最偉大未解之謎：地震中到底發生了什麼？

　　序：我們向幾位權威的科學家諮詢什麼是至今為止人類最大的未解之謎，同時也列出了我們這些編輯所想到的未解之謎。近期請關注“最偉大的未解之謎”。在這一系列文章中，也許您並不能得到滿意的答案，但您可以從中了解到關於這些謎團的最新研究進展。 　

　地震中到底發生了什麼

　　當一場具有相當振幅的地震發生時，科學家們可以精確地解釋地震源從哪裡發生，或是解釋出地震是由什麼樣的斷層運動產生的，甚至還能預測餘震持續的時間。但是奇怪的是，所有地震學家和地球物理學家都不能準確地說出當發生地震時，地球內部究竟發生了什麼？

　　在過去的幾十年中，地震物理學的理論發生了翻天覆地的變化，科學家們通過實驗室模擬、對斷層進行鑽探地質研究和理論探索，在對地震原理的理解方面越來越深入。但是推動斷層緩慢運動、並且在某一時刻突然塌陷，而造成地震的自然驅動力和其作用過程，到今天為止仍然沒有準確的定論。

　　但是當兩大岩石板塊相對運動時，板塊運動產生的高度摩擦力和融化現象，以及人們所預期出現的一系列板塊運動，迄今為止都沒有確切的科學證據。地質學家認為，完全有理由相信地震過程中有不可思議的地質運動發生。地球物理學家湯姆·海頓說：“在地球科學研究中，最為基本的問題之一就是如何解釋地震過程中板塊的相對摩擦運動方式，這是三十年來研究地球物理學中遇到的最大的難題之一”。

　　溫柔的地震
　　地震是劇烈的地質現象，但是科學家們聲稱其實地震的外在表現已經溫柔了很多。絕大多數地震是地質板塊作相對衝撞運動時發生的，當這種摩擦力超過了板塊自身的應力，地震就會發生，導致了岩層的斷裂甚至地殼的嚴重變形，同時這種巨大的地質作用會釋放出驚人的彈性拉力，當地震發生時，這種拉力會以地震波的形式以多個方向在地下蔓延。

　　科學家們說，關於地震最奇怪的問題就是地震其實比預計的要溫柔得多。

　　舉例來說：一些科學家相信他們已經找到了在實驗室條件下模擬小型地震的方法，但當他們把實驗室模型數據套算到真實的地震中的時候，他們發現該模型預測的地震破壞程度要比實際情況大得多，即使是上周發生在秘魯造成500多人死亡的大地震、2005年發生在巴基斯坦的殺死80000多人的大地震和2004年蘇門答臘群島殺死25萬多人的地震海嘯都是震源能量大大縮減以後造成的，如果按震源能量來換算，地震帶來的將是毀滅性的破壞，部分岩層甚至會因為能量過高而融化。

　　科學家聲稱：“如果是那樣的話，地震將會極其劇烈，以至於不可能有生命在那樣的浩劫中倖免”。但是事實情況並非如此，地震到達地表時，其破壞力已經溫柔得多了，因此到目前為止模擬完全真實的地震過程還是不可能的。

　　設備設計的瓶頸
　　難以模擬地震主要是在實驗室環境下很難完全製造出真實地震的各種條件，這些地質條件都發生在地下幾公里處，包括高強度的拉力、高壓力、高溫和一定的運動頻率。

　　布朗大學岩石機械部門的科學家設計的模擬儀器可以模擬高應力條件下岩石樣本的運動狀態，便於地質學家分析深層摩擦運動的原理，這套儀器可以模擬地下10公里深度的地質運動。這對研究地震的原理來說具有里程碑式的意義，但是還遠遠不夠，因為地層深處很多磁力特性和物理特性還是難以模擬。

　　科學家們宣稱，設備設計的瓶頸是限制模擬精確度的主要原因。

　　普通的摩擦運動
　　在地表發生的摩擦運動一般是相對穩定的，摩擦會產生熱量，並且摩擦係數會隨著作用在摩擦面上的壓力增大而增大。我們假設地底的摩擦運動也是一樣，相對運動產生的摩擦可能會生成驚人的熱量，甚至把一些岩層融化。

　　但奇怪的是，當地底兩個巨大的岩層板塊相遇的時候，儘管發生了巨大的相對摩擦運動，卻沒有岩石融化為岩漿。這也許是因為地下的摩擦運動並沒有產生那么多的熱量。地震的摩擦作用一般是這樣的：在相對位移很小的情況下，摩擦力的數值會很大；但是當岩層運動時，摩擦力又會降為很小，這使得摩擦力難以做功而產生巨大熱量，於是地震期間地下板塊不會因為摩擦生熱而融化。

　　另一種解釋是相對運動的板塊發生了伯努力現象，就好像我們滑凍的時候，冰刀對冰面造成的高壓使得冰面產生微小融化，融化的水分離了接觸面而使冰刀和冰面間的摩擦力異常之小。地層的相對運動如果發生了類似的情況，那么不產生大量熱量也是非常可能的。

　　還有一種解釋是地層相對運動時，有高壓把水壓入，從而產生了高壓水蒸汽，水蒸汽最後推動地層移動、破裂，於是發生了地震，這種說法還需要進一步的論證。

　　科學家們解釋說：“我們雖然不能在十年之內完全解開地震運動的奧秘，但我們的研究可以幫助人類更好地了解地震可能帶來的破壞，並且幫助我們儘可能多地減少地震時的人員傷亡，也許有一天，人類還可以完全準確地預報地震，那將是我們研究的真正意義所在”。