牛津通识读本：地球 [15]
图19 喷发中的复合火山——如埃特纳火山——的一些主要特征
约翰·默里及其同事多年来一直在观测埃特纳火山，他们越来越熟悉喷发来临前的征兆。他们会使用测量技术和全球定位系统来定位山腹因其下的岩浆上升而发生的轻微隆起，还会监测地表裂缝被迫张开而引发的地颤。重力测量可以显示岩浆上升时的密度。喷发平静下来之后，测量者还会监测山坡，他们特别关注的是卡塔尼亚城[36]上方的东南侧陡峭山坡。1980年代初期，该山坡有些地段在一年之内下沉了1.4米，有人担心山坡会就此塌陷，甚至会降低内部岩浆所受的压力，从而引发像圣海伦斯火山喷发时那样的横向爆炸。或许早在公元前1500年左右就已经发生过这种情况，迫使古希腊人放弃了西西里岛东部。
火山喷发一般从顶上火山口开始，但是，一旦初期的气体释放，岩浆便会强行穿过山腰的裂隙，有时会危及附近的村落。人们曾试图通过开凿另外的通道和铲平土方来让岩浆流转向，或者用水淋浇甚或爆破来阻止岩浆流。这些方法有时可以挽救家园，有时却无济于事。1983年，一道岩浆一直流到接近地质学家居住的萨皮恩札饭店外才停了下来。时至今日，与山峦的威力相比，人类压制火山力量的尝试仍然显得微不足道。
火山与人类
火山灰和参差不齐的岩浆流会以令人惊讶的速度迅速分解，产生富饶肥沃的土壤。健忘的人们总是聚集在火山周围，在那里建起农场、村落乃至城市。如今，监测火山，并在其内岩浆上升、喷发即将来临时至少获得某些警报都是可能的。但即使在那样的时刻，劝说人们离开有时也绝非易事。在维苏威火山下的那不勒斯湾这样人口密集的地方，及时疏散人群既不现实也不可能。在南美洲和其他地方那些不甚著名的火山，至今甚至没有学者对其作过任何冲击力方面的学术研究。
移动缓慢的岩浆流和更加致命的火山碎屑流并非仅有的危险。在喷发的火山周围聚集起来的尘埃和水蒸气的喷发云会造成大雨，若与火山上融化的雪水配合，会导致灾难性的泥石流或火山泥流。1985年，哥伦比亚的内瓦多·德·鲁伊斯火山就曾发生过这样的情况，泥石流沿山坡一路扫荡，造成大约22000人死亡。威胁甚至可能毫无行迹可觅。喀麦隆境内尼奥斯湖的深水中累积溶解了大量的火山二氧化碳。1986年的一个寒夜，湖面上致密冰冷的水体突然下沉，把富含气体的水带到湖面并释放了其中的压力。这就像打开一瓶充分摇动的苏打水一样，密度大于空气的气体突然释放席卷了山谷，导致附近村里的1700人在梦乡中窒息而死。
火山的力量或许无法阻挡，但通过审慎规划和仔细监测，人类可以学着相对安全地与之共存。
第七章
地动山摇之时
全速横穿大洋的超级油轮有着很大的动能，制动距离长达数十公里，然而没有什么能够阻挡整块大陆。我们已经听过印度和亚洲历时5500万年的慢动作碰撞的故事，其他构造板块也都在发生相对位移。板块的相互摩擦引发了地震。大地震地图所显示的板块分界线甚至比火山地图还要清晰。
全球定位系统测量显示了构造板块如何以每年几厘米的速度缓慢而稳定地滑过彼此。但在接近板块边缘处，滑动就没那么流畅了。在有些地方，运动仍然稳定，没有发生大地震，岩石仿佛被涂抹了润滑剂，抑或变得非常柔软，以至于它们的移动简直可以称之为蠕动。但很多板块边界却动弹不得。然而大陆持续移动，张力不断累积，最终岩石不堪忍受而突然破碎，地震就发生了。
随着洋壳潜没进地幔，也有些地震发生在很深的位置。但大多数地震都发生在顶部15-20公里处，那里的地壳又热又脆。岩石沿着所谓的断层线破碎，传出地震波。地震波看来是从地下的震源沿断层散发出去的。震源上方地表上的那个点叫作震中。
地震的震级
里克特和梅尔卡利震级表为地震划分了等级。前一种测量的是实际的波能，后一种则标记了破坏的效果。里克特震级表是用对数表示的，因此只使用数字1-10便可标记所有地震：从地震活跃区几乎无法察觉的频繁日常颤动，到有据可查的最大地震——迄今为止，最大规模的地震发生于1960年的智利海岸，其在震级表上的测量值为9.5级。震级表上每个点之间的能量差别是30倍。因此，例如，7级地震很可能比6级的破坏力大得多。令人啼笑皆非的是，查尔斯·里克特这位为震级表命名的加州地震学家1985年去世之后，他的许多个人记录却在1994年洛杉矶附近北岭镇的一场6.6级地震所引发的火灾中毁于一旦。
世上最著名的裂缝
在美国加州，地震几乎就是家常便饭。巨大的太平洋板块在持续运动中，它没有下潜到美洲大陆之下，而是在所谓平移断层与大陆擦身而过。接合位置几乎从来都不是一条直线，因此，主要断层线上的扭结导致很多平行和交叉的裂缝或断层。其中大多数位置经历了频繁的小型地震，任何一处均有可能成为大地震的中心。包括板块边界本身在内，最著名的裂缝要数圣安德烈亚斯断层了。它起自加州南部，在洛杉矶内陆曲线行进，一路向西北直达旧金山，通向大海。它在1906年恶名加身，当时旧金山毁于一场大地震，随后可怕的火灾烧毁了所有的木质房屋。
图20 过去30年来地壳大地震（5级和以上）的分布。大多数聚集在构造板块的边界上，但也有少数发生在大陆腹地
洛杉矶与旧金山之间是一片不毛之地，很容易在光秃秃的山峦中辨认断层的痕迹。有时，斜坡上的一个微小变化即可标记其行踪。有时，可以看见它切断了地形，仿佛有一只大手持刀划过地图。断层似乎直线行进了100英里。我曾在洛杉矶和旧金山中间的一条高低不平的机耕道上沿着这条断层行进。断层东面是坦布洛山脉低矮的侵蚀丘陵，西面则是干燥的卡里佐平原缓坡，向下直通圣路易斯—奥比斯保和太平洋。从丘陵地带下来是一些干涸的河床。在河床与斜坡基部之处，似乎发生过一些奇怪的事情。那些河流并没有直接流向西方，而是向右急转90°，沿着丘陵基部向北走了几十米，然后又向左急转弯继续流向大海。华莱士溪是其中规模最大的河流之一，这条得名于美国地质勘探局的罗伯特·华莱士的河流深深地嵌入柔缓的丘陵斜坡。它在横穿断层时错位了130米。它起初必然是直接流下山坡的，沿途切出深深的河道。在一系列地震中，平原西部突然向北倾斜，河床自然也跟着转向了。冬汛无法在高耸的河岸上切出一条新的河道，所以这些溪流沿着断层流淌，直到再次与原先的河床会合。这不是一蹴而就的。罗伯特·华莱士及其同事综合使用了挖方和放射性碳测定年代技术，计算出了地质时期。史书中唯一一个记录发生在1857年，它解释了最后9.5米的平移。距离这次平移最近的两次移动都发生在史前，分别将河道平移了12.5米和11米。平均下来，圣安德烈亚斯断层在过去13000年以每年34毫米的速度滑动。如果保持这一速度，那么2000万年后，洛杉矶将会挪移到旧金山的北方，两个城市间的距离与当前一样，只不过现在它是在旧金山的南面。当然了，加州人都知道这条道路并不平缓，他们为此可算是吃尽了苦头。
图21 1999年土耳其伊兹米特地震前后数据相结合之后的卫星雷达干涉图，显示出地面的运动
测量移动距离
在大陆尺度上测量以米或厘米为单位的移动距离，在过去几乎是不可能的，但如今就相对容易了。像美国加州和日本这样的断裂带上被放置了各种仪器。尤其是与全球定位系统连接的接收器，可以保证连续监视这些断裂带在地表上的位置。如果它们联入自动监测网，就可以立即向有关方面通知地震发生的准确位置和严重程度。正如我们将要看到的，它们还有助于地震预警。太空可以传送更清晰的实况图像。配备了合成孔径雷达的遥感卫星可以记录地面的形状，精确度非常高，以至于将地震前后分别拍摄的两张图片叠加后，可以生成干涉图样，显示出移动断层的精确区段及其运动。
板块中部的地震
就算表面上看来十分坚硬的大陆板块也受到压力和张力，它们有时也会移动。在美国简短的历史记录中，最大的地震并不是发生在加州，而是在美国东部。1811年，圣路易斯市附近的边城新马德里被3场里克特震级高达8.5级的大地震所撼动。这3场地震威力强大，足以摇动波士顿教堂里的吊钟，如果当时广阔的密西西比平原上存在大型的现代城市，也定会被夷为平地。迄今也不确定那场地震是由于在密西西比河沉积物的重压之下大地下沉所导致的，还是威力无穷的密西西比河本身恰恰就是地壳延展的产物。原因可能在于这里是某个海洋企图开放的备选线路，尽管最终它选择了阿巴拉契亚山脉另一侧的大西洋。但也许它是在作另一番尝试。无论原因如何，如果今天在新马德里再来一次地震，所造成的破坏将是不可估量的。
深层地震之谜
通过绘制地震深度图，我们就有可能跟踪海洋岩石圈在潜没带下降的位置，如太平洋板块潜入南美洲安第斯山脉之下的具体位置。在起初的200公里左右，岩石冷脆，因而会破碎，又因为接近表面，所以就产生了地震。但某些地震的震源似乎要深得多，有的深达600公里，那里的热量和压力会让岩石变得软韧，使它们更易变形而非破碎。一个可能的解释是，这些深层地震或许是由于整层结晶正在经历着相变，从海洋岩石圈中的橄榄石结构变为地幔中密度更大的尖晶石型结构。反对这一学说的论据是，这一过程只会发生一次，而同一地点迄今已经发生了好几次有记录的地震。但这也可能是因为有连续若干层橄榄石在经历相变。
听天由命
2001年1月，整个印度西北部地动山摇，这场毁灭性的地震震中位于古吉拉特邦普杰市。此乃印度与亚洲的洲际碰撞余波未了。印度与中国西藏之间的相对运动仍在以每个世纪大约2米的速度持续累积。20世纪已经发生了一些严重的喜马拉雅地震，但一定有很多地区累积了大得多的张力。2米的滑坡便有可能产生7.8级的地震。但在印度