活躍的大地
人類生存和成長的過程中,充滿了坎坷艱辛,每走一步都付出了很大的代價。來自天外的災難,不知何時會突然降臨到人類的頭上;我們日常生活的環境中,也常常是危機四伏。地震、火山爆發。海嘲、山崩……無時無刻不在威脅著人類的生命財產安全。九大行星排列方式的變化所導致的引力合力,有可能引發地震和火山爆發,對這些,我們一樣不可以掉以輕心。曆史上,不平靜的大地和海洋也曾不止一次地給人類帶來災難……
地震:災難性的振動
我們腳下的大地
腳踏實地,能使人感到踏實。其實,我們腳下的大地,並不平靜,它也有自己的脾氣,時不時就要發作一番。《太平禦覽》引《紀年》稱“梁惠成王七年,地忽長十丈有餘,高尺半。”又稱“周隱王二年,齊地暴長,長丈餘,高一尺。”好端端的太平地,會忽然自己長高一截,當然要令古人驚異了;或許,遠古神話中,鯀為了治服洪水,舍命從天帝那裏竊來的“息壤”(水漲多高,息壤便自動長多高),其神奇的特性就是從“地暴長”的現象中引伸出來的。
我們通常所說的大地,是指地球的固體表麵,在地質學中稱為地殼。陸地範圍內的地殼厚約數十公裏,海洋範圍內的地殼較薄,最薄處僅數公裏厚。地殼的下麵是地幔,地幔的厚度為2900公裏,分為三層,上層約370公裏厚,過渡層約600公裏厚,下層厚1900公裏。地幔的下麵是地核,分為外層和內層兩部分,內層即地球的核心,半徑為1370公裏;外層由液態鐵構成,地球的磁場就是由它們產生的,其厚度是2100公裏。
特別有趣的是,地殼岩石與地幔岩石之間存在著一個明顯的分界線,稱為莫霍羅維奇不連續麵。更為奇妙的是,在地幔的最上層,有許多部分的岩石處於融化狀態,像很稠的粥,又像泥漿,被稱之為岩流圈;而地殼可以在岩流圈上自由地漂移,其動力似乎與地球的自轉有關,又好象與月球對地殼的引力作用有關。
在岩流圈上漂移的地殼,並不是鐵板一塊,而是分裂成許多的板塊,諸如歐亞板塊、北美板塊、非洲板塊、印澳板塊、太平洋板塊、那斯克板塊、南美板塊、南極板塊;研究板塊移動規律的學說被稱為大陸漂移學說,或板塊大地構造學說。
大體上,板塊之間的運動可分為四種類型。兩個板塊相擦而過,在相擦地帶易發生地震、地裂縫,以及地質斷層。兩個板塊相互碰撞,使相交處的陸地擠壓在一起,形成高高的山脈,喜瑪拉雅山脈就是這樣出現的;由於印澳板塊仍在向北擠壓歐亞板塊,因此喜瑪拉雅山仍在不斷升高。兩個板塊相互分離,板塊的邊界通常都在海洋中,在大西洋的海底有一條從南到北延伸的巨大洋脊,它正好將大西洋底的地殼對稱地分開,在那裏有許多海底火山活動,而衛星測量表明大西洋正在以年均數厘米的速度加寬;對此,科學家相信,大西洋海底的洋脊正在不斷湧出熔岩,為兩側的板塊增添新的物質,並使它們相互分離;相比之下,紅海下麵有一個新生的洋脊,它正在使非洲和阿拉伯分離,並遲早會使紅海變成浩瀚的大洋。
在太平洋的海底卻有一條深深的海溝,它是歐亞板塊與太平洋板塊的分界線,薄薄的海底地殼在這裏被擠壓到厚厚的大陸地殼的下麵,並在地幔的最上層被熔化,其中一些熔岩泄漏出來形成島弧。顯然,太平洋在不斷地收縮,但地球的表麵積並沒有改變,因為其效應正好被大西洋的擴張所抵消。
最早明確提出並詳細論證大陸漂移學說的人,是德國的天文學家阿爾弗雷德·魏格納,時在1912年,大約過了半個世紀,這種假說才被人們廣泛地接受。但是,大陸可以漂移的觀念,古人卻早已有之。
渤海之東不知幾億萬裏,有大壑焉,實為無底之穀,其下無底,名曰歸墟。八九野之水,天漢之流,莫不注之,而無增無減焉。其中有五山焉:一曰岱輿,二曰員嶠,三曰方壺,四曰瀛洲,五曰蓬萊。其山高下周旋三萬裏,其頂平處九千裏。山之中間相去七萬裏,以為鄰居焉。其上台觀皆金玉,其上禽獸皆純縞。珠王千之樹皆叢生,華實皆有滋味,食之皆不老不死。所居之人皆仙聖之種,一日一夕飛相往來者,不可數焉。而五山之根無所連箸,常隨潮波上下往還,不得暫峙焉。仙聖毒之,訴之於帝。帝恐流於西極,失群仙聖之居,乃命禺強,使巨鼇十五舉首而戴之。迭為三番,六萬歲一交焉。五山始峙而不動。而龍伯之國有大人,舉足不盈數步而暨五山之所,一釣而連六鼇,合負而趣歸其國,灼其骨以數焉。於是岱輿、員嶠二山流於北極,沉於大海,仙聖之播遷者巨億計。帝憑怒,侵減龍伯之國使阝厄,侵小龍伯之民使短。至伏羲神農時,其國人猶數十丈。
——《列子·湯問》
通常我們都將上述記載視為神話,其實它很可能是古人對地質大災難的某種真實記憶。用今天的觀點來看,五座仙山就好像五個大陸板塊,歸墟則好像太平洋底下的大海溝,仙山的漂遊便是大陸板塊的漂移。不過,大陸漂移是一個極緩慢而又漫長的過程,人類不可能直接感受到並記憶下來這種變化所造成的災難,但是這並不妨礙古人也可以產生大陸漂移的觀念。當然,上述神話也可能起源於海麵升降所造成的蒼海桑田巨變的事實。例如,在一萬年前的冰川時期,海平麵遠比今日為低,我國的渤海、黃海和東海的大部都變成了陸地,並有人類生息(可能是炎帝部落和蚩尤部落);到了7000多年前,由於世界性氣溫回升,冰川消融,海平麵上升,海岸線向西挺進到太行山腳,泰山變成了茫茫大海中的孤島,許多遠古部落慘遭滅頂之災(炎帝少女女娃淹於東海,化為精衛鳥,銜西山之石以填海),當然也有“仙聖之播遷者巨億計”的現象,筆者相信這正是遠古炎黃之戰的起因。
不過,總的來說,我們腳下的大地,還是相當堅實可靠的,它為人類提供了賴以生息的基礎;隻是偶爾它也會發一下脾氣,或者伸展一下身軀,於是出現了山崩、地震、地陷、地裂、火山噴發,並伴隨著某些有毒氣體的外泄,以及種種的神秘現象,因為大地在震動中的相互摩擦會產生大量的靜電及相應的電磁效應。大地的上述運動現象,有時還會受到其他因素的影響或觸發,如大氣的氣壓變化和降水變化,月球、太陽等星球在運動中的引力變化,以及人為活動的影響(修建水庫,抽取地下水,開挖地下深處的煤和石油天燃氣等礦物;目前人類已有能力挖到地下15公裏的深處,幾乎可以挖穿地殼了)。
地動山搖之類的現象,對於地球來說,隻能算是極輕微的地質運動。但是,對於在那裏生息的人類來說,卻有可能造成巨大的災難,災難的程度往往隨著人口密度的增長而迅速加重。在各種地質災害中,破壞力最強的是發生在人口密集區的大地震,以及地震引起的次生災害。
慘痛的回憶
在所有的自然災害中,地震是最具破壞力的。1201年在埃及北部的一次地震使100萬人喪生。曆史上沒有任何一次台風、火山爆發、龍卷風殺死過這麼多人。在過去的2000年間,世界上3/4的地區,主要的自然災害是地震。死亡和破壞不僅來自地震本身,而且來自因為地震斷裂的電線引起的大火,破裂的煤氣管道,破裂的汙水管汙染的飲用水。水下發生的地震(大部分的地震發生在水下)會產生海嘯,這在沿海地區較常見,並會引起嚴重的水災。
在世界範圍內,死亡人最多的地震,是發生在1201年7月的地中海東部地區,據估算約有100多萬人死於這次地震。本世紀初最著名的地震是日本關東大地震,發生在1923年9月1日,大地震引起東京、橫濱大火,近60萬幢房屋毀於地震及地震引起的大火中,14餘萬人在地震和大火中喪生;據說,日本人接受了這次慘重的教訓,在城市建設和國民減災防災教育中采取了許多有效的措施,他們相信若再次發生同樣的大地震(8.3級),東京(現在人口已超過1000萬)因房屋倒塌致死者不會超過200人,因火災等次生災害死亡者不會超過8000人,總損失要遠遠低於1923年的那場大地震。
事實上,人們已經認識到,地震中的真正殺手是那些笨重而又不結實的建築物。1988年12月7日亞美尼亞7.1級地震有25000人死於倒塌的建築物下。1990年6月20日伊朗7.7級地震,死亡45000人,主要原因是房屋的質量太差,住宅在地震中變成了墳墓。1992年10月12日下午3時9分,一場僅持續20秒的6級地震,使埃及首都開羅市的麵目全非,58幢建築物完全倒塌,近400人死亡和數千人受傷,而距震中更近的金字塔和獅身人麵像卻安然無恙。對比之下,1989年10月8美國舊金山7.3級地震中,僅有70餘人死亡;而1992年6月28日美國洛杉磯7.9級地震中,除了數百人受傷外,僅有一名兩歲多的兒童被震落塌下的煙囪砸死。
我國大陸地震約占世界大陸地震的29.5%,據統計,我國曆史上有記載的地震共計8137次,其中1004次為破壞性地震,僅自14世紀以來就發生過8級以上地震17次。1556年1月23日陝西華縣發生8.0級地震,自潼關至芮城一帶,地震引起山崩,黃河渭河被壅塞數日,或地裂泉湧,或城郭房屋陷入地中,或平地突成山阜,或一日連震數次,總計“壓死官吏軍民奏報有名者82萬有餘,其不知名未經奏報者複不可數計”,當時正逢嚴冬奇寒,流離失所者又有許多凍斃在逃難途中。1920年12月16日,寧夏海原發生8.5級地震,地震波及130多個縣市,20餘萬人不幸遇難。
對中國人來說,誰也不會忘記1976年7月28日,那天淩晨,酣睡中的唐山市民,被強烈的地震驚醒,20餘萬人尚未明白發生了什麼事情就被倒塌的房屋砸死,還有許多人在遲到的救援降臨時已咽下了最後的一口氣,更多的傷殘者和幸存者至今仍心有餘悸。這場7.8級的地震還波及到天津市和北京市,其造成的心理恐慌則漫及到全國、數千萬人或上億人躲進了臨時搭建的防震棚中,有些人在地震謠傳中跳樓身亡,還有不少人則死於防震棚火災中,停工停產造成的經濟損失更是無法統計。
近年內的另一起發生在人口稠密地區的大地震是神戶阪神地震。
阪神地震發生於1995年1月17日上午5時45分,強度為7.2級,死亡5,500多人,造成1,000多億美元的財產損失。大地震發生後的第4天,一位年輕的日本土木工程師來到神戶研究地震災害。他親眼目睹了阪神高速公路被毀的可怕景象:高架公路的柱子被壓彎震裂;沿途到處可見大梁已從支座上滑落下來;一輛公共汽車被拋在路邊搖搖欲墜。一段約400米長的四車道高速路段被翻倒在路旁。事後,這位工程師回憶說:“我們常說日本的地震工程是世界最棒的,我想,現在不能這麼說了。”
多數專家都深信,日本的地震工程是第一流的。對世界上地震多發區的一個明確無誤的警告是:盡管工程非常之好,然而哪怕是中等強度的地震,如阪神大地震,就足以造成巨大的毀壞。
經過一年多的研究,專家們對發生在神戶的這次地震有了較為深入的了解。神戶的經驗表明,當斷層正好處於城市地底下時,即使是中等強度的地震,也會造成致命的衝擊。
離震中越近越危險,這是常識。恰巧最近的幾次地震,都發生在裝有地震記錄儀的地區,使地震學家和工程師們得以逐漸認識到:靠近斷層的震動要比以前想像的強烈得多。這就是說,對於一個城市來說,如果在它的腳下存在一個較小的斷層,那麼該斷層如果發生一次中等強度的地震,所造成的破壞也會比遠離該城市幾十公裏發生強震所造成的破壞嚴重得多。
在一年以前,沒有人對神戶地下的斷層線有過足夠的注意。這是一個失誤。夾在群山和大阪灣之間一塊5公裏寬的平地上的神戶是日本的交通要衝。本州島的所有主要公路和鐵路都從這條狹窄的走廊經過,地震後全被切斷。由於一座高架橋坍塌,就連高速列車也無法使用。阪神高速公路不但倒塌了,而且倒塌殘餘物還堵塞了連接大阪和神戶之間的一條主要公路。
震後最初幾天,支援受災城市的糧食和其它救濟物資大多是用摩托車運輸的。司機們不得不繞過高速公路的瓦礫堆走人行道。有些馬路步行都無法通行。在城市的老居住區裏,狹窄的街道上堆滿了瓦礫,雜亂不堪。
這些房屋抗台風是非常好的,但抗地震則很差。傳統的日本結構房屋靠很重的陶瓦屋頂來抵抗台風。但當大地抖動時,沉重的、搖擺著的屋頂慣性會產生很大的水平載荷施加於柱及梁結構上,而這種結構通常沒有斜支撐或實心牆。
地震中,約占該地區房屋10%的55000棟房屋倒塌了,另外32000棟遭到嚴重破壞。房屋倒塌造成的傷亡占傷亡總數的90%,並使30多萬人無家可歸。倒塌房屋的碎木頭為發生的140多處大火提供了燃料,街上的瓦礫堆給消防人員救火造成不便,自來水管斷裂又使他們無水可用。
營救隊伍把注意力集中在居民區。因為地震發生在早晨,當時大多數居民還在夢中。如果地震發生在中午,情況可能是另一個樣子,那可能更為悲慘。
阪神地震的震源在大約離市中心19公裏處,並直接在城市的地底下傳播。斷層線附近的地震力不但比預期的要大,而且這些力被所謂“方向性”現象疊加在一起:當一個斷層破裂時,地震波傳向四方,但當破裂點沿斷層移動時,沿破裂方向傳播的地震波會疊加在一起。
如果破裂移動的速度接近於地震波在土中傳播的速度,那麼,在破裂段的末端會釋放出一個疊加起來的地震能量脈衝。這種情況在破裂沿一條較直的直線移動時特別明顯,如1994年1月的諾斯列齊(Northridge)地震,而對於1995年的阪神地震則稍差一些。
洛杉磯是幸運的,那場震源在諾斯列齊正下方的地震,向其北麵人口稀少的山區裏釋放其經疊加而強化的能量脈衝,而神戶卻沒有這麼幸運。
馬可托·魏泰勃是位結構工程師,是巨人建築公司清水公司的高級領導,他指出,在神戶的地震記錄儀中清楚地記錄了方向性效應。他說:“在阪神地震中值得重視的事情之一就是地震的持續時間非常短暫,隻有7.5秒,但卻非常強烈。”
在距神戶斷層線幾英裏之內,市中心區的許多低層和中高層的辦公樓和商業樓都全部倒塌或部分倒塌了。許多倒塌是地震破壞的典型例子。其中最常見的要算工程師們所說的“軟層”倒塌。軟層倒塌的一個典型可以在比較小的商業樓中看到,它們的底層有寬大的商店櫥窗,或者有車庫的入口,上麵幾層是辦公室或公寓。這些很大的洞口使底層比上麵幾層要柔弱或“軟”。當地震發生時,房屋的搖動集中在弱層上,使得結構難以承受那增大了的應力。多數情況下,底層被摧毀,上麵幾層基本完整無損地倒塌在一個平麵上。
同樣的破壞可以在不少較大的多層鋼筋混凝土大樓的中部看到:大樓的某一層幾乎消失了,而它的上麵和下麵幾層卻隻有少量的破壞。經研究發現,原來是大樓結構,或是形狀的改變造成了軟層。神戶市府大廈的附屬建築就是一個例子。八層樓的附屬建築,第六層成了“薄煎餅”。後來查明:六層以下是型鋼骨架外包鋼筋混凝土的組合結構,六層以上是純粹的鋼筋混凝土結構。不同結構的交接處造成的薄弱平麵,導致了大樓致命的不幸。
當有些大樓由於震動而毀壞時,令人驚異的是不少大樓甚至連一點傷痕也沒有。幾座高聳的玻璃塔樓連一塊窗玻璃都沒震碎,仍矗立在倒塌的瓦礫堆旁。在被震壞的市府大廈附屬建築旁邊,是新建的一座32層的玻璃鋼結構塔樓,沒有遭到損壞,因而把城市地震急救指揮中心設在那裏。業已證明,房屋抗震性能好壞的決定性因素是它的建造年代。
地震前的怪異現象
大地震前往往會出現一些怪異的現象,好象是大自然通過各種方式向人們發出了警報。
19957月22日,甘肅永登縣發生5.8級地震。霎時間房屋倒塌、山體滑坡,重災區80%房屋夷為平地,傷亡百多人,一萬多人無家可歸……
事隔兩月,驚魂稍定的人們才意識到,震前的種種怪異現象是自然界發出的預兆。可惜當時人們並未想到這一層。
甘肅中部幹旱地區的永登當真是多災多難,先是40年不遇持續10個月的旱災,河水斷流,糧食大麵積減產,到7月18日又遇特大暴雨,冰雹襲擊,最大冰雹直徑40多毫米,砸在地上直冒煙。
7月22日地震前,怪異現象更是頻繁發生。
7月21日,七山鄉官川村李永山老漢在山上放羊時發現許多蛇往山上竄。下午,羅成順在地裏勞動時,見成群的老鼠倉皇逃遁,大老鼠帶小老鼠跑,小老鼠互相咬著尾巴,連成一串。地溝村下社的火善香,在沙溝和院牆看到青蛙滿地跑。當天晚上,王得福喂豬時,豬吃了兩口,突然豎起兩耳,好像聽到什麼,煩躁地在豬圈裏亂蹦亂跳,這裏的羊也驚得到處跑。
這天深夜,前山村石明全家的狗死活不讓人睡覺,驚恐萬狀。長溝村馬登順養的十多隻雞四處亂竄,有的飛上院牆嘎嘎亂叫,有些在舍內扇翅驚飛,仿佛有什麼東西在追逐它們。與此同時,雄灣村火元真給騾馬喂料時,牲口亂咬亂踢亂蹦,怎麼吆喝也不管用。22日淩晨四點多種,一匹騾子掙斷韁繩,大聲怪叫著衝出馬廄,在山坡上撒蹄狂奔!
地震之前,前山村深溝口社的群眾養的狗和牲口發出嘶啞、淒厲的嚎叫,令人聞之心驚肉跳。
當地的老鄉不知是否意識到,一場巨大災難正向他們逼近!
7月22日清晨6時44分,一場5.8級中強破壞性地震終於發生了,震中位於永登縣七山鄉馬家山城、前山、蘇家峽、地溝村一帶。霎時間,房屋倒塌、山體滑坡、道路毀壞。全縣受災麵積810平方公裏,20個行政村、一萬多人受災,10人死亡,143人受重傷、牛羊死亡數千頭。被當地人視為命根子的水窖塌陷10120眼,一些廠礦被迫停工停產。
農民石明全說,7月22日晨6時許,他起床想早點到地裏拔麥,出門一看,外麵下著小雨,就在村上轉了一圈,剛回到自家院裏,就聽見遠處傳來大風、大雷的響聲,未轉過神,忽覺天旋地轉,站立不穩,轟隆一聲,房子倒塌。等他緩過神,看見全村的房子、院牆都不見了,哭聲、喊聲響成一片。
7月27日,地震後第五天,晚10點左右,永登縣七山鄉尖莊子山出現強烈地光,地光升空形成一個圓,20多分鍾後消失。地震時,這座山裂開50厘米寬山縫,將山一分為二,山縫裏冒出帶臭味的氣體。那天晚上10點多,遠鄉的群眾也反映,天空發現一不明飛行物,10分鍾後消失。
地震前後,為什麼會發生種種怪異現象?據介紹,人們觀察到的種種怪現象,在地震學上叫“宏觀異常”。由於絕大多數地震是地殼運動引起的,在運動中岩石受到力的作用,形狀改變,甚至斷裂,發出聲響,同時產生電磁和放電現象,發生五顏六色的光芒,有時還伴有異味。這些被比人更靈敏的動物感知後,表現為驚惶不安的異常狀態,這些都是地震的“前兆”。在地殼運動中,岩石受擠壓斷裂,產生放電,從地縫中鑽出,發出各種顏色的光芒,即是地光。