地震預報與邪教(三)

線性係統的平衡將在何時被打破是可計算的，要讓係統達到臨界狀態產生質變，需要對“控製參數”進行調節。而具有自組織臨界性的係統具有持續的能力供給，並由很多基本單元組成，這些基本單元之間具有（非線性的）相互作用，不需要從外部控製參數，係統可自發演化到穩定與非穩定的臨界狀態。而且在這樣的係統中，任何一個小事件都可能以一定的概率“級聯”式地演化成大事件，而這種情況是否會發生與整個係統內部的所有細節、而不僅僅是與大事件及其鄰近區域的細節有關。整個係統內的所有細節雖然從理論上是可測量的，但實際上需要測量的細節如此之多以至於根本不可能完成準確測量，而且人們至今仍不了解其中的物理定律。因此，具有自組織臨界性的現象被認為是不可預測的。

    在地震的案例中，地球岩石層可以看作由不同層次的塊體組成的，其中最大的是板塊,最小的是礦物顆粒。不同的塊體之間、不同層次的塊體之間都存在非線性的相互作用。地幔對流給這種塊體運動提供了持續的能量供給。這樣一個動力係統能自發地演化到自組織臨界狀態。在1997年《科學》關於“地震能否預測”的辯論中采取激進反對立場的羅伯特·蓋勒（Robert J. Geller）就認為：“地球處在一種自組織臨界狀態上，其中任何小地震都有可能級聯式地發展成一個大地震。”因此，他當時的觀點是，地震的不可預測性是由這個係統本身的性質決定的，應當幹脆放棄，不去研究它。

    持這種觀點的人的一個重要依據就是古登堡-裏克特定律（Gutenberg-Richter law，指不同震級的地震的頻度與震級間存在某種對數關係），這一地震學中的重要定律的冪律分布性質是具有自組織臨界性係統中的普遍現象。

     當然，地震的完全不可預測性隻是一個非常偏激的觀點。關於地震係統是否真的具有自組織臨界性、並因此而不可預測也存在眾多分歧和說法，但毫無爭議的是地震係統的複雜性。這或許是一個隻有少數人才真正具有發言權的科學領域，但所有人都懂得的是，地震毀滅性的巨大力量總是造成無可挽回的悲劇。正因為如此，盡管地震預測麵臨著種種限製和困難，一代又一代的地震學家仍獻身於這個科學難題。

    對地震預測這樣尚處於探索階段的科學命題，我們應當對“不可能”和“100%精確”這樣的絕對說法保持同樣的警惕性。就像伯克利大學的地震學家羅伯特·納多（Robert Nadeau）所說的，許多不可預測的隨機性隻是因為缺乏足夠的知識。隨著人類對地球和地震了解的加深，對地震的科學預測將不再僅僅是夢想。

　

1906年8月17日，智利的瓦爾普拉索(Valparaiso)發生8.5級大地震，3760人遇難。智利是全球地震活動最強烈的國家之一。因此，在這次大地震之前，智利政府就已經特地聘請著名的法國地震學家巴羅（Fernand Montessus de Ballore）擔任該國地震觀象台台長。在巴羅的主持下，智利開始布設地震台網，開展相關的地震監測與研究工作，成績斐然。盡管如此，智利政府仍然對巴羅未能預測到瓦爾普拉索地震深感失望，對他頗有指責。1923年，巴羅病故於任上時，也對沒有得到外界的理解感到遺憾。

同樣是1906年，當時在東京帝國大學理學係地震專業擔任大森房吉教授助手的今村明恒發表了一篇文章，預測在50年內日本相模灣將發生大地震，並對東京缺乏防火設施提出警告，指出如果相模灣發生的大地震襲擊到東京，東京將有10萬人死於火災。作為日本地震學界的泰鬥，大森教授認為今村的文章缺乏可靠的科學依據並會引起社會的恐慌而加以抨擊。兩人在1915年再次進行了辯論，結果仍不了了之。

今村的預測在1923年9月1日成真，著名的關東大地震奪走了14.3萬人的生命，地震引起的火災尤為嚴重。當時大森正在澳大利亞參加第二屆泛太平洋科學大學，地震發生時他正在訪問澳大利亞悉尼天文台，忽然看見地震儀的記錄筆瘋狂擺動起來。仔細分析記錄後的大森驚呆了，因為他發現這場大地震就發生在東京。匆忙趕回日本的大森在乘船回國的途中健康狀況急劇惡化。當他抵達橫濱時，迎接他的正是今村。除了對今村表示感謝，大森還為關東大地震深感自責，回國不久便去世了，終年55歲。逝世之前，大森將後事托付給了今村。

今村明恒在相模灣地震的預測中使用了“地震空區”理論。按照該理論，在指定的一段斷層上，會準周期性地發生具有特征大小與平均複發時間的地震。這種“特征地震”的大小和發生的時間都可以根據地質情況和曆史數據進行估計，而“地震空區”就是在時間上已超過平均複發時間、但仍未以特征地震的方式破裂過的一段斷層。上一個特征地震的發震時間類似“地震鍾”的“零時”，從那時起，與這個特征地震類似的下一個特征地震的發生概率是可以推算的。

地震空區理論在地震的長期預測中具有重要意義，也取得了一定成功，但即便如此，地震係統的複雜性也經常使根據這個理論做出的預測落空。1970年代初，日本地震學者找出了“東海大地震空區”，並預測將發生“東海大地震”，日本政府針對預測製定通過了“大地震對策特別措施法”，但直到今天，預測中的大地震仍未發生。

這些發生在幾十年前、甚至是100年前的故事並不僅僅是已經翻過去的陳年黃曆，直到今天，類似的故事仍在上演。地震及其預測是懸在許多地震學家心中的達摩克利斯之劍，他們試圖通過種種手段化解潛在的可能災難，卻缺乏相應的手段。

找不到演講用幻燈片的符拉迪米爾·克依利斯-博羅克在2004年預測當年9月5日之前，南加州12440平方英裏的範圍內將發生6.4級或更大的地震。這個預測引起了美國各界的關注，包括《聖·荷塞水星報》在內的許多大媒體紛紛報道了克依利斯-博羅克的預測和研究，美國地質調查局（USGS）也為此專門在網站上做了一個相關常見問題的答疑頁麵。

克依利斯-博羅克的預測之所以如此引人注目，是因為他所使用的方法預測準確度非常高，不僅成功預測了2003年9月的日本北海道8.1級地震和12月的加州聖·西蒙（San Simeon）6.5級地震，並且幾乎沒有失誤。數學背景深厚的克依利斯-博羅克長期研究地震預測，與來自俄羅斯、美國、西歐、日本和加拿大等國的跨學科專家組成的研究團隊曆時20年完成了自己的預測模型，通過對日常發生的小地震預測較大的地震，預測時間則從原來跨度數年的中期預測精確成數個月內的短期預測。

盡管美國地質調查局與其他的研究機構針對克依利斯-博羅克小組的預測及其方法聯合進行了調查、評審，認為是合法的地震預測方法，仍將其定性為“未被證明的”。而事實上，這個在之前屢試不爽的預測模型在最多人關注的時候遭到了重大失敗，預想中的南加州地震並未發生。

雖然即便是最負盛名的地震學家也難以避免預測失誤，但這並不意味著地震預測走進了死胡同。克依利斯-博羅克仍然在繼續利用曆史統計數據進行地震預測的研究，而另外一些人則試圖利用新的技術來破解地震預測的難題，加州大學戴維斯分校的約翰·蘭道（John Rundle）就是其中之一。 

據蘭道教授對《環球企業家》介紹，他所帶領的小組最初的方法是研究一段時期內某地地質活動的異常活躍或異常平靜，而最近幾年的創新在於他們開始追蹤活動的變化，並將其與長期的平均活動水平進行比較，這樣對大地震的預測將更為精確。

實際上，除了大地震，全球每年還會發生數百萬次人們難以感知到的小地震。蘭道表示，小地震可能暗示著斷層上正在積攢壓力。隨著大多數斷層的不斷活動，其中一些斷層上愈加頻繁的小地震最後可能演變成大地震，另一些可看上去反而異常安靜。這兩種現象都是更大地震發生的可能征兆。而蘭道等人的研究方法是通過圖形信息技術（pattern informatics technique），對一段時間內（比如5-10年）測量到的小地震信息進行分析處理，與更長時間範圍內的曆史數據相比，從而在統計上得到關於大地震發生地點的中期預測。得出的預測結果可以“地圖”（scorecard）的形式形象地展示出來。

蘭道負責的這個項目得到了美國航空航天局（NASA）的資助和支持，是後者的QuakeSim項目的一部分。QuakeSim旨在為模擬和理解地震及構造過程建立一個堅實的地球科學框架，其中的一個重要任務就是為地震預測尋找、提供合適的工具。通過NASA的GPS和衛星孔徑雷達幹涉測量術（InSAR）等空間大地測量技術，地麵形變，特別是對與活動斷層和火山有關的地麵變形都會被高精度的衛星照片記錄下來。而蘭道的任務正是對這些來自天空的數據進行處理，作出相應的預測。

正如QuakeSim項目的主要研究者，NASA噴氣推進實驗室（JPL）安德裏亞·多內蘭（Andrea Donnellan）對《環球企業家》所說的：“任何運用於地震預測中的技術都要求對地震形成過程有所理解。”而利用電腦對曆史數據、地質信息和衛星數據等與地震相關的多維度數據進行處理，更可能將地震預測水平提高到新的高度。

蘭道和多內蘭的預測成績相當不錯。他們建立了從舊金山灣區到墨西哥邊界的加州“地震預測地圖”，區分出了從2000年的第一天到2009年的最後一天這10年間最可能發生大地震的“熱點”（hotspot）地區。過去半年裏加州發生的5次5級以上的地震都落在了“熱點”裏。更重要的是，確定的“熱點”隻占地圖所描繪地區麵積的1.2%，這意味著在擴大偵測地區範圍的同時減少了需要重點關注和進行預測的區域麵積，實際上也減少了錯誤預測的概率。

蘭道和多內蘭均對《環球企業家》表示這種預測方法可以運用於全世界，唯一的限製是需要當地較長時間段的與地震活動相關的數據。QuakeSim的最終目標是建立起自動化的，能每天實時更新地震數據，並適用於任意時間段（從幾個小時到幾年）的全球地震預測和損失評估係統。