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科學(xué)家審視日本地震和海嘯帶來(lái)的挑戰(zhàn)與教訓(xùn)＊

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在2011年3月11日日本東北9.0級(jí)大地震及其引起的慘烈破壞性海嘯襲擊日本的一周后,伴隨著一系列強(qiáng)余震(6級(jí)以上地震已有大約50次,Eos將刊出),次生災(zāi)害仍在加劇:對(duì)失蹤者的可怕的搜尋結(jié)果死亡人數(shù)預(yù)計(jì)約1萬(wàn)人;40多萬(wàn)無(wú)家可歸者和100萬(wàn)缺水者需要緊急援助;還有在東京東北225 km的福島第一核電站,為避免環(huán)境災(zāi)難正在慌亂地努力,而放射性物質(zhì)也正在泄漏。

根據(jù)東京大學(xué)地震研究所Kenji Satake教授利用包括全球定位系統(tǒng)(GPS)和測(cè)震數(shù)據(jù)在內(nèi)的多種途徑的研究結(jié)果,確定這次日本東北部本州外海的地震(圖1)是沿日本海溝俯沖帶的板緣破裂地震,地震的震源區(qū)估計(jì)是400～500 km長(zhǎng),最大滑動(dòng)20m。Satake指出,在有些地方海嘯高度可能超過(guò)7m這是許多海岸潮汐測(cè)量?jī)x的量程,部分海岸區(qū)海水可能已向內(nèi)陸沖刷了5 km。國(guó)際海嘯信息中心(ITIC)指出,目擊者報(bào)告的最高海嘯波浪為13m。Satake還指出,連續(xù)GPS觀測(cè)顯示,在地震震中以西130 km的本州東北地區(qū)最大城市仙臺(tái),其附近海岸的水平移動(dòng)超過(guò)4m,下沉約0.8m。圖2為日本東北部巖沼市海岸的地震海嘯場(chǎng)景。

Satake的飛機(jī)偵察顯示,本次海嘯泛濫區(qū)與公元869年Jogan地震的相似,而那時(shí)大海嘯沖刷了仙臺(tái)地區(qū)。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)地質(zhì)學(xué)家B rain At water告訴Eos,此次日本東北地震是自Jogan地震甚至更早以來(lái)沿日本海溝的最大已知地震。日本氣象廳(JMA)、USGS和其他機(jī)構(gòu)將此次日本東北地震定為1900年以來(lái)的世界第4大地震,同時(shí)也是自130年前開(kāi)始現(xiàn)代儀器記錄以來(lái)日本最大的地震。

圖1 2011年3月11日日本本州東海岸附近9.0級(jí)地震震中位置(源自USGS)

圖2 2011年3月11日日本東北部巖沼市海岸的地震誘發(fā)海嘯(源自2011美聯(lián)社圖片/共同通訊社)

雖然此次地震是毀滅性的,但是很多科學(xué)家告訴Eos,在日本這個(gè)地震歷史很長(zhǎng),并且也許是世界上對(duì)地震最關(guān)注、地震儀器安裝最多的國(guó)家,監(jiān)測(cè)、減災(zāi)和公共教育措施避免了更多的地震破壞?？茖W(xué)家說(shuō),海嘯的規(guī)模很可能引發(fā)了此次地震的很多問(wèn)題。根據(jù)ITIC,第一波海嘯在震后15m in內(nèi)抵達(dá)距震中最近的日本海岸。海嘯沖毀了整個(gè)社區(qū),破壞并摧毀了基礎(chǔ)設(shè)施。

1 地震量級(jí)

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),著名地震學(xué)家、加州理工學(xué)院地球物理學(xué)Jone E.&Hazel S.Smits名譽(yù)教授Hiroo Kanamori正在東京大學(xué)科學(xué)學(xué)院的一個(gè)二層會(huì)議室參加外部咨詢董事會(huì)議。Kanamori說(shuō),在東京大學(xué)科學(xué)系大樓吱吱作響并劇烈震動(dòng)時(shí),他馬上意識(shí)到這是一次大地震,可能是大約400～500 km外的8級(jí)地震?！霸谌毡?感覺(jué)到一些震動(dòng)不值得大驚小怪,”他說(shuō),“但是后來(lái)當(dāng)我被告知震級(jí)為9級(jí)時(shí),確實(shí)十分意外?！?/p>

Kanamori說(shuō),如此大的地震在本破裂區(qū)尚屬首次。他在返回加州后的一次采訪中告訴Eos說(shuō):“盡管我們知道發(fā)生地震的潛在危險(xiǎn),但可能很少有人能夠預(yù)料到那里能發(fā)生如此大的地震?！?/p>

雖然也意識(shí)到了在過(guò)去數(shù)十年中地震科學(xué)取得了顯著進(jìn)步,但Kanamori說(shuō)在此次地震和海嘯以來(lái)的這些天里他一直非?！熬趩省??！翱茖W(xué)在進(jìn)步,但看起來(lái)在這個(gè)特殊案例中,科學(xué)在某種程度上幾乎無(wú)能為力?！彼f(shuō),“所有地震學(xué)家一直努力工作。我們?cè)Ｍ卣鹂茖W(xué)能幫助減輕地震災(zāi)害,我確信這已做到。但是此次地震的破壞如此廣泛,以致減災(zāi)的積極作用沒(méi)有那么明顯?！?/p>

Kanamori建議了幾項(xiàng)可以幫助提高減災(zāi)成效的措施。除了科學(xué)家繼續(xù)開(kāi)展工作以增加對(duì)地震的了解外,他建議科學(xué)和政府備災(zāi)社團(tuán)間增加交流?！翱茖W(xué)家在了解地震過(guò)程方面可以做得很好,但是如果僅僅到此為止,科學(xué)調(diào)查的成果就不能有效地為社會(huì)所用。為求改進(jìn),我們需要科學(xué)團(tuán)隊(duì)與處理實(shí)際問(wèn)題的人群之間更好地交流?！?/p>

另外,他指出,在考慮地震事件的時(shí)間尺度時(shí),地震學(xué)和有儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)的歷史相對(duì)很短。“我們必須對(duì)意料之外的事情做準(zhǔn)備,這在地震學(xué)中無(wú)法避免,”他補(bǔ)充說(shuō),“我們的經(jīng)驗(yàn)非常有限。我們畢竟無(wú)法做出很確定的預(yù)測(cè)。所以防災(zāi)策略應(yīng)該更全面而不是更單一。”基于這些思路,他說(shuō),日本關(guān)注日本西南海岸的南海海槽很好,但是“你應(yīng)該看看更大的區(qū)域而不是過(guò)分關(guān)注特定地區(qū),從而可以將你的精力分配到其他地方”。

2 提出的重要問(wèn)題

東京大學(xué)科學(xué)學(xué)院研究生院的Robert Geller在一封致Eos的電子郵件中指出,板塊構(gòu)造已經(jīng)活躍了至少10億年且很可能更久,科學(xué)家僅有約100年的“儀器地震學(xué)獲得的地震發(fā)生數(shù)據(jù)”樣本?！拔覀儾粦?yīng)該對(duì)9級(jí)地震發(fā)生在(對(duì)我們來(lái)說(shuō))未知的已發(fā)生過(guò)9級(jí)地震的地區(qū)感到驚訝(盡管這些地區(qū)很可能在地質(zhì)學(xué)上的最近,也就是過(guò)去,已經(jīng)發(fā)生過(guò)9級(jí)地震)?！?/p>

另外,Geller說(shuō)他希望日本的地震學(xué)家停止有關(guān)推測(cè)地震發(fā)生在東海東京和名古屋之間太平洋海岸的外?；蚱渌魏蔚胤降臄喽?。“就我們目前的知識(shí)水平,沒(méi)有依據(jù)可斷定日本太平洋沿岸的一個(gè)地區(qū)比其他地區(qū)更安全或更危險(xiǎn)。它們都將在未來(lái)某時(shí)發(fā)生地震?！彼a(bǔ)充說(shuō),使預(yù)案集中于某些特定地區(qū)(如東海)的預(yù)測(cè),能使其他地區(qū)(如日本東北和神戶)陷入“盲目的安全”。

位于紐約帕利塞德斯的哥倫比亞大學(xué)Lamont-Doherty地球?qū)嶒?yàn)室的研究員Geoffrey Abers說(shuō),與其他地區(qū)一樣,日本對(duì)其北半部分的地震活動(dòng)性也投入了很多關(guān)注。他說(shuō):“監(jiān)測(cè)日本北半部分的儀器很可能比南海以外的任何俯沖帶都多?！彼赋?位于仙臺(tái)的東北大學(xué)擁有在日本領(lǐng)先的地震學(xué)計(jì)劃。他說(shuō):“在很多方面這個(gè)地方已成為全球研究最多的俯沖帶區(qū)段?！盇bers補(bǔ)充說(shuō),使人震驚的是在這個(gè)俯沖帶發(fā)生了如此大的地震,以前一直假設(shè)它可能發(fā)生8級(jí)而不是9級(jí)地震。

Abers說(shuō):“到目前為止,這是我們記錄最好的大地震?！彼f(shuō),日本擁有世界上最好的、在任何地方都有相當(dāng)密度的由測(cè)震儀和強(qiáng)震動(dòng)儀組成的地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)。“這是我們可以深入了解大地震破裂時(shí)究竟發(fā)生了什么事情的地方?！?/p>

Abers說(shuō),突出的問(wèn)題有:地震如何“決定”它將成為大地震,以及地震中擴(kuò)展幾百公里的破裂到底有什么不同(如果有的話);斷層如何起作用;日本東北地震破裂與之前的其他地震破裂是什么關(guān)系,以及一個(gè)地震能否觸發(fā)另一個(gè)地震。此外,還有關(guān)于橫越太平洋的海嘯、建筑標(biāo)準(zhǔn)和其他減災(zāi)措施防災(zāi)程度的考慮。

美國(guó)地震協(xié)會(huì)主席、位于索科羅的新墨西哥礦產(chǎn)和技術(shù)研究所教授Richard Aster也說(shuō),這次地震和海嘯提出了很多重要問(wèn)題。他說(shuō),在科學(xué)和社會(huì)方面此次地震都占有“歷史份額”。Aster指出,此次地震釋放了全球上世紀(jì)積累的總地震能量的5%,并補(bǔ)充說(shuō)這種戲劇性的、大量能量釋放的地震是罕見(jiàn)的,它們“就像地震學(xué)中的超新星”。

他告訴Eos:“這個(gè)國(guó)家在地震中很好地幸存下來(lái),但是海嘯明顯越過(guò)海岸防護(hù)并引起了巨大破壞,就在我們說(shuō)話時(shí)泛濫還在繼續(xù)。關(guān)于日本的一個(gè)大話題將是海嘯規(guī)模超過(guò)預(yù)期。除了巨大的地震,這個(gè)悲劇的主要部分將是海嘯帶來(lái)的破壞。”

Aster說(shuō),研究者們也將加深對(duì)全球一些俯沖帶的可能最大可信地震的認(rèn)識(shí),應(yīng)注意到科學(xué)家之前沒(méi)有廣泛地預(yù)料到這里會(huì)發(fā)生9級(jí)地震,也沒(méi)有預(yù)料到在2004年蘇門(mén)答臘會(huì)發(fā)生如此大的地震。他說(shuō):“我們還將了解全球什么樣的俯沖帶能夠產(chǎn)生一系列的大地震,”并補(bǔ)充說(shuō),日本東北地震是美國(guó)西北太平洋及其他潛在地震危險(xiǎn)地區(qū)的“警鐘”。他說(shuō):“在全球地震危險(xiǎn)性非常高的部分地區(qū),可能發(fā)生比我們之前所預(yù)想的震級(jí)還要大的地震,我們應(yīng)該有所準(zhǔn)備。這是基于很少數(shù)據(jù)量的清晰信息”。

另外,Aster懷疑地球是否進(jìn)入了數(shù)十年的大震期。通過(guò)回顧20世紀(jì)的地震目錄,他說(shuō):“在過(guò)去大約7年里,8級(jí)及以上的地震數(shù)量明顯升高。這意味著什么?這是隨機(jī)的嗎?或者強(qiáng)震之間通過(guò)遠(yuǎn)程觸發(fā)相互聯(lián)系?對(duì)此我們沒(méi)有答案,但是過(guò)去7年的大地震明顯填補(bǔ)了我們的知識(shí)空白?！?/p>

3 監(jiān)測(cè)、公共預(yù)案和減災(zāi)

USGS地震和地質(zhì)災(zāi)害高級(jí)科學(xué)顧問(wèn)David App legae指出了與地震和海嘯相關(guān)的一些重要挑戰(zhàn),包括將小概率但后果嚴(yán)重事件中獲得的教訓(xùn)集成于公共決策中。他說(shuō):“對(duì)于在執(zhí)政周期內(nèi)掌權(quán)的官員來(lái)說(shuō),去考慮在地質(zhì)時(shí)間里僅是一眨眼之前、但祖輩并無(wú)記憶的地震事件十分困難?！?/p>

App legae說(shuō),在如此規(guī)模的災(zāi)難中,認(rèn)識(shí)到什么措施起到了作用很重要。例如,他指出在海嘯區(qū)以外很多結(jié)構(gòu)并未倒塌。此外,災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)和教育工作也能夠挽救生命。App legae說(shuō),此次地震和海嘯已是“難以置信的糟糕。但是如果日本不采取措施

數(shù)年中在監(jiān)測(cè)能力、公共預(yù)案和減災(zāi)中做出投資可能會(huì)更糟;我們不能忽視這些?！?/p>

他指出另一個(gè)挑戰(zhàn)是我們有限的地震知識(shí)。“還有很多需要了解。我們需要繼續(xù)做研究。我們需要虛心地去處理已有知識(shí)?？茖W(xué)家們?cè)噲D指出哪個(gè)俯沖帶最可能產(chǎn)生9級(jí)地震,但我們已經(jīng)看到有兩次,蘇門(mén)答臘和現(xiàn)在的日本,都不在他們的名單的前列。但是另一方面,它們是俯沖帶?！彼f(shuō),“這是我想責(zé)備的:對(duì)地震在哪里發(fā)生我們確實(shí)知道很多,但我們必須虛心地考慮我們的知識(shí)范圍,以及我們可以將這些知識(shí)公開(kāi)應(yīng)用到什么程度?！?/p>

他補(bǔ)充說(shuō),從這一地震中“我們有道德責(zé)任盡其所能學(xué)得更多”,并廣泛地開(kāi)展應(yīng)用,以了解和減輕將來(lái)很可能發(fā)生在日本或其他地方的地震與海嘯災(zāi)害。

譯自:EOS.2011,92(12):97,99

原題:Scientists examine challenges and lessons from Japan earthquake and tsunami

(中國(guó)地震局地球物理研究所 王玉石 譯;李小軍 校)

(譯者電子郵箱,王玉石:w ysh.igp@gmail.com)

P315;

D;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.06.002

2011-06-08。