地震知识⼩课堂（下）
在上节课，⼤院为⼤家介绍了地震产⽣的原因，以及如何描述⼀场地震的规模。在开启本节课之前，为了检验⼤家的学习效果，⼤院制作了⼀套试题，快来测试⼀下吧～
这节课我们来讨论⼤家更关⼼的问题：地震可以预测和预警吗？
汉代已有的验震器——候⻛地动仪
⼈类很早开始尝试进⾏地震预测，其中最著名的可能要数东汉时期张衡制作的候⻛地动仪——当某个⽅向发⽣地震后，由于受到地震波的扰动，该⽅向悬挂的⻰⼝中所含铜珠就会掉落，告诉⼤家这个⽅向发⽣地震了。现代⼈根据⽂字记录复原的地动仪模型
严格地说，候⻛地动仪并不能预测地震，它只能在震后告诉⼈们地震发⽣的⽅向，算是⼀种验震器，但它仍然意义重⼤。因为⼈类本身很难感受到遥远地区的地震，⽽有了它之后，⼀旦某个地区发⽣⼤地震，中央王朝就可以⽴即获知⼤概⽅向，从⽽能在当时落后的通信条件下提前准备好救灾事宜。
地震预测依然遥遥⽆期
现代地震预测直到20世纪60年代才正式登上舞台。⼀⽅⾯是因为地震研究⼗分复杂，到这时才具备⽐较成熟的技术基础；另⼀⽅⾯也得益于美苏之间的核竞赛。
截⾄2010年底，全球标准地震台⽹的分布情况，这些数量巨⼤的地震台让科学家得以定量分析地震数据
现代地震预测强调三个要素，即时间、地点和震级。在上世纪70年代早期，或许是因为资源和经费的充⾜，科学界对地震预测普遍⽐较乐观。
1975年，中国成功预测了辽宁海城7.3级⼤地震，在地震来临前及时将⼈员财产转移到空旷地带，避免了⼤量的⼈员伤亡和财产损失。这似乎⽆可辩驳地证实了地震预测的可⾏性，也进⼀步增强了科学界的乐观情绪。
海城地震前的告示
但好景不⻓，1976年，中国未能预测出唐⼭地震，未能挽回重⼤伤亡。也是从这⼀时期开始，多种地震预测的⽅法接连被推翻。
直到今天，海城地震的预测也是联合国唯⼀承认的地震预测成功的案例。
地震预测分为⻓期、中期、短期和临震预测，对⽼百姓防灾避险⽽⾔，⼀般短期和临震预测才⽐较有价值。毕竟，如果你跟⼤家说未来⼗年内很可能发⽣地震，那⼤家听了也很难做出什么反应。
然⽽，想要实现短期以及临震预测⾮常难。在前⼀节课的学习中，我们已经知晓地震的产⽣往往与板块碰撞相关。
但实际情况要复杂很多，由于板块的尺度太⼤，边界线太漫⻓，运动⼜太慢，即便我们知道两个板块之间“积怨已久”，我们也很难知道地下断裂带以及周边岩层的具体性质——它们受到的⼒有多⼤、它们是否到达临界值、是否有其它因素导致岩层中出现薄弱带（这⾥更容易活动）等。我们只能根据研究，确定断裂带的范围，从⽽框定出地震⻛险性⼤的区域，但是它们什么时候、具体在哪⾥、会发⽣多⼤震级地震就⼀概不知了。
地球板块构造
那些年⼈们试过的地震预测⽅法
在⼏⼗年的研究中，研究者们做过多个⽅⾯的尝试。
有从统计⽅法⼊⼿的：⼀是统计地震频率。⽐如有研究者统计某⼀个区域平均每150年发⽣⼀次7级以上的地震，⽽上次类似的地震已经是145年前的事情了，于是预测5年后可能会发⽣⼤地震。先不论“区域”涵盖的范围有多⼴，全部都做预防⼯作是多么困难；也不管“5年之后”是多么模糊，意味着那⼀整年每天都要提⼼吊胆。
仅就预测本身⽽⾔，也存在相当⼤的不确定性。⽐如虽然平均间隔是150年，但是如果160年后才发⽣过不过分呢？
结论可能是毫不过分。因为板块运动的速度极慢，其时间单位以⼗万年甚⾄百万年计，所以在板块看来10年⼤概还不到1秒钟，晚“1秒钟”怎么能算迟到呢？就像公司要求每天早上9:00上班，⽽你9:00:01抵达办公室，你会觉得⾃⼰迟到了吗？
但是板块迟到的“1秒钟”是⼈类难以接受的。
20世纪80年代，美国地质调查局预测帕克菲尔德将在1988年以后的4年内发⽣⼀场6级左右的地震，当地政府和居⺠随即投⼊⼤量资源准备应对地震。结果到2004年这场地震才发⽣，公众也因此对地震预测⼀⽚唏嘘。
帕克菲尔德咖啡厅标语：“当地震发⽣时来这⾥坐坐！”
⼆是统计地震规律。有研究者经过对地震的多年观测，总结出了⼀些简单规律，⽐如⼤震前有⼩震，⼤震后⽆⼤震。这些规律似乎很有道理，在不少情况下也是正确的，⽐如海城地震的主震前就有很多规模较⼩的地震，好像在不断警示⼤家“⼤的要来了”；⼤部分地区发⽣⼀次规模很⼤的地震后，要消停很多年才能孕育出下⼀次地震。
但例外的情况也不少，⽐如汶川地震前没有明显密集的⼩震；⼜⽐如海城刚发⽣7.3级的地震，⼀年后附近的唐⼭就发⽣了7.8级地震。当初唐⼭地震前专家们展开了激烈争论，分为“⽆⼤震”和“有⼤震”两派，“⽆⼤震”派的重要依据之⼀就是⼀个区域不会连续两年发⽣两场⼤地震。最后“⽆⼤震”派胜出，错失预测良机。不过这也不能怪专家，主要是我们对地震的了解太少了。
海城地震前的地震记录，上⾯⼀幅图显示地震震级，下⾯⼀幅图显示每⼩时记录到的地震次数
除了统计⽅法，还有从地震前兆⼊⼿的：⼀是动物异常。⼤家可能也听说过类似的故事：如果在寒冬腊⽉⾥⼏⼗条蛇群聚出洞，⼏百只⻘蛙集体搬迁，鸡鸭焦躁不安，可能就要发⽣地震了。这种说法有⼀定道理，因为有⼀些动物确实对震动等⾮常敏感，它们可以更敏锐地感知地球深部的运动。
该⽅法在历史上有成功先例，⽐如在海城地震前⼈们就观察到了动物异常现象。不过令⼈遗憾的是，不是每次地震都会引发动物异常，毕竟动物也不是万能的。另外也不是每次动物异常都预示着地震。因此这个⽅法仅供参考。随着现代科技的发展，我们制造出的许多设备的监测精度已经⼤⼤超越动物的灵敏度，动物异常的观测在地震研究中越来越⼩众化。
⼆是地下⽔位异常。因为⼤地震发⽣前可能会发⽣⼩地震，导致地下岩层产⽣⼩规模的错动，⽽错动后就可能会改变地下⽔的流动通道，⽐如打通或者堵塞了某些地下通道，致使井⽔位在短时间内出现剧烈变化。但是该⽅法也存在局限性，因为⼤地震前不⼀定会有⼩地震，所以地下⽔位也不⼀定变化；另外地下⽔位变化不⼀定是地震所致，也可能是附近建筑基坑施⼯时截堵了地下⽔，或者有⼈私⾃抽取地下⽔，甚⾄是向地下排泄废⽔。
除了上⾯两个，还有根据氡含量、地震波速⽐、电磁信号、地震光等进⾏预测的⽅法。氡含量法是说地层内储存了少量惰性⽓体氡，地层破裂后这些⽓体会被释放出来。
理论上地层破裂越多氡含量应该越⾼，有⼈就想到可以通过监测氡含量揭示地层破裂进⽽预测地震；地震波速⽐是说地震波有横波和纵波两种，当地层破裂时它们的波速⽐理论上会发⽣变化，有⼈认为可以根据这个来预测地震；电磁信号可以简单理解为岩层相互摩擦⽣电，就像我们⽤⼿摩擦头发会⽣电⼀样，然后电⼜可以⽣磁，产⽣电磁信号，有⼈认为可以通过监测电磁信号揭示地层摩擦进⽽预测地震；⽽地震光可以理解岩层在摩擦放电过程中产⽣的⽕花，就像闪电是云层间的放电现象⼀样。
如果产⽣了地震光，说明地层摩擦很厉害，很可能会发⽣地震，不过更多的时候是已经地震了。
总的来说，虽然有各种五花⼋⻔的猜想，甚⾄在⺠间也产⽣了不少预测理论，不过迄今还没有⼀种⽅法能够有效预测地震。
地震时疑似出现地震光现象
不能预测，不代表⽆法预警
虽然⼈类在地震预测⽅⾯屡屡碰壁，但在地震预警⽅⾯还是可圈可点的。预测和预警虽然只有⼀字之差，但含义全然不同。
预测是说在地震发⽣之前就能准确获知地震发⽣的时间、地点和震级，提前疏散群众让地震扑个空；⽽预警是指在地震发⽣之后，横波还没有到达某⼀个地⽅之前（什么是横波？下⾯会介绍），临时通知当地群众紧急避险。
预警的原理和地震波的性质有关。地震波有两种，分别是P波（Primary，即⾸先到达的波）和S波（Secondary，即后来到达的波）。P波的传播速度⼤约为5.5-7 km/s，⽽S波⼤约为3.2-4 km/s。因为P波的传播速度更快，所以可以更早地到达地表。
地震示意图
按物理上波动的分类，因为P波质点运动的⽅向与传播⽅向平⾏，靠质点纵向推搡挤压传播，所以称为纵波，类似的还有声波等；因为S波质点运动的⽅向与传播⽅向垂直，靠质点横向摩擦剪切传播，所以称为横波，类似的还有⽔波等。
横波的特点是质点没有离开原地，但波却持续向前，就像⻛吹⻨浪，⻨⼦并没有离开原地，但波浪滚滚向前。
波动示意图（上⾯为横波，下⾯为纵波。横波的质点运动是上下⽅向，波传播却是左右⽅向，⼆者相互垂直；纵波的质点运动和波传播都是左右⽅向，⼆者相互平⾏）
对于建筑物⽽⾔，⽐起P波带来的上下挤压，它更害怕S波的左右剪切。我们可以简单做⼀个实验：把⼏本书摞在⼀起当作多层建筑，先上下晃动，再左右晃动，会明显发现左右晃动对“建筑物”的破坏性更⼤，表明S波造成的破坏往往更严重。
堆积的书籍
发现地震波的性质后，有⼈就想到，既然P波来得早⽽且破坏性较低，那我们能不能把P波当成信使，⼀旦接收到了P波，就赶紧通知要地震了，让⼤家在S波到来之前紧急避险。顺着这个思路，地震预警就诞⽣了。
地震预警示意图
如图所示，当A地收到P波后，可以⽴即向居⺠发布地震预警，同时通过电磁信号（电视、⼴播、短信、微信等⽅式）⽴即告知B地。由于电磁波的传播速度接近300,000km/s，远⾼于地震波，所以可以让B地在地震波到来之前就收到消息发布预警。部分⼿机⽀持的地震预警服务，依据的也是该原理。
部分⼿机⽀持地震预警服务
虽然预警听起来好像不如预测那么厉害，但发挥的作⽤不容⼩觑。有研究表明，地震预警时间为3秒时，可减少14％的⼈员伤亡；10秒时，可减少39％的⼈员伤亡；20秒时，可减少63％的⼈员伤亡。
我国在地震预警⽅⾯也已经布局。2022年9⽉5⽇四川省泸定县发⽣6.8级地震，中国地震预警⽹震后6.2秒产出了预警信息，向康定市提前9秒、雅安市提前21秒、成都市提前56秒发布地震预警信息，避免了⼤量⼈员伤亡和财产损失。
结语
虽然直到今天我们仍旧⽆法预测地震，但相信科学家在地震⽅⾯所做的⼤量研究不会⽩费，⽐如根据现有成果科学家已经研发出了地震预警系统。
与此同时，我国在建筑抗震、地震科普等⽅⾯也做了⼤量⼯作，已经让更多⼈认识地震、了解地震。如果⼤家关注地震新闻，也能发现近年来我国因地震伤亡的⼈数在逐渐减少。
相信地震的秘密终究会被揭开，我们终究可以实现地震预测，也期待那⼀天早⽇到来。
⼩知识
除了地震预测外，⼤家可能还听说过“地震预报”这个词。根据四川省地震局的解释，地震预测是科学意义上的研究⾏为，⽐如中国地震局有“地震预测研究所”；⽽地震预报是政府⾏政⾏为，是指政府向社会发布的可能要发⽣地震的公告。所以⼆者使⽤的情景不同，不过在实际⽣活中确实有混淆，⼤家理解概念就好。