地震预报与邪教(三)

线性系统的平衡将在何时被打破是可计算的，要让系统达到临界状态产生质变，需要对“控制参数”进行调节。而具有自组织临界性的系统具有持续的能力供给，并由很多基本单元组成，这些基本单元之间具有（非线性的）相互作用，不需要从外部控制参数，系统可自发演化到稳定与非稳定的临界状态。而且在这样的系统中，任何一个小事件都可能以一定的概率“级联”式地演化成大事件，而这种情况是否会发生与整个系统内部的所有细节、而不仅仅是与大事件及其邻近区域的细节有关。整个系统内的所有细节虽然从理论上是可测量的，但实际上需要测量的细节如此之多以至于根本不可能完成准确测量，而且人们至今仍不了解其中的物理定律。因此，具有自组织临界性的现象被认为是不可预测的。

    在地震的案例中，地球岩石层可以看作由不同层次的块体组成的，其中最大的是板块,最小的是矿物颗粒。不同的块体之间、不同层次的块体之间都存在非线性的相互作用。地幔对流给这种块体运动提供了持续的能量供给。这样一个动力系统能自发地演化到自组织临界状态。在1997年《科学》关于“地震能否预测”的辩论中采取激进反对立场的罗伯特·盖勒（Robert J. Geller）就认为：“地球处在一种自组织临界状态上，其中任何小地震都有可能级联式地发展成一个大地震。”因此，他当时的观点是，地震的不可预测性是由这个系统本身的性质决定的，应当干脆放弃，不去研究它。

    持这种观点的人的一个重要依据就是古登堡-里克特定律（Gutenberg-Richter law，指不同震级的地震的频度与震级间存在某种对数关系），这一地震学中的重要定律的幂律分布性质是具有自组织临界性系统中的普遍现象。

     当然，地震的完全不可预测性只是一个非常偏激的观点。关于地震系统是否真的具有自组织临界性、并因此而不可预测也存在众多分歧和说法，但毫无争议的是地震系统的复杂性。这或许是一个只有少数人才真正具有发言权的科学领域，但所有人都懂得的是，地震毁灭性的巨大力量总是造成无可挽回的悲剧。正因为如此，尽管地震预测面临着种种限制和困难，一代又一代的地震学家仍献身于这个科学难题。

    对地震预测这样尚处于探索阶段的科学命题，我们应当对“不可能”和“100%精确”这样的绝对说法保持同样的警惕性。就像伯克利大学的地震学家罗伯特·纳多（Robert Nadeau）所说的，许多不可预测的随机性只是因为缺乏足够的知识。随着人类对地球和地震了解的加深，对地震的科学预测将不再仅仅是梦想。

　

1906年8月17日，智利的瓦尔普拉索(Valparaiso)发生8.5级大地震，3760人遇难。智利是全球地震活动最强烈的国家之一。因此，在这次大地震之前，智利政府就已经特地聘请著名的法国地震学家巴罗（Fernand Montessus de Ballore）担任该国地震观象台台长。在巴罗的主持下，智利开始布设地震台网，开展相关的地震监测与研究工作，成绩斐然。尽管如此，智利政府仍然对巴罗未能预测到瓦尔普拉索地震深感失望，对他颇有指责。1923年，巴罗病故于任上时，也对没有得到外界的理解感到遗憾。

同样是1906年，当时在东京帝国大学理学系地震专业担任大森房吉教授助手的今村明恒发表了一篇文章，预测在50年内日本相模湾将发生大地震，并对东京缺乏防火设施提出警告，指出如果相模湾发生的大地震袭击到东京，东京将有10万人死于火灾。作为日本地震学界的泰斗，大森教授认为今村的文章缺乏可靠的科学依据并会引起社会的恐慌而加以抨击。两人在1915年再次进行了辩论，结果仍不了了之。

今村的预测在1923年9月1日成真，著名的关东大地震夺走了14.3万人的生命，地震引起的火灾尤为严重。当时大森正在澳大利亚参加第二届泛太平洋科学大学，地震发生时他正在访问澳大利亚悉尼天文台，忽然看见地震仪的记录笔疯狂摆动起来。仔细分析记录后的大森惊呆了，因为他发现这场大地震就发生在东京。匆忙赶回日本的大森在乘船回国的途中健康状况急剧恶化。当他抵达横滨时，迎接他的正是今村。除了对今村表示感谢，大森还为关东大地震深感自责，回国不久便去世了，终年55岁。逝世之前，大森将后事托付给了今村。

今村明恒在相模湾地震的预测中使用了“地震空区”理论。按照该理论，在指定的一段断层上，会准周期性地发生具有特征大小与平均复发时间的地震。这种“特征地震”的大小和发生的时间都可以根据地质情况和历史数据进行估计，而“地震空区”就是在时间上已超过平均复发时间、但仍未以特征地震的方式破裂过的一段断层。上一个特征地震的发震时间类似“地震钟”的“零时”，从那时起，与这个特征地震类似的下一个特征地震的发生概率是可以推算的。

地震空区理论在地震的长期预测中具有重要意义，也取得了一定成功，但即便如此，地震系统的复杂性也经常使根据这个理论做出的预测落空。1970年代初，日本地震学者找出了“东海大地震空区”，并预测将发生“东海大地震”，日本政府针对预测制定通过了“大地震对策特别措施法”，但直到今天，预测中的大地震仍未发生。

这些发生在几十年前、甚至是100年前的故事并不仅仅是已经翻过去的陈年黄历，直到今天，类似的故事仍在上演。地震及其预测是悬在许多地震学家心中的达摩克利斯之剑，他们试图通过种种手段化解潜在的可能灾难，却缺乏相应的手段。

找不到演讲用幻灯片的符拉迪米尔·克依利斯-博罗克在2004年预测当年9月5日之前，南加州12440平方英里的范围内将发生6.4级或更大的地震。这个预测引起了美国各界的关注，包括《圣·荷塞水星报》在内的许多大媒体纷纷报道了克依利斯-博罗克的预测和研究，美国地质调查局（USGS）也为此专门在网站上做了一个相关常见问题的答疑页面。

克依利斯-博罗克的预测之所以如此引人注目，是因为他所使用的方法预测准确度非常高，不仅成功预测了2003年9月的日本北海道8.1级地震和12月的加州圣·西蒙（San Simeon）6.5级地震，并且几乎没有失误。数学背景深厚的克依利斯-博罗克长期研究地震预测，与来自俄罗斯、美国、西欧、日本和加拿大等国的跨学科专家组成的研究团队历时20年完成了自己的预测模型，通过对日常发生的小地震预测较大的地震，预测时间则从原来跨度数年的中期预测精确成数个月内的短期预测。

尽管美国地质调查局与其他的研究机构针对克依利斯-博罗克小组的预测及其方法联合进行了调查、评审，认为是合法的地震预测方法，仍将其定性为“未被证明的”。而事实上，这个在之前屡试不爽的预测模型在最多人关注的时候遭到了重大失败，预想中的南加州地震并未发生。

虽然即便是最负盛名的地震学家也难以避免预测失误，但这并不意味着地震预测走进了死胡同。克依利斯-博罗克仍然在继续利用历史统计数据进行地震预测的研究，而另外一些人则试图利用新的技术来破解地震预测的难题，加州大学戴维斯分校的约翰·兰道（John Rundle）就是其中之一。 

据兰道教授对《环球企业家》介绍，他所带领的小组最初的方法是研究一段时期内某地地质活动的异常活跃或异常平静，而最近几年的创新在于他们开始追踪活动的变化，并将其与长期的平均活动水平进行比较，这样对大地震的预测将更为精确。

实际上，除了大地震，全球每年还会发生数百万次人们难以感知到的小地震。兰道表示，小地震可能暗示着断层上正在积攒压力。随着大多数断层的不断活动，其中一些断层上愈加频繁的小地震最后可能演变成大地震，另一些可看上去反而异常安静。这两种现象都是更大地震发生的可能征兆。而兰道等人的研究方法是通过图形信息技术（pattern informatics technique），对一段时间内（比如5-10年）测量到的小地震信息进行分析处理，与更长时间范围内的历史数据相比，从而在统计上得到关于大地震发生地点的中期预测。得出的预测结果可以“地图”（scorecard）的形式形象地展示出来。

兰道负责的这个项目得到了美国航空航天局（NASA）的资助和支持，是后者的QuakeSim项目的一部分。QuakeSim旨在为模拟和理解地震及构造过程建立一个坚实的地球科学框架，其中的一个重要任务就是为地震预测寻找、提供合适的工具。通过NASA的GPS和卫星孔径雷达干涉测量术（InSAR）等空间大地测量技术，地面形变，特别是对与活动断层和火山有关的地面变形都会被高精度的卫星照片记录下来。而兰道的任务正是对这些来自天空的数据进行处理，作出相应的预测。

正如QuakeSim项目的主要研究者，NASA喷气推进实验室（JPL）安德里亚·多内兰（Andrea Donnellan）对《环球企业家》所说的：“任何运用于地震预测中的技术都要求对地震形成过程有所理解。”而利用电脑对历史数据、地质信息和卫星数据等与地震相关的多维度数据进行处理，更可能将地震预测水平提高到新的高度。

兰道和多内兰的预测成绩相当不错。他们建立了从旧金山湾区到墨西哥边界的加州“地震预测地图”，区分出了从2000年的第一天到2009年的最后一天这10年间最可能发生大地震的“热点”（hotspot）地区。过去半年里加州发生的5次5级以上的地震都落在了“热点”里。更重要的是，确定的“热点”只占地图所描绘地区面积的1.2%，这意味着在扩大侦测地区范围的同时减少了需要重点关注和进行预测的区域面积，实际上也减少了错误预测的概率。

兰道和多内兰均对《环球企业家》表示这种预测方法可以运用于全世界，唯一的限制是需要当地较长时间段的与地震活动相关的数据。QuakeSim的最终目标是建立起自动化的，能每天实时更新地震数据，并适用于任意时间段（从几个小时到几年）的全球地震预测和损失评估系统。