土耳其地震告诉我们地震预报的科学

20年前，约翰·麦克洛斯基(John McCloskey)在土耳其东南部的地图上画了一条红线，以确定大地震可能发生的位置。唯一的问题是什么时候。

上个月，一场里氏7.8级的地震恰好袭击了麦克洛斯基和他的团队确定的地点，答案就出来了。地震发生在当地时间2月6日凌晨4点17分，当时大多数人都在睡觉造成土耳其和邻国叙利亚5万多居民死亡．

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麦克洛斯基的工作显示了地震预报科学的前景和局限性。尽管地质学家长期以来一直试图提供未来地震的位置、震级和准确时间的警告，但数十年的研究表明，预测地质断层何时开始震动可能是不可能的。美国地质调查局(USGS)地震灾害项目的地球物理学家苏珊·霍夫(Susan Hough)说:“当你试图筛选它以知道接下来会发生什么时，这往往是一个谦逊的教训。”“世界上大多数地方真正关注的不是预测，而是评估地震的危害和长期发生率。”

如今，研究人员致力于预测:确定哪些断层段最危险，规模有多大地震他们被期望生产。有了这些知识，政策制定者可以采取措施减少死亡和破坏，例如，要求更好的建筑规范或敦促当地居民做好准备。日本、美国和土耳其的一些地区是否建立了预警系统当附近发生地震时，它会向居民发出警报。“原则上，你可以摆脱地震风险，”麦克洛斯基说。

危险区域

土耳其是一个地震活跃的交界处，地壳的几部分在这里相遇并相互摩擦。在土耳其东南部和叙利亚北部，阿拉伯板块向北挤压安纳托利亚板块，向西挤压。但这种转变并非一帆风顺。相反，摩擦使板块固定在原地，有时会持续几个世纪。当压力超过摩擦力时，断层线两侧的板块就会互相晃动，以地震的形式释放出巨大的能量。

这种情况在土耳其一次又一次地发生——这段历史让麦克洛斯基和他的同事们绘制出了土耳其主要震源之一——东安纳托利亚断层的应力分布图。像其他断层一样，它被分成不同时间滑动的段。当一个断层段移动和震动时，它改变了同一断层的邻近部分和附近其他断层的应力。这增加了一些地方的压力，使他们更接近失败，但放松了其他地方的压力——让他们暂时更安全。

专门从事地震危害和风险评估的公司Temblor的首席执行官罗斯·斯坦说:“它们不是随机发生的地震。”“他们在谈话。这种对话是通过压力转移来进行的。”

2002年，McCloskey(现在是英国爱丁堡大学的地球物理学家)和他的同事使用这种技术诊断了东安纳托利亚断层上高度应力的区域。在历史记录的帮助下，研究小组将自1822年以来10次地震引起的应力变化纳入了一个正在进行的板块运动模型。该模型表明，kahramanmara以南的断层线区域——2月6日断裂的断层的精确位置和长度——在未来的某个时候有更高的坍塌风险¹．该团队甚至知道这将是毁灭性的，预测会发生7.3级或更高的地震。麦克洛斯基说:“这种一致性非常显著。

这种技术上被称为库仑应力传递的方法，已经不是第一次准确地确定了即将发生的地震。1997年，斯坦因和他的同事分析了已经袭击土耳其北安纳托利亚断层的地震，估计下一次地震可能发生在伊兹米特市附近²．两年后，地震再次发生，造成17000多人死亡。2005年，麦克洛斯基和他的同事计算了2004年之后压力的变化印尼苏门答腊-安达曼地震可能会在苏门答腊岛西部的巽他海沟引发地震^3.．这是在该研究发表12天后。2008年，日本筑波地质调查局的户田慎司和他的同事预测那一年早些时候，中国发生了汶川地震会增加相邻三条断层的应力吗⁴．在接下来的十年里，其中两条断层引发了强烈的地震。

增加了压力

不可能在所有地方都使用这种技术。因为这个模型需要一些以前地震的知识，通常是几个世纪以前的地震，研究人员只能用它来评估地震历史众所周知的地区。因此，它在预测余震方面最为成功，而余震通常小于主震。尽管如此，仍有许多未知因素，科学家们正在努力进一步评估该模型。

2002年，美国地质勘探局的地球物理学家汤姆·帕森斯(Tom Parsons)分析了2000多起震级超过5.5级的地震，这些地震都发生在7级以上的地震之后和附近。他发现，61%的后期地震与早期地震引起的压力增加有关⁵．他说，这些发现表明库仑应力传递可以准确地识别出更有可能导致破坏性地震的断层。然后，在2008年，帕森斯和他的同事在汶川地震后发表了一份预测，目的是在以后评估该模型的性能⁶．这项工作正在进行中。

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今天，提出地震后力量如何变化理论的研究人员之一斯坦因⁷他估计，该方法已被用于3万篇论文，用来解释地球上最近三分之二的余震和渐进的主震。“这告诉我们，这不是唯一的游戏，”斯坦说。“断层是肮脏、混乱的特征，它们不会像我们希望的那样表现出来。”

例如，麦克洛斯基的模型预测了最近土耳其地震的位置，但地震是从断层的一个小得多的分支开始的，然后蔓延到主要部分，这种模式让斯坦感到困惑。另一个复杂的问题是，主震的规模也比预期的大得多，可能是因为它再次断裂了1822年断裂的南部部分和1893年断裂的北部部分。

“这确实突出了地震预报的问题，”McCloskey说。“即使我们确定了最危险的地方，每一次地震都是独一无二的。”

不久以前，地震学家认为他们可以在地震发生前几天或几个小时预测到地震。这样的希望出现在加州的帕克菲尔德，那里几乎每隔22年就会发生地震，震动圣安德烈亚斯断层的一小部分。这些地震都发生在北部较小的地震之后。1966年，在帕克菲尔德附近发生强烈地震的几个小时前，前兆运动破坏了穿过断层的灌溉管道。

斯坦说:“1966年，地震预测似乎是我们的专利。”在下一次预期的地震发生之前，地质学家在该地区安装了数百个地震仪，希望能找到一些可以用来预测未来地震的前兆。但当下一次地震发生时，研究人员没有看到任何警告迹象。

其他先驱也同样消失了。多年来，科学家们分析了当地水中不断增加的氡、地壳发出的电磁信号，甚至是奇怪的动物行为。但这些潜在的前兆都经不起统计检验。斯坦说:“尽管有各种令人吃惊的、有希望的证据，但我们在实际预测地震方面没有取得丝毫进展。”

麦克洛斯基认为这种情况永远不会发生。霍夫，谁写了一本书预测不可预知的事情(2009)，他认为西方的大多数地质学家甚至都不研究它——至少不再研究了。斯坦说:“我们知道，在每次大地震之前突然出现一些我们能看到的东西是多么不可能。”

尽管地球科学家无法精确预测地震，但许多研究人员表示，预防这些自然灾害造成的大量死亡和破坏是有可能的。

1999年伊兹米特地震后，伊斯坦布尔技术大学的地质学家Aykut Barka警告说，不断增加的压力可能会在Düzce附近引发类似的破裂，Düzce是一个以东大约100公里的小镇⁸．他的工作说服当局关闭了在伊兹米特地震中受损的校舍。2个月后，当7.1级地震袭击这座城市时，建筑物倒塌了。

早期预警

地震预报对其他地区也有帮助。例如，加州是巨大的圣安德烈亚斯断层的所在地，它已经实施了早期预警系统的开端，该系统依赖于地震仪网络来探测地震的开始。这可以提前几秒或几分钟通知加州人“蹲下、掩护和坚持”，同时自动触发拯救生命的措施，比如让火车减速停车。

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2002年，土耳其在伊斯坦布尔实施了早期预警系统，一旦发生地震，该系统将使火车减速，打开电梯门，并关闭工厂的关键工序。该国还实施了建筑规范，但许多科学家担心这些规范执行得不够严格。伊斯坦布尔Boğaziçi大学的退休土木工程师、土耳其地震基金会主席穆斯塔法·埃尔迪克(Mustafa Erdik)同意这种情况，他认为，建筑师、检查员和建筑商之间的无知、无能和暗中勾结是罪魁祸首。

对于那些多年来一直在拉响警报的研究人员来说，2月份的后果尤其痛苦。麦克洛斯基说:“你在地图上画一条红线，你就会明白，这意味着很多人将被杀害，他们的房子将被摧毁。”

“土耳其地震对我来说当然是一场彻底的悲剧，”他说。然而，麦克洛斯基希望我们能从中吸取教训。如果我们这样做了，他在地图上画的下一条红线就不一定等于灾难性的生命损失。