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地震釋疑:張衡“地動(dòng)儀”能否記錄地震?(圖)

2008年05月19日 10:42 來(lái)源:新京報(bào) 發(fā)表評(píng)論


  5月12日下午14點(diǎn)28分,四川省汶川發(fā)生7.8級(jí)地震,震感波及周邊省份,吳迪父子歷經(jīng)6年復(fù)原出的張衡精銅候風(fēng)地動(dòng)儀西南方向的龍珠落入蛙口,這是他們復(fù)制出的地動(dòng)儀首次對(duì)自然地震做出敏感反映。 中新社發(fā) 熊運(yùn)彬 攝


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  張衡地動(dòng)儀能記錄地震嗎?

  ●地動(dòng)儀無(wú)法記錄發(fā)震時(shí)刻,更無(wú)法記錄震級(jí)。因此,從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來(lái)看,候風(fēng)地動(dòng)儀并不能記錄地震,不是地震儀。

  問(wèn)題1

  一些科技史著作聲稱(chēng),張衡在公元132年制造的“候風(fēng)地動(dòng)儀”能夠準(zhǔn)確記錄地震,比西方第一臺(tái)地震儀(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。也有些材料說(shuō),候風(fēng)地動(dòng)儀可以“預(yù)測(cè)地震”。

  不過(guò),史書(shū)中有關(guān)候風(fēng)地動(dòng)儀的記載,僅見(jiàn)于《后漢書(shū)》。這一段記載只有區(qū)區(qū)196字,其中描述地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容更只有“中有都柱,傍行八道,施關(guān)發(fā)機(jī)”這12個(gè)意義隱晦、眾說(shuō)紛紜的字。以后,北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭,也都制造過(guò)地動(dòng)儀,還留下了相關(guān)著作,可惜他們的著作都亡佚了。顯然,僅根據(jù)《后漢書(shū)》中的簡(jiǎn)陋記載,要復(fù)原張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀根本不可能。今天的復(fù)制品,其實(shí)是在史書(shū)那些“約束條件”之下所作的新創(chuàng)造。

  盡管如此,《后漢書(shū)》的記載,還是向我們提供了一些有用信息。首先,候風(fēng)地動(dòng)儀絕不是地震預(yù)測(cè)儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用,只不過(guò)能比從驛卒更早地通知京城的人士罷了。這就好比我們看到閃電,就知道接下來(lái)很可能會(huì)聽(tīng)到雷聲,但在閃電發(fā)生時(shí),雷聲也已經(jīng)同時(shí)發(fā)生,只不過(guò)還沒(méi)有傳到我們耳朵里罷了。

  其次,根據(jù)地震波的傳播機(jī)理,候風(fēng)地動(dòng)儀是不太可能做到“驗(yàn)之以事,合契若神”的。地震發(fā)生時(shí),從震源會(huì)發(fā)出兩種波:一種叫P波,是縱波,它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向一致;一種叫S波,是橫波,它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向垂直。P波的速度比S波快,因此最先到達(dá)地面,形成地震波中的初波。據(jù)初波的震動(dòng)方向就可以知道震源方向。

  但初波非常微弱,因?yàn)樗荒軓恼鹪粗敝钡叵蛑卣鸩ń邮仗幍孛鎮(zhèn)鞑サ腜波,而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風(fēng)地動(dòng)儀能敏感到對(duì)“第一哨”初波就做出響應(yīng),那么足以有許多別的和地震無(wú)關(guān)的震動(dòng),比如在它附近跺腳,能引起它的反應(yīng),從而讓人誤把許多不是地震的震動(dòng)也當(dāng)成是地震。但如果要讓候風(fēng)地動(dòng)儀保持一定的“遲鈍”性,它又有可能無(wú)法“感覺(jué)”到地震的初波,直到之后的各種波陸續(xù)傳來(lái)時(shí)才被“驚醒”,可是這些遲來(lái)的波的震動(dòng)方向已經(jīng)完全不能代表震源的方向了。

  何況,記錄一次地震必須有三個(gè)要素:發(fā)震時(shí)刻,震中位置和震級(jí)(地震強(qiáng)度)。候風(fēng)地動(dòng)儀只能記錄震中方向。幾臺(tái)地動(dòng)儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測(cè)出震中位置;但它卻無(wú)法記錄發(fā)震時(shí)刻,更無(wú)法記錄震級(jí)。因此,從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來(lái)看,候風(fēng)地動(dòng)儀并不能記錄地震,不是地震儀,當(dāng)然也就更不可能是“世界上第一臺(tái)地震儀”了。(劉夙 北京科普作家)

  動(dòng)物真能預(yù)報(bào)地震嗎?

  美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局進(jìn)行了一系列動(dòng)物異常反應(yīng)與地震關(guān)系的研究,結(jié)果“沒(méi)有可信的聯(lián)系”。從生物學(xué)的角度來(lái)看,這套技能或許也是不經(jīng)濟(jì)的。

  ●美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)曾進(jìn)行動(dòng)物異常反應(yīng)與地震的研究,結(jié)果是“沒(méi)有找到二者間可信的聯(lián)系”。

  問(wèn)題 2

  動(dòng)物預(yù)報(bào)地震的最早的記錄可以追溯到公元前373年,在地震把希臘的海利斯城(Helice)夷為平地之前,很多人看到動(dòng)物紛紛遷出城外。的確,很多動(dòng)物擁有比人類(lèi)敏感得多的感覺(jué)系統(tǒng)。穴居動(dòng)物對(duì)震動(dòng)十分靈敏。很多震前動(dòng)物異常行為都是因此而發(fā)生的。大地震來(lái)臨之前,可能有多次規(guī)模很小的前震。前震可能驚擾了那些對(duì)震動(dòng)敏感的動(dòng)物。

  生物聲學(xué)家穆根塔勒(Elizabeth Von Muggenthaler)研究過(guò)動(dòng)物園中的動(dòng)物對(duì)微小震動(dòng)的反應(yīng)。她發(fā)現(xiàn),犀牛和老虎并沒(méi)有特別的行為,只有穴居的裸濱鼠在震動(dòng)時(shí)暫停活動(dòng)。也有科學(xué)家認(rèn)為,水生動(dòng)物會(huì)對(duì)地震引發(fā)的微小的脈沖電場(chǎng)作出反應(yīng)。日本科學(xué)家Motoji Ikeya發(fā)現(xiàn)鲇魚(yú)是其中最敏感的動(dòng)物之一。他用攝像機(jī)24小時(shí)記錄鲇魚(yú)的活動(dòng),希望能為地震預(yù)報(bào)做一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

  更多的人把精力放在觀測(cè)寵物上。美國(guó)地質(zhì)學(xué)家博柯藍(lán)的工作之一就是記錄當(dāng)天報(bào)紙上刊登的尋找走失寵物的廣告。他認(rèn)為寵物的異常走失可能意味著它們感覺(jué)到了地震的來(lái)臨。博柯藍(lán)甚至成功“預(yù)測(cè)”了一次地震,當(dāng)然他錯(cuò)誤“預(yù)測(cè)”了更多次。

  動(dòng)物有沒(méi)有可能發(fā)展出一套專(zhuān)門(mén)用來(lái)躲避地震的特別本領(lǐng)來(lái)呢?從演化生物學(xué)的角度來(lái)看,這或許毫無(wú)必要。大部分地震并不對(duì)動(dòng)物的生命構(gòu)成巨大的威脅。對(duì)于一個(gè)動(dòng)物個(gè)體而言,地震災(zāi)害是一種極小概率的事件。特別是那些壽命很短的動(dòng)物,比如老鼠,在它的生命周期內(nèi)遭遇破壞性地震的可能性基本為零。為了一個(gè)概率幾乎為零的事件特別準(zhǔn)備一套復(fù)雜的預(yù)警機(jī)制是極端浪費(fèi)的。這就好比現(xiàn)代人類(lèi)偶爾會(huì)遭遇觸電的意外,可是人們沒(méi)必要天天穿著絕緣服。

  上世紀(jì)70年代,美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)曾進(jìn)行動(dòng)物異常反應(yīng)與地震的研究,結(jié)果“沒(méi)有找到二者間可信的聯(lián)系”。雖然地震前震可能驚擾了那些對(duì)震動(dòng)敏感的動(dòng)物,但很多其他事件也可以引起動(dòng)物相似的反應(yīng)。養(yǎng)過(guò)寵物的讀者恐怕見(jiàn)識(shí)過(guò)自己的寵物莫名其妙發(fā)脾氣。

  動(dòng)物預(yù)報(bào)地震這一說(shuō)法還被“心理聚焦效應(yīng)”強(qiáng)化。當(dāng)人們?cè)庥鲋T如地震這樣的重大事件后,往往能更清晰地回憶起事件發(fā)生前的事情———并強(qiáng)化其中的“異!毙袨椤餮砸矔(huì)加強(qiáng)這一效應(yīng)。一個(gè)常見(jiàn)的說(shuō)法是,印度洋大海嘯過(guò)后,據(jù)說(shuō)人們幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的尸體。然而泰國(guó)普吉島流浪狗基金會(huì)的志愿者帕克(Margot Park)說(shuō):“我在距離海邊500米的院子里有9只狗,我沒(méi)有注意到它們有任何異常行為。我丈夫在早上8點(diǎn)感覺(jué)到地震,但狗沒(méi)有任何反應(yīng)!

  □瘦駝(山東 生物學(xué)研究者)

  地震時(shí)人為什么會(huì)頭暈?

  ●晃動(dòng)時(shí),人的前庭器官會(huì)受到刺激,控制軀干,維持平衡。刺激強(qiáng)度太大,過(guò)于興奮的前庭系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)異常,使人產(chǎn)生眩暈感。

  問(wèn)題 3

  頭暈主要是“晃”出來(lái)的。人的平衡感主要由位于內(nèi)耳的前庭器官負(fù)責(zé),當(dāng)?shù)卣鹨鸬孛、建筑物晃?dòng)時(shí),人的前庭器官會(huì)受到刺激,并通過(guò)前庭神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送電信號(hào)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)隨之反應(yīng),使人感知到身體的位置變化,同時(shí)控制軀干、四肢做出調(diào)整性動(dòng)作,以維持平衡。

  當(dāng)刺激的強(qiáng)度和時(shí)間在一定限度內(nèi)時(shí),人不會(huì)有不良反應(yīng),而一旦超出這個(gè)限度,過(guò)于興奮的前庭系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常,結(jié)果就會(huì)使人產(chǎn)生眩暈感,并伴隨以惡心、嘔吐、冒冷汗等癥狀。

  這個(gè)限度被稱(chēng)為致暈閾值,致暈閾值的個(gè)體差異很大,受遺傳因素制約。致暈閾值同時(shí)還受到視覺(jué)空間、身體狀況、精神狀態(tài)以及客觀環(huán)境(如溫度、通風(fēng)狀況、噪聲、空氣異味)等因素的影響,同一個(gè)人在不同情況下的致暈閾值是不同的。

  由地面、建筑物的晃動(dòng)“晃”出來(lái)的頭暈與暈車(chē)、暈船、暈飛機(jī)是同一個(gè)暈法,原因相同。

  除了晃動(dòng),次聲波也會(huì)導(dǎo)致頭暈,那就是地震產(chǎn)生的。次聲波是頻率低于可聽(tīng)聲頻率范圍的聲波,范圍大致為10-5至20赫茲。地震、火山爆發(fā)、風(fēng)暴、海浪沖擊、槍炮發(fā)射、熱核爆炸等都可以產(chǎn)生次聲波,地震中的次聲波應(yīng)該是來(lái)自于地層巖石在斷裂、碰撞過(guò)程中所發(fā)生的震動(dòng)。

  由于頻率低,大氣對(duì)次聲波的吸收系數(shù)很小,因此它可以傳播很遠(yuǎn)。比如1883年8月,南蘇門(mén)答臘島和爪哇島之間的克拉卡托火山爆發(fā),所產(chǎn)生的次聲波繞地球轉(zhuǎn)了3圈,歷時(shí)108小時(shí)。同時(shí)次聲波的穿透性很強(qiáng),能很容易穿透建筑物、船只等障礙物。

  同樣由于頻率低,次聲波很容易引起人體臟器發(fā)生共振。這是因?yàn)槿梭w的內(nèi)臟器官有其固有的振動(dòng)頻率,這種頻率也小于20赫茲,其中頭部為8—12赫茲,腹部?jī)?nèi)臟為4—6赫茲,當(dāng)次聲波的頻率與某種內(nèi)臟器官的振動(dòng)頻率一致或接近時(shí),就會(huì)引發(fā)該內(nèi)臟器官的共振,而這樣的共振會(huì)導(dǎo)致頭暈、惡心、心悸等癥狀的出現(xiàn)。

  于是頭暈的另一個(gè)原因很可能是這樣:在這次地震發(fā)生時(shí),除了地震波外,還產(chǎn)生了強(qiáng)功率的次聲波,其以與聲波相同的速度四散傳播,很快到達(dá)千里之外的地區(qū),并穿透各種建筑物,接著穿透在里面的人,在穿透人體時(shí),引發(fā)了體內(nèi)臟器的共振,人們因此產(chǎn)生了頭暈、惡心、心慌等不適反應(yīng)。

  不過(guò)這種不適不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,在次聲波和晃動(dòng)過(guò)去后,癥狀會(huì)自然消失。值得注意的是心理上所受的影響,身體虛弱或心理抗逆力較差者可能會(huì)由于心理因素而有長(zhǎng)期的不良反應(yīng)。及時(shí)調(diào)整心態(tài),舒緩情緒,必要時(shí)向心理醫(yī)生尋求幫助。值得注意的是,在此次地震發(fā)生后,一些心理輔導(dǎo)、治療機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始組織、參與前線(xiàn)的搶險(xiǎn)救助工作。他們和趕赴當(dāng)?shù)氐木仍藛T、醫(yī)療、防疫人員一起,為那些被地震災(zāi)害傷害的人們提供幫助。

  □韓彥文(上海 科普作家)

編輯:朱鵬英】
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