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来自地底深处的威胁

科学有故事 2017-11-27 22:38:27 阅读:

来自地底深处的威胁

1971 年的夏天,年轻的美国地质学家沃尔斯(Mike Voorhies)回到故乡,一个叫欧查得的小镇。这是位于内布拉斯加州东部的一个小镇。这一天,他走在一片草木丛生的农场中,当他穿过一条深沟时,突然注意到自己上方有一些奇怪的反光,于是他爬上去看个究竟。他看到的是一块保存非常完好的犀牛头骨化石,估计是被最近的一场大雨冲刷出来的。

再往前几步,一个北美洲最重要的化石床之一即将被发现。那里是一个已经干涸的泉眼,埋葬着许多种动物的遗骨,有犀牛、剑齿鹿、骆驼、乌龟和像斑马一样的原始马等等。它们全部死于距今 1200 万年前的一场神秘的自然灾变,那个时期的地质学纪年是中新世。在那时,内布拉斯加还是一个广阔而干旱的平原,很像今天非洲的塞伦盖蒂平原。这些动物的遗骨被发现埋在3米深的火山灰之下。但令人困惑的是,在内布斯拉卡的历史上,从未有过火山活动。

今天,沃尔斯的发现被叫做火山灰化石公园,那里有一个造型别致的游客中心和一个博物馆,里面陈列着显示当地地质史和化石床来历的展品。游客中心紧邻着一间玻璃墙的实验室,游客可以清楚地观看古生物学家们正在清理化石遗骨。有一天早上,我从里面经过,只见一个身着蓝色工作服、头发灰白的人正在独自工作。我一下认出来,此人正是沃尔斯,之前他因为在 BBC 的一部纪录片《地平线》中的主持人而被人熟知。因为地理位置较为偏僻,所以火山灰化石公园的游客不多,沃尔斯似乎很乐意带我四处转转。他把我领到深达 6 米的沟顶上,那就是他当年初次发现化石的地方。

沃里斯开心地对我说,“这个地方其实不是一个寻找化石的好地方。我当时原本就不是去找化石的,而是想画一张内布拉斯加东部地区的地质图而已,所以只是随便逛逛。如果我没有去爬这条沟,大雨又没有刚好把一块头骨化石冲刷出来,那这里永远都不会被发现。”他指了指不远处的一排棚子,那里是发掘工作现场,200 多头各种动物遗骨化石横七竖八地躺在那里。

我就问他为什么说这里不是一个找化石的好地方。他对着面前的这片广阔又毫无特征的草原做了一个横扫的手势说:“你看,如果你要找到化石,你需要看到裸露的岩石。为什么大多数古生物学家总是跑到又干又热的地方,并不是因为那里的化石会更多一点,而是因为在那样的地方你发现化石的机会更大一些。像我们面前这样的地方,你都不知道该如何下手,这里或许有很多好东西,但没有任何外露的线索可以让你知道从何处着手。

起先,人们普遍认为这些动物是被活埋的。沃里斯用 1981 年《国家地理》杂志中的一篇文章给我举例说,“那篇文章把这里称为‘史前动物的庞贝城’,但不幸的是我们不久就认识到这些动物根本不是突然死亡的。它们死于“肥大性肺骨营养不良病”。如果你吸入过多磨砂灰,也会得这种病。它们肯定是吸入了大量的这种致命的灰尘,因为数米厚的灰尘延绵几百公里。”他捡起一块灰色的、有点像粘土一样的土块,捏碎了放入我的手中。这是一种很细的沙砾。他继续说道:“被迫吸入这种东西是极其痛苦的。虽然很细,但其实很尖锐。它们陆陆续续地来到这个泉眼,寻求休憩,但却痛苦地死去。漫天的灰尘摧毁了一切,埋没了草皮,附着在每一片树叶上,把所有的都变成了无法饮用的灰色泥浆。整个世界都不再美好了。”

在纪录片《地平线》中,沃尔斯指出如此多的积灰是一件非常惊奇的事情。事实上,内布拉斯加的大量积灰早已被人所知,这些积灰被开采出来用于制造家用去污粉差不多已有一个世纪的历史了。但让我感到好奇的是,这么长久以来,居然没人想到问一声这些积灰是从哪里来的。

“说起来都有点儿脸红,”沃里斯微微一笑说,“我第一次想到这问题还是因为《国家地理》杂志的一个编辑有次问起我这些积灰的来源,我才突然意识到其实从来没人知道这些玩意儿到底是从哪儿来的。”

于是,沃里斯把积灰的样品寄给了美国西部地区的每一个同行,希望有人能认出它们。几个月之后,爱达华州地质勘探局的地质学家邦尼奇森(Bill Bonnichsen)与沃里斯取得联系,他告诉沃里斯,这些积灰与一种火山喷发物吻合,可能来自爱达华州西南的一个叫贾比奇(Bruneau-Jarbidge)的地方。凶手终于找到了,杀光内布拉斯加平原上动物的事件是一次规模超出以往所有想象的火山大爆发,大得足以在 1600 公里之外的内布拉斯加东部形成了 3 米厚的火山灰。这说明了一个问题,在美国西部的地层下,有一大锅岩浆,并且有一个巨大的火山口,大约每隔 60 万年会有一次灾难性的大喷发。上一次喷发距今已经超过了 60 万年。这个火山口今天依然在那儿,我们现在叫它——黄石国家公园。

实际上,我们对自己脚底下发生的事情知道的少得令人吃惊。我们知道地球中心有一个地核的时间比福特发明汽车和诺贝尔奖金的创立时间还晚,想想就吃惊。而大陆就像睡莲一样四处移动的观点被人们普遍接受的时间还远不到一代人。物理学家费曼曾经写过:“我们对太阳内部物质分布的了解程度居然要远高于我们对自己的地球内部的了解程度。这听上去蛮奇怪的。”

从地表到地心的距离大约是 6370 公里,这其实并不算太远。如果我们打一口直达地心的深井,然后扔一块砖头下去,大约只需要 21 分钟就能落底。关于打穿地球从而实现快速地从地球的这头抵达那头的科幻作品挺多的,例如刘慈欣的《地球大炮》,还有一部被翻拍过两次的科幻电影《全面回忆》,都有关于穿越地心的描写。物体到达地心时会失重,因为地球的引力在那点上是同时指向所有方向,从而互相抵消。但是在现实中,人类朝地心方向的进展少得可怜。南非有一两个金矿的深度大约是 3 公里,但地球上绝大多数的矿井深度都不超过 400 米。喜马拉雅上的思考盒子,前段时间就做了 3 集有关地心钻探的节目,对这方面感兴趣的可以去听,目前人类在地球上钻出的最深的几个孔是俄罗斯的科拉超深井和库页岛的一个油井,以及卡塔尔的阿肖辛油井,他们的深度大约都在 12300 米上下,差不了多少。也就是 10 公里多一点,与地心 6370 公里相比的话,就好像地球是一个苹果,我们连苹果皮都还没戳破呢。

只不过是在一个世纪多一点点之前,有关地球内部的科学知识,一个正统的地质学家并不比一个挖煤的人多知道多少。这么说吧,挖过煤的人都知道朝土里挖一段距离之后就一定会遇到岩石,科学家无非也就知道这么点东西了。直到 1906 年,危地马拉发生了一次地震,爱尔兰地质学家奥尔德曼(R. D. Oldham)在检阅这次地震被记录下来的地震波时,他发现,有一种地震波在穿透到地球内部某个深度时被以一定角度反弹了回来,似乎遇到了某种阻碍。从中他得出一个结论:地球中心有一个地核。三年后,克罗地亚地震学家莫霍洛维奇(Andrija Mohorovicic)在研究萨格勒布地震时也发现了这种有点儿怪异的反弹现象,只是出现在更浅的地层中。最终,他发现了地壳与地幔的分界线。这一分界区就是著名的莫霍不连续面,简称为莫霍面。

至此,人类终于对地球内部的层次结构有了一个很初步的概念,真的是很初步。接着就到了 1936 年,丹麦科学家莱曼(Inge Lehmann)在研究发生在新西兰的许多地震记录时,又发现地核其实有两层,内核和外核。内核是固态的,而外核则被认为是液态的,并且是地磁场的产生根源。

就在莱曼改变我们对地球内部结构知识的同时,有两位加州理工的地质学家一起发明了一种比较两次地震强度的方法,他们一个叫里克特(Charles Richter),一个叫古滕堡(Beno Gutenberg),但出于一些显然不太公平的原因,地震的强度总是被称为“里氏震级”。不过这肯定与里克特本人无关,他是一个低调的人。他从来没有用自己的名字与地震强度挂钩,他从来都只使用“震级”的说法。

“里氏震级”这个词在早期的时候总是被广大的普通老百姓所误解,总是有人在里克特的办公室中向他要求看一眼了不起的“里氏震级”,他们总以为那是一台机器。当然,那不是一个东西,而是一个术语,一个人为定义的描述地球震动强度的度量。里氏震级的强度是以指数级增长的,每相差一级,能量释放大约相差 32 倍,比如 7.3 级地震就比 6.3 级地震要强大约 32 倍,比 5.3 级地震则要强上大约 100 倍。

至少从理论上来说,震级没有上限,当然也没有下限。震级只是对一次地震中释放的能量的度量,并不是指它的破坏程度。一次发生在 650 公里深处的地幔中的7级地震,对地表不会造成任何破坏。但一次发生在地表 6.7 公里之下的强度小得多的地震却有可能带来灾难性的后果。当然,破坏程度还取决于很多其他的因素,比如土层的性质、持续时间、余震的大小和频率、震区的具体情况等。这些都表明最恐怖的大地震可不一定是震级最大的,当然震级也绝对是一个重要的指标。

自从里氏震级发明以来,强度最大的地震要么是 1964 年 3 月发生在阿拉斯加的威廉王子湾大地震,里氏 9.2 级;要么就是 1960 年发生在智利近海的太平洋大地震,最初记录的强度是里氏 8.6 级,但后来又被一些权威机构(包括美国的地质学会)提高到里氏 9.5 级。从中你可以看出,测定震级并不总是一门精确的科学,尤其是当记录仪远离震源时。但毫无疑问上面两场大地震都是超强的。1960 年的那次不仅给整个南美洲的海岸线造成了广泛的破坏,而且引发了大海啸,海浪在太平洋上前进了 10000 多公里后,冲入夏威夷希洛市区(Hilo)的许多地方,摧毁了 500 多幢建筑,60 人死于非命,惊涛骇浪一直推进到更遥远的日本和菲律宾,制造了更多的灾难。

纯粹以破坏程度来论的话,可能有记录以来最强烈的一次地震是 1755 年 11 月 1 日(万圣节)的葡萄牙里斯本大地震,把里斯本变成了一片废墟。那是早上 10 点不到一点,整座城市突然开始剧烈地摇摆,持续了恐怖的整整七分钟,现在的估测是里氏 9.0 级。震颤极为强烈,以至于海水从港口倒灌进来,然后又掀起了 15 米高的巨浪反弹回去,大大增加了破坏力。第一波震动停止后,幸存者们仅仅只享受了 3 分钟的宁静,第二波震动接踵而至,只比第一次略小一点儿。第三波也是最后一波震动发生在 2 小时后。最终,6 万多人遇难,方圆数公里以内的几乎每一栋建筑都变成了瓦砾。作为比较,1906 年的旧金山大地震的估测强度是里氏 7.8 级,持续时间少于 30 秒。但是如果以伤亡程度来比较,我国则是最不幸的。根据中国青年网今年 8 月份的一篇文章中说,人类历史上死亡人数最多的一次地震是发生在明朝嘉靖三十四年的陕西省华县,因为也是凌晨发生,当地人几乎是团灭,死亡人数超过 83 万人。全世界历史上伤亡人数最多的前 10 大地震中,中国就占了 3 次。还有两次是 1920 年发生在宁夏的海原大地震和 1976 年的唐山大地震。离现在最近的一次伤亡惨烈的大地震是 2010 年 1 月 12 日发生在海地的太子港大地震,我想大家应该还有印象,死亡人数超过 27 万。而我们每个人都记忆犹新的汶川地震死了 7 万人。

实际上,地震是相当频繁的。世界范围内平均每天都要发生 2 起里氏 2.0 级或以上的地震,足以让震源附近的人心惊肉跳。虽然大多数地震都集中在一些特定的区域,尤其是环太平洋地区,但地震几乎可以在任何地方出现。在美国,迄今为止,只有佛罗里达州、德克萨斯州的东部和中西部是幸免的。唐山就是位于一般认为最不可能发生地震的地区。

地震多发于两个板块的连接处,例如位于沿着圣安德烈斯断层(San AndreasFault)分布的美国加州。当两个板块互相推挤时,压力就会积聚,直到有一方让路为止。一般来说,两次地震间隔的时间越久,蓄积的压力就会越大,也就意味着地震波及的广度和强度都越大。全世界有一个超级大城市面临着很大的危机,这就是东京。伦敦大学院(University College London)的麦克圭尔(Bill McGuire)教授把东京描述为“一个等待死亡的城市”(你当然不会在旅游手册中看到这样的格言)。日本已经以多地震而出名,而东京又恰好处在三个构造板块的连接处。你可能还记得 1995 年发生在东京以西 500 公里的神户大地震,震级为里氏 7.2 级,6394 人遇难,财产损失高达 990 亿美元,但这与东京即将面临的灾难比起来,真不算什么。

东京近代以来已经遭受过一次地震的重创。那是 1923 年 9 月 1 日的午后,东京发生了著名的关东大地震,强度是神户大地震的 10 多倍。20 万人在这次灾难中遇难。自那以后,东京一直保持着诡异的平静,因此地底的能量已经积聚了 90 多年,最后总归要释放出来的。1923 年的东京,人口大约 300 万,而现在已经接近 3000 万。没人愿意去猜测又会有多少人死于下一次大地震。不过令东京人感觉稍微舒一口气的是 2011 年在东京 300 多公里外的福岛发生了地震,里氏 7.1 级,能量算是被释放了一些出去,但是,毕竟是 300 多公里外了,天知道东京的地底下正在发生着什么。

还有另外一种更加令人不安的地震,它可以在任何时候出现在任何地点,这种地震被称为跨板块地震。发生在远离板块边缘的地方,完全无法预报。而且,因为这种地震源自极深的地底,因此波及的范围也大得多。在美国发生的最有名的一次该类型地震是在 1811 年至 1812 年间,在密苏里州的新马德里,3 次地震接踵而至。1811 年 12 月 16 日午夜刚过,人们突然被农场中惊恐不安的大量动物发出的喧闹吵醒,紧接着,就从地底深处传来了巨大的撕裂声。人们紧急跑到室外,马上就看到大地翻滚起了 1 米高的波浪,并且撕开了几米深的大裂口,空气中充满了浓重的硫磺味。地震持续了几分钟,当然造成了巨大的财产损失。画家奥杜邦(John James Audubon)刚好在那里,他成了目击者之一。地震的影响范围非常大,远在 600 多公里之外的辛辛那提的一根烟囱都被震塌了。至少有一份资料中记述“停在东海岸港口的船也被毁了……甚至震倒了华盛顿国会大厦四周的脚手架。”次年的 1 月 23 日和 2 月 4 日,又发生了两次同等量级的地震。在这之后,新马德里一直保持安静至今,这不奇怪,因为该类型的地震从未在同一地方两次发生。就我们现在所知,这种地震就像闪电一样随机发生。下次有可能就在芝加哥、巴黎或是金萨沙。没人能猜出来。至于这种强烈的跨板块地震产生的原因是什么?我们只知道原因在地球的极深处,除此之外,我们一无所知了。到了 20 世纪 60年代, 科学家们终于开始为自己对于地球内部的无知感到恼火了,他们决定行动起来。预知后事如何,且听下回分解!

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