近期频繁的地震异常吗?

2010年初始,地球仿佛突然应验了电影《2012》中的世界末日场景,狂躁不安起来。1月3日,所罗门群岛发生7.1级地震;1月12日,海地7.0级地震夺去了22万多人的生命,死亡人口仅次于1976年的唐山地震;2月26日,琉球群岛发生7.0级地震;10个小时后,8.8级智利大地震在人们没有任何准备下不期而至。很多网友担心:地震这么频繁,现在的地球是不是很不正常?

我觉得大家之所以认为地震频繁地球不正常,主要有两方面的原因,一是缺乏对地震频度和地震震级的理解;二是所谓的闪光灯效应(心理因素)。

一、地震频度和地震震级

1.地震频度

地球是活着的星球,地震是活着的表现,地震与地球形影相随。学术界通常用地震频度来研究地震的活动性。

地球可能缺淡水、缺资源,但从来不缺少地震。全球每年发生的地震约500万次,平均下来每天有1万多个。不过绝大多数地震不被人所感知、察觉,但地震仪非常灵敏,它可以检测1nm的地动位移。美国地震学联合研究会(IRIS)根据长期的数据资料,统计制作出的地震频度和地震震级的关系图(图1)足以说明问题:全球6级以上的强震平均每年近200次,7级以上的大震平均每年近18~20次,8级以上的巨大地震平均每年近1~3次。总的规律是:地震级数越大,发生这种震级的数量就越少(数学上呈幂指数关系)。

图1 地震震级和地震频度关系图。由图可知:全球6级以上的强震平均每年近200次,7级以上的大震平均每年近18~20次,8级以上的巨大地震平均每年近1~3次。(修改自IRIS

让我们再看看美国地质调查局(USGS)所作的2000~2009年全球5级以上地震数量统计。由表1可知,这10年来,全球6.0~6.9级地震每年121~178个,7.0~7.9级地震9~16个,8.0~9.9级地震0~4个。主要有2个特点:

(1) 地震次数符合IRIS的长期统计数据;

(2) 每年的大地震数目并没有规律,具有随机性。每年并不是一样多,有的年份多一点,有的年份少一点。

2010年来,全球发生8级以上地震1次,7.0~7.9级地震3次,6.0~6.9级地震23次。

(2010-03-11根据网友crayfish的提问补充说明:

2004年底发生了9.0级印尼苏门答腊大地震。这次地震之后,根据表1明显可以看出5级以上的地震数目比以前更多了。这可能和苏门答腊地震的触发作用有关,大地震触发小地震。而2004年5级以上地震数目也多,可能是苏门答腊地震的“前奏”。但从2005年到现在的数据,包括5级地震看,目前没有显示出大的异常。但对未来地震是否正常,我不想、也没有能力进行预测。

对于地球的历史而言,要弄清楚地震机制和原理,10年的数据是远远不够的,100年的数据也是不够的。因为有IRIS多年的统计数据,如果不是为了预测未来地震趋势,而只判断近期的地震是否频繁,用10年的数据就可以做出回答了。)

从统计数据看,并未显示出数量上有异常,即使有数目上有小差异,不过是地震的随机性所致。何况,地震震级本来就不是非常精确。

表1  2000~2010年USGS对各年份地震频度的统计(数据 来源,2010-03-01数据)

震级 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008* 2009 2010
8.0~9.9 1 1 0 1 2 1 2 4 0 1 1
7.0~7.9 14 15 13 14 14 10 9 14 12 16 3
6.0~6.9 146 121 127 140 141 140 142 178 168 142 23
5.0~5.9 1344 1224 1201 1203 1515 1693 1712 2074 1768 1700 268

注:2008年中国的汶川地震,中国定为8.0级,USGS定为7.9级,故该表2008年无8级以上地震。

2.地震震级

地震震级并不像人们想象的那样,是唯一的:依据不同的方法给出的震级可能存在一定的差异,而且在不同的地区即使用相同的方法给出的震级也存在一定的误差。作为大众,需要了解以下两点:

(1) 地震有多种不同的震级计算方式,它们之间差异较大(图2)。我们最熟悉的一种震级叫里氏震级,实际上,经常报道的大地震,通常是指面波震级或矩震级,而不是里氏震级。此外还有许多震级表示方法。为了避免公众卷入复杂的震级问题,新闻界一般只说多少级地震,而不说是哪种震级。例如2004年苏门答腊地震,矩震级约9.1级,面波震级约8.7级,数字上有较大的差异。

(2) 即使采用同一种震级,各地测出的数值也有差异。因为受到震源、地震波传播路径和地震仪等各种因素的影响,不同方位、不同距离的地震仪测出的震级大小会有较大差异,即使是同一种地震仪,放在距离很近的地方测量,结果也有不同。震级采取的是去粗取精、求取平均、现场考察等方法,因此各国各地求出的震级数值有差异。比如汶川地震,中国定为8.0级,而美国定为7.9级。

有以上两点,就不难理解为什么地震震级会随时间进行修订。比如这次智利大地震,初报为8.3级,后改为8.5级,现修正为8.8级。随着研究的深入,这个数据也可能再次改写。也正因为地震是随机的,震级数字并非严格的唯一的数据,那么依据震级数据所做的统计数据就只能用来参考,讨论震级和地震频度的关系也只具统计学上的意义,也没必要对地震个数的小波动较真。

图2 几种震级的大致关系。针对不同的震中距,不同的地震波震相,科学家发明了不同的震级计算方式来表示地震大小,但他们适用范围不同,差异较大。比如遇到大地震时,通常不用里氏震级Ml,而用矩震级Mw和面波震级Ms。但面波震级会出现饱和(地震若大于8级时,Ms就不灵了),这个时候就要用矩震级表示。(来源

图3 不要把震级当作严格得不得了的事。不同的地震台会计算得出不同的震级,有时候差异还很大,地震后的几个月还需要花很多时间研究,才能给出个比较合适的。比如这次3月4日的台湾高雄地震,北京的地震台测出6.7级,美国的丹佛测出为6.4级,台北才5.7级。

3.地震为什么接二连三在环太平洋发生?

地震在地球上的分布不是完全没有规律的,也不是完全有规律的,地震活动可以用规律性和随机性共存来说明。绝大多数地震,都发生在板块边界(图4),其中,全球地震的70%分布在环太平洋地区,称为环太平洋地震带;其次15%分布在地中海到喜马拉雅的欧亚地震带;还有5%在大洋洋中脊。最后约有10%分布在板块内部。这是统计学上的规律性。但因为不清楚地震的产生机制和原理,至于地震下一次将在具体的哪个地点和哪个时刻发生,在目前的科学认知水平下,尚无法准确预测,故又认为地震是随机的。

所罗门群岛、琉球群岛、智利都处在环太平洋地震带上(图5),而海地也位于板块边界,因此2010年这4个大地震的发生是完全合乎地学原理的,是正常的地震现象。

图4 全球主要地震带主要分布在板块边界。2010年发生的所罗门地震、海地地震、智利地震、琉球群岛地震的地震发生点都符合这个规律,不算异常。

图5 智利是一个多地震的国家。图为USGS统计的从1990年至今发生在智利首都圣地亚哥附近的地震震中分布。由图可知,这一带因为处于纳兹卡板块和南美板块的交界(粉红色的线是板块边界),智利从来没有几天安宁过。

图6 相比于海地地震,为什么智利地震的死亡人数少?一个重要原因就是震中附近的人口密度,智利要远小于海地(智利地震的震中距离两大城市区很远,至少100km以上,而海地地震就发生在首都太子港边)。另一个重要原因是智利是地震频发地区,智利人民未雨绸缪,严格执行建筑的抗震标准 ,他们的建筑质量总体良好,抗震性能更强。而海地经济基础差,房子较差。

至于有人关心的琉球群岛地震之后为何紧接着发生智利大地震,有可能是随机行为,也有可能属于地震远程触发机制的研究领域。地震远程触发是一种被肯定存在的现象,但科学界对这个问题的本质认识还有待深入研究和探讨。比如针对这次地震,我们要研究琉球群岛地震后为什么是10个小时而不是24小时后才发生智利地震,智利地震10个小时前后的地应力到底有多大的变化?遗憾的是,地应力的监测需要雄厚的资金支持(图7),来密集布置观测仪器以获取连续性的数据,显然,目前很多国家没有那么多钱,即使是美国也不可能做到。受制于种种因素的制约,地震学研究进展不快,未来还有很长很长的路要走。

图7 上天容易入地难。为了深入研究北美大陆的地下结构,几年前美国政府投入20亿美元启动了著名的EarthScope(地球透镜)计划,计划由一系列子计划组成:USArray(美国台阵计划)、PBO(块边界观测台计划),地震钻井,GPS和INSAR,SAFOD(圣安德列斯断层深部观测计划)等。该图显示的是美国台阵计划USArray:即用统一的400个流动地震仪移动分区覆盖和探测,最后覆盖全美国的国土。地球透镜计划非常庞大,必将为人类对地球内部的深入理解做出重大贡献。但这些计划非常费钱,需要巨大的经济实力支持,否则,美国人为什么不建立覆盖全国的固定地震台呢?(图片来源:USArray报告USArray_wtpaper.pdf)

二、来点心理因素

公众直觉认为:地震变频繁了。其真实的情况是:地震还是那些地震,它有规律又随机地发生着,但它从来不管降临的地方是人烟稠密还是人口稀少。只不过,因为近年来发生在人口稠密的地区的大地震让我们对地震已经比以前更关注了。

2007年,全球8级以上地震达到了4个(见表1),是21世纪以来8级以上地震最多的一年。从数字上看,比较异常,但谁听说过这些地震呢?当时谁可曾担心过它的异常呢?

谈回国内的地震,除了地学科研人员,有谁还记得2001年11月14日发生在青海昆仑山的8.1级地震呢?这次地震是中国近半个世纪来最大的一次地震。但正因为它发生在人烟稀少的西部地区,人员财产伤亡小,所以未被大众提及。

进入21世纪,信息交流比以前更加通畅无阻,特别是汶川地震之后,地震灾难给人们带来了巨大的心理阴影,而我国的地震科普工作没有跟上,所以人们对“地震”一词“谈虎色变”、高度敏感。在最近的山西地震谣言风波影响下,公众对随之而来的8.8级智利地震后产生的种种猜疑是也可以理解的(图8),这实际上是一种闪光灯效应(心理因素)的体现,是因为媒体备加关注后导致的。如果同样一个地震,发生在环太平洋人口稀少的阿拉斯加地区,就未必会引来这么多强烈的反响。

图8 百度贴吧中,有人在智利地震前一个月就“预测”到了。针对这个现象,我认为他主要是根据地震的发震概率(地震主要发生在环太平洋地震带,而1960年智利曾发生最大的一次9.5级地震)而猜测到的,除非他拿出确切的证据。地震预报是世界难题(预测不准,何来预报),没有一个国家说自己突破了这个难题。但我们的网上却到处有“高人、大仙”在预测地震,一旦中了彩票,就被到处吹捧。对于这些所谓预测,作为大众,我们要问:证据是什么?证据科学吗?拿出科学的证据来!而作为预测者者、谣言散布着,要问问自己的良心:你敢负责吗?山西地震谣言造成的群众坐等地震现象,在世界也是非常罕见的,世界上的其他国家,现在几乎就不作地震预报。(补充:据我目前所知道的,世界上其他国家做地震预报的,通常是研究小组或个人行为,作为政府行为的好像没有。例如美国Thomas H. Jordan的小组,他们把自己的预测结果通过CSEP平台公布出来以便检验结果的有效性,从而试图找到更为有效的地震预报方法和理论。日本、意大利、俄罗斯也有。Jordan文章下载点击这里(延伸阅读:对地震预报的一些看法

三、小结

2010年初的地震确是大地震,也产生了大灾难。但是大地震未必有大灾难,小地震也未必灾难小,两者没有必然的联系,关键在于地震发生在哪里。地震活动是否异常,属于地震的频度的统计学问题,我们并不要因为关注的地震多了就理解为地震活动有异常,不可把灾害频发等同于地震频繁。总得来看,目前的地震发生地点是正常的,频度在统计学意义上也是正常的。

在经历了痛苦的汶川地震之后,我们比以前更加关心自己的栖息之地——地球了,这是非常好的现象。中国虽不是地震最多的国家,却是地震灾害最严重的国家,希望更多的民众在关心地震之际,能掌握更多实用的地震应急知识,学习如何在地震中保护自己。

【补充各类言论】

地震专家分析近期全球地震频发情况(2010-03-08)

中国地震局:全球强震可能还会持续(2010-03-09)

专家称科学尚无法解释近期地震频发(2010-03-08)

根据aneone的建议补充更长时间的统计数据:(数据自USGS

表2 1980~1989年USGS对各年份地震频度的统计

震级 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989
8.0~9.9 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1
7.0~7.9 13 13 10 14 8 13 5 11 8 6
6.0~6.9 105 90 85 126 91 110 89 112 93 79

表3  1990~1999年USGS对各年份地震频度的统计

震级 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
8.0~9.9 0 0 0 0 2 2 1 0 1 0
7.0~7.9 18 16 13 12 11 18 14 16 11 18
6.0~6.9 109 96 166 137 146 183 149 120 117 116

1980-199年6级以上全球地震频度和死亡人数

2000-2009年全球6级以上地震的地震频度和死亡人数

四、突发地震灾害自救知识小海报

(若字体不清晰,请分别点击看大图。挂图来源:中国数字科技馆

【图】地震灾害自救-室内紧急避震1

【图】地震灾害自救-室内紧急避震2

【图】地震灾害自救-室内紧急避震3

【图】地震灾害自救-户外怎样避震

【图】地震灾害自救-积极参加互救活动

经拇姬编辑,本文的删节版同时发布于科学松鼠会

近期频繁的地震异常吗?》上有9条评论

  1. 网络上的言论真是乱七八糟,各种伪科学的文章,“标题党”的报道充斥,蛊惑民众。你这真是一篇让人信服的文章,而且让人在面对灾难的时候感到有希望。

  2. 这样的文章才是科学的精神,不是危言耸听,不是制造舆论,不是伪科学。

    • @火星人米诺:本来不是事情,但说的人多了,就成了事情,地震是个典型。让人心寒的是,从来没有一个国家的地震科学家,会像在中国这样受尽讽刺和侮辱。

  3. 近年8级以上地震频度确实增加。你从1980年开始统计就会发现。

    • @aneone:谢谢你的提醒,我再查查数据。地震是有活跃期和平静期之分。这些年的地震,相对于较早的之前,比如20世纪80年代,频度是增加的。不过和邻近几年相比,目前差异还是不大。
      补充中国地震局地球物理研究所副所长高孟潭的话:自2000年以来,全球大震活动确实高于平均水平,过去十年间发生8级以上地震的频度,要比多年平均水平高出接近1倍。当然,人类历史上比现在地震频度高的时期也有很多。(来源

  4. 在科学无法解决问题的时候,一些超科学的神乎其神的东西就会冒出来。
    我有时想,地震问题能不能从哲学的角度去做另一层解释?

    • @CG:哲学可以提供一种思考方式,不可能很具体或精细;但科学需要精细,需要做很多细致的具体的研究。我个人认为:哲学不能凌驾在科学之上,正确的哲学是从实践中(比如科学实践)中总结出来的方法论和思想论,直接拿其他研究总结出来的哲学思想来指导具体的某一种科学实践,不一定适用。社会上很多人说自己解决了世界难题,或质疑牛顿定律或爱因斯坦理论,理由通常就是他们所谓的哲学的角度。这类朋友我遇见过,我建议他别钻进一个胡同出不来,时间花在这上面可惜了,科学需要用数据说话。

  5. 这么一说,也就不那么怕了,但是 我觉得地震和2012没什么关系吧

  6. 如果一个地方经常发生4级多的地震,一年不下五次,有震感,有时比较明显,这个地方会有大震的发生吗?

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