之间的联系。¹新约的使徒行传第4章31节说:"祷告以后，他们聚会的地方都震动了。"

沙夫现在是哥伦比亚大学的教授，他说:“我很惊讶上帝居然能完全控制地震这种混乱、剧烈、不可预测的事情的时间和地点。”他相信诺斯里奇地震是一个神圣的信息。“我想，作为一个有信仰的科学家，他可能会利用我来帮助警告人们即将发生的地震。”

毕业后，沙夫进入斯坦福大学攻读地球物理学博士学位。他说:“我从我的学术顾问和教会牧师那里了解了地震。”他的信仰告诉他:“地震有许多作用，其中之一就是使人对神产生敬畏、惊奇和惊奇——还有恐惧。”但他并不怀疑它们也有物理起源。

正如Schaff的教科书所指出的，组成地球地壳的十几个构造板块总是在运动，不断地相互滑动。它们以每年几英寸的速度爬行，使裂缝处的岩石变形，直到它再也承受不住压力。然后，在一个突然而猛烈的运动中，所有的紧张都被释放了。岩石碎裂，在几秒钟内将地球移动了几英尺。

Schaff想知道2004年地震的微弱前兆是否隐藏在环境噪音中，而美国地质勘探局没有想到要去探查。

这种“弹性反弹”产生两种地震波。最快的波是高频体波，它穿过地球内部，因此是第一个到达附近社区或基础设施的波。体波有两种形式:第一种“P”波像声音一样在空气中传播时推动和拉动地面，而第二种“S”波则使岩石上下震动。这些波的影响是非常微妙的，尽管一些动物能感觉到它们，但人类只能注意到快速的震动或振动——或者根本就没有。地震造成的几乎所有损害都是由较慢的低频表面波造成的:爱波，它使物体左右摇晃;瑞利波，它像深海中的巨浪一样翻滚，把电线掀翻，把建筑物从地基上掀掉。

然而，地震检波器每天检测到的绝大多数震动都与地震无关。事实上，地球经常被周围的噪音所淹没——由公路和铁路交通、工业活动以及风等自然运动产生的极低振幅的洛夫波和瑞利波。海浪是这种背景隆隆声的主要来源:它们撞击大陆边缘，产生柔和的回响，可以传播数千英里。沙夫的顾问们教他抛弃周围的噪音，他们有时咒骂这些噪音掩盖了地质信号。

但在2001年，当Schaff开始在哥伦比亚大学的博士后研究时，伊利诺伊大学的物理学家发表了一篇论文，表明环境噪声有一个秘密用途:通过对比远方接收者的测量结果，人们可以估计周围的波传播的速度，从而确定波所经过的物质的组成。¹事实上，在2005年的一项研究中科学，当时在科罗拉多大学博尔德分校的地震学家尼古拉·夏皮罗(Nikolai Shapiro)领导的一个团队，利用环境噪音记录来绘制南加州地下的地图。²研究小组发现，异常慢波与沉积盆地相对应，而异常快波则表明山脉的火成岩核心。

科学家们很快意识到，环境噪音同样可以提供一种手段来观察地下深处酝酿的地质动荡。2010年，在印度洋法国拉留尼翁岛上的一座火山皮顿·德拉福奈斯（Piton de la Fournaise）连续两次喷发前的几周，瑞士地震局的火山学家安妮·奥伯曼（Anne Obermann）和她的同事们检测到环境波通过地球的速度下降。^3.他们的发现支持了一个有争议的叫做剪胀性的理论，该理论认为，应力地下岩石中的裂缝会导致岩石膨胀。这种逐渐的膨胀减慢了任何地震波的传播速度，这可能是岩石接近破裂点的警告。

膨胀理论于20世纪70年代首次提出，它似乎可以解释苏联科学家通过追踪小地震和其他地震活动的纵波和纵波速度变化，在预测大地震方面取得的明显进展。但当这种方法后来遭到质疑时，膨胀也就声名狼藉了。

鉴于奥伯曼的发现，后来成为副教授的沙夫怀疑这个理论是否有真理的核心。如果人们能够测量火山爆发前周围波速度的变化，也许就有可能在大地震前探测到类似的变化。已经有迹象表明是这样了。在2008年的一次自然德克萨斯州莱斯大学的地震学家牛凤林（Fenglin Niu）在两次小地震前数小时报告了加利福尼亚州帕克菲尔德（Parkfield）的两次小地震前地震波的减速情况。⁴

然而，牛玉强自己制造了噪音。他使用一个埋在地下的压电变送器，将电能转换为运动，并将表面波发送到几米外的一个记录仪上。在实际的规模上，沿着整个断层的长度复制这种设置，代价将是毁灭性的。

“环境噪音的美妙之处在于它是免费的，”Schaff说。2010年，他开始从帕克菲尔德附近的美国地质勘探局地震仪网络中挖掘噪音档案数据。具有讽刺意味的是，长期以来，帕克菲尔德一直被视为地震预测愚蠢行为的纪念碑。

年代1857年至1966年间，帕克菲尔德大约每22年发生一次里氏6.0级或更大的地震。1985年，美国地质勘探局自信地宣布，下一次地震将在1993年之前发生。在预期中，研究人员用仪器覆盖了该地区，包括地震计、应变计、膨胀计、磁强计和GPS传感器。

但直到2004年，另一场规模更大的6.0级地震才最终发生。如果说长达几十年的等待还不够糟糕的话，那么传感器的结果就更糟糕了。地震学家苏珊·伊丽莎白·霍夫在她的书中写道:“2004年地震之前，帕克菲尔德的几十台仪器……没有记录到任何异常情况。预测不可预测. “断层在地震前没有开始蠕动。地壳没有开始扭曲；没有记录到异常的磁信号。地震之前甚至没有科学家预期的大前震。”

然而，Schaff想知道2004年地震的微弱前兆是否隐藏在环境噪音中，而美国地质勘探局没有考虑到这一点。“一个人的信号是另一个人的噪音，”他说。

为了获得环境波的清晰速度读数，科学家通常必须对长达一个月的周期内的数据进行平均，这使得精确地确定变化发生的时间变得困难。但是因为帕克菲尔德拥有高密度的地震仪——在距离震中20公里的范围内有13台——schaff能够将分辨率降低到一天。他的计算显示，在地震发生时，周围的波浪减缓了，然后随着地球形成新的形状而逐渐加速。但是尽管他尽了最大的努力，沙夫还是没能在比赛开始前的几天里找出任何显著的速度变化。⁵

他说:“这次地震的结论是，如果发生了变化，那也太小、太短，或者可能没有发生在我们取样的地区。”“设计更多的监测站来监测我们怀疑可能发生地震的地区，这将是值得的。”Schaff并不是唯一一个这样认为的研究者。在美国和国外，至少有几十位独立的科学家将他们的职业生涯——有时甚至是他们自己的银行账户——奉献给了寻找预测信号的工作，他们不仅仔细研究环境噪声，还仔细研究热辐射和电磁场。

“我们很想在太平洋西北部建立一个网络，那里的人非常担心大地震和海啸，但我们没有钱。”

汤姆·布莱耶(Tom Bleier)是一名前卫星工程师，住在硅谷附近距离圣安德烈亚斯断层约1000英尺的地方，他操作着一个名为“地震发现者”(QuakeFinder)的磁力计网络。20多年前，他就对地震前兆产生了兴趣。1989年，旧金山南部的洛马·普里埃塔(Loma Prieta)发生了6.9级地震，就在几天前，科学家们报告了奇怪的电磁波动，引起了他的兴趣。在美国宇航局200万美元的资助下，QuakeFinder已经从几个DIY传感器扩展到165个监测站的全球网络，其中大多数都安装在加州的断层沿线，包括圣安地列斯、海沃德和圣哈辛托。

到目前为止，QuakeFinder已经捕获了7次中型到大型地震(5.0级以上)的数据。在之前的几周，Bleier说，数据显示了在0.1到10纳米特斯拉之间的独特电磁脉冲，相当于10万倍的弱地球的自然领域．他指出，这些微弱的光点可能在所有七次地震之前就出现了，但在某些情况下，它们被其他磁场干扰淹没了，比如闪电、太阳风暴，甚至是过往的汽车。

搜寻地外文明研究所(SETI Institute)的物理学家弗里德曼·弗罗伊德(Friedemann Freund)也吸引了美国宇航局(NASA)的资金，他提出了一个关于可能导致这些脉冲的理论。他认为，在地震发生的前几天，受到压力的地下岩石产生了巨大的电流，这些电流会转移到地表，扰乱地球磁场，同时电离空气并释放出红外能量。(在弗罗伊德的建议下，QuakeFinder价值5万美元的每一个磁力站都配备了离子传感器。)

大多数地震学家对弗洛伊德的理论高度怀疑。华盛顿大学地球与空间科学教授、该州官方地震学家John Vidale说:“NASA真的很喜欢资助那些跃入未知领域的项目。”“但也有跃进未知和跃进我们知道不太可能成功的事情。没有理由说弗洛伊德所说的不正确。这是极不可能的。”

甚至Bleier也承认，QuakeFinder还没有准备好发布预测结果。他表示:“如果没有美国地质调查局的指导，我们不会发布公开预测。”即使在乐观的阵痛中，谨慎也是很重要的。“你可以想象这样一个场景，你感觉旧金山要发生地震了，你发布了一个公共预报，整个城市都空了——但没有地震发生。”

T这里不需要想象。20世纪70年代末，美国矿务局的地球物理学家布莱恩·布雷迪(Brian Brady)认为，他已经发现了一个数学模型，可以通过分析沿断层的应力来预测地震。他警告说，1981年，秘鲁利马将发生一系列轰隆声，最终将发生9.9级大地震。但当所谓的开始日期到来时，利马只不过是一个完好无损的鬼城。

八年后的1989年，一位自学成才的气候学家伊本·布朗宁（Iben Browning）也犯了类似的错误，他根据潮汐观测宣布，1990年12月3日密苏里州新马德里将发生几次地震。学校关闭，应急服务为灾难做好准备，当地人逃离。但从来没有发生过地震。

沙夫说，难怪美国地质调查局(USGS)和美国国家科学基金会(NSF)这样的资助者现在对任何带有预测意味的东西都非常谨慎。他们认为这项研究是高回报的，但也是高风险的。预算很紧张。美国国家科学基金会确实资助了我的一个项目，但他们没有资助第二个项目。”布莱尔也在努力维持QuakeFinder的运行，扩大其覆盖范围。他说:“我们很想在太平洋西北部建立一个网络，那里的人非常担心大地震和海啸，但我们没有钱。”

然而，大多数主流地震学家对登月计划不感兴趣。美国地质调查局的哈里斯说:“就我个人而言，我不认为我们将永远不能说‘此时此地将发生7.0级地震’。”“地球太复杂了。投入大量资金去了解俯冲带和断层的力学，以及改造建筑物，将会是一件很棒的事情。但仅仅把钱投入地震预测是不值得的。”

NEPEC的Tullis对此表示同意。“我们知道的还不够，”他说。他承认，即便如此，他还是愿意抱有希望，就像任何有意探索未知领域的冒险一样，地震学的缓慢折磨可能最终会产生一个没有人预料到的突破。“随着时间的推移，通过足够的测量和仔细的分析，也许在某个时刻，有人会偶然发现一些具有明确预测价值的东西，”他说，然后，他可能担心听起来过于乐观，迅速补充道:“它肯定需要被证明，假设它甚至是可能的。”这需要大量的测试。”

与此同时，沙夫把他的信心放在了一个比美国地质调查局还高的权力上。“经过22年的研究，”他说，“我得出的结论是，如果上帝不给予地震发生的秘密和奥秘，人类是不可能预测地震的。”

马克·哈里斯是一名生活在西雅图断层附近的调查科学和技术记者。2014年，他是麻省理工学院奈特科学新闻研究员，2015年，他的文章《孤独黑客是如何粉碎众包神话的”,发表在联络信息。他最近购买了地震保险。

工具书类

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