[转帖]地震释疑：张衡地动仪能否记录地震

东粉鸭

英国学者米尔恩根据文献记录复原了“候风地动仪”

日本学者服部一三根据文献记录复原了“候风地动仪”

中国学者王振铎根据文献记录复原了“候风地动仪”

　　5月12日四川地震，牵动了全国民众的心。震感瞬间传至全国各地。一些网友认为，既然汉代就有“地震仪”，为什么依然无法预测地震呢？

　　也有网友指出，此前的“蟾蜍迁徙”已经预报了地震。动物真的能预报地震吗？

　　问题1

　　张衡地动仪能记录地震吗？

　　●地动仪无法记录发震时刻，更无法记录震级。因此，从现代地震学的角度来看，候风地动仪并不能记录地震，不是地震仪。

　　一些科技史著作声称，张衡在公元132年制造的“候风地动仪”能够准确记录地震，比西方第一台地震仪(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。也有些材料说，候风地动仪可以“预测地震”。

　　不过，史书中有关候风地动仪的记载，仅见于《后汉书》。这一段记载只有区区196字，其中描述地动仪内部结构的内容更只有“中有都柱，傍行八道，施关发机”这12个意义隐晦、众说纷纭的字。以后，北齐的信都芳和隋朝的临孝恭，也都制造过地动仪，还留下了相关著作，可惜他们的著作都亡佚了。显然，仅根据《后汉书》中的简陋记载，要复原张衡的候风地动仪根本不可能。今天的复制品，其实是在史书那些“约束条件”之下所作的新创造。

　　尽管如此，《后汉书》的记载，还是向我们提供了一些有用信息。首先，候风地动仪绝不是地震预测仪。它只有在地震发生之后才起作用，只不过能比从驿卒更早地通知京城的人士罢了。这就好比我们看到闪电，就知道接下来很可能会听到雷声，但在闪电发生时，雷声也已经同时发生，只不过还没有传到我们耳朵里罢了。

　　其次，根据地震波的传播机理，候风地动仪是不太可能做到“验之以事，合契若神”的。地震发生时，从震源会发出两种波：一种叫P波，是纵波，它引起的物体震动方向和波的前进方向一致；一种叫S波，是横波，它引起的物体震动方向和波的前进方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到达地面，形成地震波中的初波。据初波的震动方向就可以知道震源方向。

　　但初波非常微弱，因为它只能从震源直直地向着地震波接收处地面传播的P波，而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候风地动仪能敏感到对“第一哨”初波就做出响应，那么足以有许多别的和地震无关的震动，比如在它附近跺脚，能引起它的反应，从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震。但如果要让候风地动仪保持一定的“迟钝”性，它又有可能无法“感觉”到地震的初波，直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”，可是这些迟来的波的震动方向已经完全不能代表震源的方向了。

　　何况，记录一次地震必须有三个要素：发震时刻，震中位置和震级(地震强度)。候风地动仪只能记录震中方向。几台地动仪“联网”也可测出震中位置；但它却无法记录发震时刻，更无法记录震级。因此，从现代地震学的角度来看，候风地动仪并不能记录地震，不是地震仪，当然也就更不可能是“世界上第一台地震仪”了。

　　□刘夙(北京科普作家)

东粉鸭

　　问题3

　　地震时人为什么会头晕？

　　●晃动时，人的前庭器官会受到刺激，控制躯干，维持平衡。刺激强度太大，过于兴奋的前庭系统会导致中枢神经异常，使人产生眩晕感。

　　头晕主要是“晃”出来的。人的平衡感主要由位于内耳的前庭器官负责，当地震引起地面、建筑物晃动时，人的前庭器官会受到刺激，并通过前庭神经向中枢神经系统发送电信号。中枢神经系统随之反应，使人感知到身体的位置变化，同时控制躯干、四肢做出调整性动作，以维持平衡。

　　当刺激的强度和时间在一定限度内时，人不会有不良反应，而一旦超出这个限度，过于兴奋的前庭系统会导致中枢神经系统出现异常，结果就会使人产生眩晕感，并伴随以恶心、呕吐、冒冷汗等症状。

　　这个限度被称为致晕阈值，致晕阈值的个体差异很大，受遗传因素制约。

　　致晕阈值同时还受到视觉空间、身体状况、精神状态以及客观环境(如温度、通风状况、噪声、空气异味)

　　等因素的影响，同一个人在不同情况下的致晕阈值是不同的。

　　由地面、建筑物的晃动“晃”出来的头晕与晕车、晕船、晕飞机是同一个晕法，原因相同。

　　除了晃动，次声波也会导致头晕，那就是地震产生的。次声波是频率低于可听声频率范围的声波，范围大致为10-5至20赫兹。地震、火山爆发、风暴、海浪冲击、枪炮发射、热核爆炸等都可以产生次声波，地震中的次声波应该是来自于地层岩石在断裂、碰撞过程中所发生的震动。

　　由于频率低，大气对次声波的吸收系数很小，因此它可以传播很远。比如1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，所产生的次声波绕地球转了3圈，历时108小时。同时次声波的穿透性很强，能很容易穿透建筑物、船只等障碍物。

　　同样由于频率低，次声波很容易引起人体脏器发生共振。这是因为人体的内脏器官有其固有的振动频率，这种频率也小于20赫兹，其中头部为8—12赫兹，腹部内脏为4—6赫兹，当次声波的频率与某种内脏器官的振动频率一致或接近时，就会引发该内脏器官的共振，而这样的共振会导致头晕、恶心、心悸等症状的出现。

　　于是头晕的另一个原因很可能是这样：在这次地震发生时，除了地震波外，还产生了强功率的次声波，其以与声波相同的速度四散传播，很快到达千里之外的地区，并穿透各种建筑物，接着穿透在里面的人，在穿透人体时，引发了体内脏器的共振，人们因此产生了头晕、恶心、心慌等不适反应。

　　不过这种不适不会持续很长时间，在次声波和晃动过去后，症状会自然消失。值得注意的是心理上所受的影响，身体虚弱或心理抗逆力较差者可能会由于心理因素而有长期的不良反应。及时调整心态，舒缓情绪，必要时向心理医生寻求帮助。值得注意的是，在此次地震发生后，一些心理辅导、治疗机构已经开始组织、参与前线的抢险救助工作。他们和赶赴当地的救援人员、医疗、防疫人员一起，为那些被地震灾害伤害的人们提供帮助。

　　□韩彦文(上海科普作家)

东粉鸭

　　问题2

　　动物真能预报地震吗？

　　●美国地质调查局(USGS)曾进行动物异常反应与地震的研究，结果是“没有找到二者间可信的联系”。

　　动物预报地震的最早的记录可以追溯到公元前373年，在地震把希腊的海利斯城(Helice)夷为平地之前，很多人看到动物纷纷迁出城外。的确，很多动物拥有比人类敏感得多的感觉系统。穴居动物对震动十分灵敏。

　　很多震前动物异常行为都是因此而发生的。大地震来临之前，可能有多次规模很小的前震。前震可能惊扰了那些对震动敏感的动物。

　　生物声学家穆根塔勒(Elizabeth VonMuggenthaler)研究过动物园中的动物对微小震动的反应。她发现，犀牛和老虎并没有特别的行为，只有穴居的裸滨鼠在震动时暂停活动。

　　也有科学家认为，水生动物会对地震引发的微小的脉冲电场作出反应。日本科学家MotojiIkeya发现鲇鱼是其中最敏感的动物之一。他用摄像机24小时记录鲇鱼的活动，希望能为地震预报做一点贡献。

　　更多的人把精力放在观测宠物上。美国地质学家博柯蓝的工作之一就是记录当天报纸上刊登的寻找走失宠物的广告。他认为宠物的异常走失可能意味着它们感觉到了地震的来临。博柯蓝甚至成功“预测”了一次地震，当然他错误“预测”了更多次。

　　动物有没有可能发展出一套专门用来躲避地震的特别本领来呢？从演化生物学的角度来看，这或许毫无必要。大部分地震并不对动物的生命构成巨大的威胁。对于一个动物个体而言，地震灾害是一种极小概率的事件。特别是那些寿命很短的动物，比如老鼠，在它的生命周期内遭遇破坏性地震的可能性基本为零。

　　为了一个概率几乎为零的事件特别准备一套复杂的预警机制是极端浪费的。

　　这就好比现代人类偶尔会遭遇触电的意外，可是人们没必要天天穿着绝缘服。

　　上世纪70年代，美国地质调查局(USGS)曾进行动物异常反应与地震的研究，结果“没有找到二者间可信的联系”。虽然地震前震可能惊扰了那些对震动敏感的动物，但很多其他事件也可以引起动物相似的反应。养过宠物的读者恐怕见识过自己的宠物莫名其妙发脾气。

　　动物预报地震这一说法还被“心理聚焦效应”强化。当人们遭遇诸如地震这样的重大事件后，往往能更清晰地回忆起事件发生前的事情———并强化其中的“异常”行为。传言也会加强这一效应。

　　一个常见的说法是，印度洋大海啸过后，据说人们几乎没有发现动物的尸体。然而泰国普吉岛流浪狗基金会的志愿者帕克(MargotPark)

　　说：“我在距离海边500米的院子里有9只狗，我没有注意到它们有任何异常行为。我丈夫在早上8点感觉到地震，但狗没有任何反应。”

　　□瘦驼(山东生物学研究者)