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地震探源:能否利用地磁異常預測地震

2008年06月11日 12:56 來(lái)源:科技日報 發(fā)表評論

  編者按:

  5·12汶川大地震給人們的生命財產(chǎn)帶來(lái)了巨大損失。痛定思痛,人們對與地震相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題異常關(guān)注。今天,本報以專(zhuān)集的形式,特別向讀者朋友摘要介紹一些專(zhuān)家學(xué)者研究探討地震防震的論文,以饗讀者。他們的論點(diǎn)和論據,本報既不肯定,也不否定,只求形成百家爭鳴的學(xué)術(shù)環(huán)境,普及防震抗震的科學(xué)知識,為進(jìn)一步研討地震的形成及其危害,為更有效抗災減災提供可鑒思路。

  核心提示:

  利用變化磁場(chǎng)在地球內部的電磁感應現象,是研究地球內部電性結構及其變化的一種方法。地震磁現象的觀(guān)測研究,迄今已有近百年的歷史。中國地震局林云芳、曾小蘋(píng)、續春榮、趙明、李琪撰寫(xiě)的論文《地磁方法在地震預報中的應用》中提出了轉換函數法、空間相關(guān)和加權差分法以及加卸載響應比法等3種地磁預測方法。

  2008年5月17日早晨,一支由6人組成的地震地磁測量隊從合肥出發(fā),奔赴四川震災最嚴重的汶川縣展開(kāi)地震測量援助。

  這支地震地磁測量隊由安徽省地震局地震工程院的專(zhuān)家和技術(shù)骨干組成,具有精湛野外觀(guān)測技術(shù)和豐富現場(chǎng)工作經(jīng)驗。此次出征四川,測量隊將承擔對汶川縣以南東西500公里、南北700公里區域的地震地磁測量工作,負責收集珍貴的第一手地震現場(chǎng)資料,捕捉此次地震在該區域引起的地球內部結構變化在地球磁場(chǎng)方面的變化,為下一步的地震科學(xué)研究提供地球物理場(chǎng)背景等基礎資料。同時(shí),按照中國地震局指派,測量隊還將負責對統一調遣進(jìn)入災區、來(lái)自四川等省的四支測量隊進(jìn)行工作指導。

  2008年4月29日,北京鐵道大廈。來(lái)自國家有關(guān)部委和研究機構的領(lǐng)導、專(zhuān)家等130余人,就我國地震電磁監測試驗衛星相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析研討。

  那一天,他們中或許沒(méi)有人意識到,地震這個(gè)幽靈正在悄然生成,更沒(méi)有人料到,就在13天后,中國30余年來(lái)最嚴重的一場(chǎng)地質(zhì)災害突然襲來(lái)———四川汶川發(fā)生8.0級地震。

  地震給人類(lèi)造成的災難是難以估量的,但地震預測長(cháng)期以來(lái)都一直是一個(gè)世界性的科學(xué)難題。大量的觀(guān)測事實(shí)顯示,在多數大地震發(fā)生前,均在震中及其鄰區發(fā)現過(guò)大量與電磁波有關(guān)的異,F象。

  地震前夕的地磁場(chǎng)異常變化

  一般認為,地震引起磁場(chǎng)變化的原因有兩個(gè),一是地震前巖石在地應力作用下出現“壓磁效應”,從而引起地磁場(chǎng)局部變化;二是地應力使巖石被壓縮或拉伸,引起電阻率變化,使電磁場(chǎng)有相應的局部變化,巖石溫度的改變也能使巖石電磁性質(zhì)改變;谏鲜隼碛,應該可以利用電磁手段對地震進(jìn)行預測、預報。

  1995年阪神大地震動(dòng)物騷動(dòng)不安

  1995年1月7日阪神大地震震后的分析:大地震之前,動(dòng)物往往會(huì )騷動(dòng)不安。為什么會(huì )發(fā)生這種現象呢?日本大阪大學(xué)研究小組近日通過(guò)對老鼠的實(shí)驗發(fā)現,這原來(lái)是震前出現的特殊電磁脈沖刺激動(dòng)物大腦所致。1855年江戶(hù)大地震磁鐵失去磁性

  1855年,在日本江戶(hù)鬧市區有一位開(kāi)眼鏡鋪的商人,他用長(cháng)3日尺(1日尺等于30.3厘米)的一個(gè)馬蹄鐵,在馬蹄鐵上面粘滿(mǎn)鐵釘,用此來(lái)招引顧客。但是,在1855年江戶(hù)大地震發(fā)生的當天,吸到磁鐵上的鐵釘及其他鐵制商品,突然掉落在地,使他大為驚愕。時(shí)過(guò)兩小時(shí),一次破壞性大地震發(fā)生了,震撼了整個(gè)市區。地震過(guò)后,發(fā)現那塊磁鐵又恢復了往日的吸鐵功能。類(lèi)似的事件,在我們國家也曾多次出現。

  1970年云南通海地震廣播嘈雜不清

  1970年1月5日,在云南通海發(fā)生7.8級大地震。震前,震中區有些人在收聽(tīng)中央人民廣播電臺的廣播,忽然發(fā)現收音機音量減小,聲音嘈雜不清,特別是在震前幾分鐘,播音干脆中斷。再如,1973年2月6日四川爐霍7.9級地震之前,縣廣播站的人發(fā)現,在震前5—30分鐘,收音機雜音很大,無(wú)法調試,接著(zhù)發(fā)生了大地震。

  1976年唐山地震雷達收到奇異電磁波

  唐山地震前兩天,距唐山200多公里的延慶縣測雨雷達站和空軍雷達站,都連續收到來(lái)自京、津、唐上空的一種奇異的電磁波。

  為什么能利用地磁預報地震

  地球是一個(gè)巨大的磁體,在它的周?chē)嬖谥?zhù)一種看不見(jiàn)的物質(zhì),它能使懸掛起來(lái)的小磁針趨向一定的方向,這種看不見(jiàn)但對小磁針起作用的物質(zhì)叫做“地磁”。地磁有它的大小和方向,通常用它的水平分量H、垂直分量Z和偏角D這三個(gè)要素來(lái)描述。如果知道了某處的Z、H、D三個(gè)分量,也就知道了該處的地磁場(chǎng)的全貌。

  通過(guò)長(cháng)期觀(guān)測表明,地磁的任何一個(gè)分量,在任何一個(gè)地方都是不斷變化的。變化的原因是多方面的,如與太陽(yáng)、地球等天體運行有關(guān)的晝夜變化、季節變化、年變化等周期性變化;還有在地震的孕育發(fā)展過(guò)程中,由于地下應力作用,地下巖石的物理、化學(xué)性質(zhì)就要發(fā)生變化,從而導致地下巖石磁性的改變,于是在地面上觀(guān)測到的地磁,就會(huì )發(fā)生局部的微弱變化。我們正是從上述變化中,尤其從地下應力作用引起的地磁變化中,去尋找與地震有關(guān)的帶規律性的地磁變化異常,借以預報地震。

  目前利用地磁預報地震的方法還在探索階段中。影響地磁變化的原因是多方面的,干擾因素也很多,比如,儀器附近放有鐵物質(zhì)或者觀(guān)測時(shí)帶有鐵磁性的東西靠近儀器,都會(huì )使磁針改變方向,發(fā)生變化,因此,當觀(guān)測到地磁異常時(shí),首先要通過(guò)多種觀(guān)測資料加以對比分析,排除各種干擾因素,努力找出因地震的變化引起的異常反映。

  我國加速地震監測衛星研究

  我國處于世界兩大地震帶之間,是一個(gè)多地震的國家。資料顯示,20世紀有三分之一的陸上破壞性地震發(fā)生在我國,死亡人數約60萬(wàn),占全世界同期因地震死亡人數的一半左右。

  許多國家開(kāi)展了地震電磁衛星的探索研究,以期將其作為監測地震災害的手段之一。我國也非常重視利用衛星預測地震。據了解,在“九五”期間,我國就開(kāi)始了衛星預報地震的研究和應用,并取得了初步成果。近日,中國航天報記者就地震電磁衛星的研究發(fā)展情況,采訪(fǎng)了有關(guān)衛星專(zhuān)家。我國有關(guān)專(zhuān)家認為,發(fā)展地震監測衛星十分必要。

  著(zhù)名衛星專(zhuān)家王希季院士等一直呼吁研制發(fā)射地震電磁監測試驗衛星。在接受采訪(fǎng)時(shí)他指出,目前我國已建成了相當數量的地基電磁監測臺網(wǎng),但我國幅員遼闊,地震多發(fā)區多,已建和籌建的電磁監測臺還不能滿(mǎn)足預報需求。而在空間軌道運行的衛星對地電磁觀(guān)測覆蓋范圍大,不受地面自然條件限制,且空間電磁的場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息強于地面的信息。利用衛星實(shí)現空間電磁監測,將有可能對地震預報起到積極的推動(dòng)作用。

  “此次汶川地震,如果我們事先有該地區連續的空間監測的熱和電磁效應的圖像,可能會(huì )有預報!蓖跸<菊J為。他表示,發(fā)展我國的地震電磁衛星對地觀(guān)測技術(shù),將空間手段與地基監測相結合,建立天地一體化的立體地震電磁監測系統,將明顯增加地震前兆的信息量,為地震預測預報提供重要的科學(xué)判據。

  在我國航天發(fā)展“十一五”規劃中,已明確提出開(kāi)展地震電磁監測衛星研究。汶川震后第三天,5月15日,國家國防科技工業(yè)局組織召開(kāi)了航天技術(shù)應對當前地震災害的專(zhuān)題研討會(huì )。會(huì )上明確要求,要進(jìn)一步加快包括地震電磁監測試驗衛星在內的關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研制,不斷增強航天技術(shù)服務(wù)國家防災救災事業(yè)的能力。

  相關(guān)鏈接前蘇聯(lián)先行一步

  曾監測地下核爆

  早在1964年,前蘇聯(lián)科學(xué)家在分析該國發(fā)射的Aloute衛星觀(guān)測資料時(shí),就發(fā)現了衛星電磁觀(guān)測在強地震前的異,F象,這一現象被隨后發(fā)射的多顆衛星反復觀(guān)測到。因此,最先利用太空中的衛星監測電磁異常的國家,正是冷戰時(shí)期的前蘇聯(lián)。因為地下核試驗產(chǎn)生的強震同樣會(huì )引起電磁異常。前蘇聯(lián)為了監測有關(guān)國家地下核試驗的情況,在冷戰時(shí)期發(fā)射了多顆可監測電磁異常的衛星。

  上世紀90年代初,在多年研究的基礎上,前蘇聯(lián)科學(xué)家提出建立地震前兆全球監測衛星系統的設想。該系統的目標是對特定地區上空的電磁波、電離層等離子體特征等長(cháng)期監測,在震前2小時(shí)—48小時(shí)做出預報。按照科學(xué)家們的設想,這一系統由20顆微型中低軌道衛星、地面接收網(wǎng)絡(luò )和地面飛行控制中心組成。地面接收系統將信息傳遞到地震預測中心,中心再將地震衛星信息與地面傳統地震監測得到的信息相結合進(jìn)行地震預測。但是由于前蘇聯(lián)的解體和俄羅斯經(jīng)濟實(shí)力的下降等原因,該系統建立進(jìn)程緩慢。俄羅斯先后于1999年、2001年、2006年發(fā)射了3顆衛星,用來(lái)探測與地震有關(guān)的電離層變化信息,探索地震預報信息和預報技術(shù),研究與地震、火山和其他大規模的自然災害有關(guān)的電離層、電磁和等離子體變化等前兆。

  數顆衛星太空運行

  多個(gè)國家開(kāi)展研究

  從上世紀90年代初開(kāi)始,法國、美國、烏克蘭等國家也著(zhù)手進(jìn)行地震電磁監測衛星相關(guān)研究。2003年,美國發(fā)射了一顆重4.5千克的地震衛星,用于研究磁場(chǎng)信號與地震巖石破裂關(guān)系機理,預測地震活動(dòng)。2004年,法國和烏克蘭分別發(fā)射了一顆地震電磁衛星。法國這顆名為Demeter的衛星,用于研究與地震、火山相關(guān)的電離層變化,研究與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)的電離層活動(dòng)及引起電離層變化的機理等。

  目前,美國、俄羅斯、烏克蘭、意大利等國,以及我國臺灣地區,都有發(fā)射地震電磁衛星的計劃。其中,俄羅斯提出了一個(gè)包括兩種軌道面、共8顆衛星的全新的電磁衛星星座方案;烏克蘭航天局提出由3顆衛星組成地震電磁監測星座。

  法國并沒(méi)有處在地震帶上,但科學(xué)家們仍開(kāi)展了地震電磁衛星的研究。專(zhuān)家介紹說(shuō),目前法國的Demeter衛星研究成效顯著(zhù),在業(yè)內頗受關(guān)注。

  與傳統的地面地震監測站相比,利用衛星監測并且預報地震的方法無(wú)疑為人們提供了新的預報的依據。專(zhuān)家稱(chēng),雖然利用地震電磁衛星預報地震目前還處于“探索階段”,但是這一方法已得到了許多科學(xué)家的認同。未來(lái),隨著(zhù)科技水平的提高和科學(xué)研究的深入,地震電磁衛星有望在地震預測中發(fā)揮重要的作用。

  延伸閱讀

  俄專(zhuān)家稱(chēng)“太空預測法”可更精確預測地震

  據中國網(wǎng)援引國外消息,關(guān)于預計將會(huì )發(fā)生的災難的地點(diǎn)甚至日期,太空遙感技術(shù)能提供更精確的數據。因此,從太空進(jìn)行地震預測更加容易,也更為精確。這種高科技方法的主要優(yōu)勢在于,能夠監測具有地震危險的大片區域,提前1—5天預測地震的發(fā)生。

  俄羅斯人預測地震的方法是以研究地磁場(chǎng)變化為基礎。地表磁場(chǎng)測量能發(fā)現預示著(zhù)地震的一些變化。與此同時(shí),即將發(fā)生地震的地區的強電場(chǎng)會(huì )導致電離層產(chǎn)生特定電流。

  蘇聯(lián)于1979年發(fā)射的“國際宇宙組織—19”衛星是一個(gè)突破。在一場(chǎng)地震發(fā)生前若干小時(shí),這顆衛星在震中周?chē)笃瑓^域探測到了一種不同尋常的低頻噪音。這一發(fā)現后來(lái)得到了其他航天器的證實(shí)。

  強烈地震的先兆大約在主震發(fā)生5天前就會(huì )出現,具有能與其他電離層變化相區別的特定特征。記錄這些特征是一項非常復雜的任務(wù),包括對可能發(fā)生地震的地區進(jìn)行不間斷衛星監測,以及進(jìn)行有規律的基線(xiàn)研究,因為基線(xiàn)變化可能預示著(zhù)地震即將發(fā)生。

  包括俄羅斯在內的許多國家都在研究地震與電離層之間的聯(lián)系,但研究力度尚不能如科學(xué)家們所愿。

編輯:吳歆】
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