1
00:00:04,050 --> 00:00:09,770
1929年6月，
一场强烈地震震撼了新西兰南岛。

2
00:00:09,810 --> 00:00:15,140
在哥本哈根，一位名叫英厄·莱曼的
地震学家研究了这场地震在世界各地

3
00:00:15,180 --> 00:00:16,790
台站留下的记录。

4
00:00:16,830 --> 00:00:21,451
微弱的地震波到达了俄罗斯的台站，
而按照当时的所有理论，

5
00:00:21,491 --> 00:00:24,650
那个区域本应被地核挡住，
地震波无法到达。

6
00:00:24,690 --> 00:00:26,770
她为这个谜题花费了数年时间。

7
00:00:26,810 --> 00:00:29,310
1936年，她发表了自己的答案。

8
00:00:29,350 --> 00:00:33,138
在液态地核的深处，
一定还有第二个核，也就是内核，

9
00:00:33,178 --> 00:00:35,510
地震波在那里传播得更快。

10
00:00:35,550 --> 00:00:39,290
正是这个内核把那些地
震波弯折进了“禁区”。

11
00:00:39,330 --> 00:00:41,090
从来没有人到过那里。

12
00:00:41,130 --> 00:00:43,991
是一场地震让她看到了它；
在这一讲结束时，

13
00:00:44,031 --> 00:00:45,850
你就会明白这是怎么做到的。

14
00:00:45,890 --> 00:00:49,510
在这一讲中，
我们将从头到尾追踪一场地震。

15
00:00:49,550 --> 00:00:52,165
我们将看到断层如何积累应力并
发生破裂，

16
00:00:52,205 --> 00:00:54,230
以及科学家如何解读它的地震波。

17
00:00:54,270 --> 00:00:57,121
然后，我们将了解一场地
震如何引发下一场地震，

18
00:00:57,161 --> 00:01:00,890
以及这些地震波揭示了
这颗星球深处的什么。

19
00:01:02,980 --> 00:01:07,660
地球的外壳破裂成许多板块，
它们每年漂移几厘米。

20
00:01:07,700 --> 00:01:11,213
在两个板块相遇的地方，
它们之间的边界就是一条断层；

21
00:01:11,253 --> 00:01:13,628
大多数时候，
即使板块仍在不断移动，

22
00:01:13,668 --> 00:01:16,180
断层两侧也是卡在一起的。

23
00:01:16,360 --> 00:01:19,819
被卡住的断层附近的
岩石会慢慢弯曲，就像一块承受着

24
00:01:19,859 --> 00:01:21,260
越来越大重量的跳板。

25
00:01:21,300 --> 00:01:25,648
1910年，
一位名叫哈里·菲尔丁·里德的地

26
00:01:25,688 --> 00:01:29,853
质学家，根据1906年旧金山大地
震前后所做的土地

27
00:01:29,893 --> 00:01:32,060
测量结果证明了这一点。

28
00:01:32,100 --> 00:01:37,660
他把这称为弹性回跳：
几十年的缓慢弯曲，然后突然弹回。

29
00:01:37,700 --> 00:01:39,880
这就是地震循环。

30
00:01:39,920 --> 00:01:42,597
断层在几十年或
几个世纪中不断积累应力，

31
00:01:42,637 --> 00:01:47,040
在几秒或几分钟内破裂，
然后重新锁住，再次开始积累应力。

32
00:01:47,080 --> 00:01:50,800
每一次大地震，
都是这个循环转过的一圈。

33
00:01:51,120 --> 00:01:53,320
科学家可以观测到应力积累的过程。

34
00:01:53,360 --> 00:01:57,058
固定在地面上的
GPS接收机能追踪自身的位置，

35
00:01:57,098 --> 00:02:00,820
精度可达不到一英寸，
也就是几毫米。

36
00:02:00,860 --> 00:02:04,298
远离锁住断层的观测站随着各自的
板块一起移动，

37
00:02:04,338 --> 00:02:07,040
但靠近断层的观测站却落在后面。

38
00:02:07,080 --> 00:02:09,040
地面正在弯曲。

39
00:02:09,280 --> 00:02:12,260
断层被卡住的紧密程度，
称为它的耦合程度。

40
00:02:12,300 --> 00:02:15,735
一条完全耦合的断层，
会年复一年地把板块几乎全部的

41
00:02:15,775 --> 00:02:16,880
运动都积蓄起来。

42
00:02:16,920 --> 00:02:21,977
在日本东北部外海，
2011年3月的大地震表明，

43
00:02:22,017 --> 00:02:26,762
那里的板块一直锁到了海沟处，
也就是太平洋板块俯冲到

44
00:02:26,802 --> 00:02:28,360
日本下方的地方。

45
00:02:28,400 --> 00:02:32,869
当这条边界松脱时，
海底发生了移动，有些地方移动了

46
00:02:32,909 --> 00:02:36,500
约50米，超过150英尺。

47
00:02:36,700 --> 00:02:39,840
并不是每条断层在积累应力时都
保持完全静止。

48
00:02:39,880 --> 00:02:42,979
在华盛顿州和不列颠哥伦比亚省的地
下，

49
00:02:43,019 --> 00:02:46,881
板块边界的深部大约每14个月就
会在两周左右的

50
00:02:46,921 --> 00:02:50,720
时间里滑动一英寸上下，
也就是几厘米。

51
00:02:50,760 --> 00:02:52,480
没有人感觉得到。

52
00:02:52,520 --> 00:02:57,160
GPS在2000年前后揭示了
这些慢滑移事件。

53
00:02:57,200 --> 00:03:01,619
科学家密切关注它们，
因为每一次慢滑移都会给上方断层被

54
00:03:01,659 --> 00:03:03,300
锁住的部分增加负荷。

55
00:03:03,500 --> 00:03:05,860
这个循环会在地下留下记录。

56
00:03:05,900 --> 00:03:11,800
地质学家会挖掘横跨断层的探槽，
像阅读书页一样解读一层层的土壤。

57
00:03:11,840 --> 00:03:15,480
如果某一层被撕裂并错开，
那就是一场地震把它断开的。

58
00:03:15,520 --> 00:03:18,826
测定这些地层的年代，
就能看出一条断层在

59
00:03:18,866 --> 00:03:20,740
数千年间多久破裂一次。

60
00:03:22,700 --> 00:03:25,460
一场地震并不会一下子让
整条断层破裂。

61
00:03:25,500 --> 00:03:30,440
它从一个点开始，也就是震源，
那里的应力最先克服了摩擦力。

62
00:03:30,480 --> 00:03:35,211
从那里开始，断裂（即破裂）
沿着断层迅速向外扩展，

63
00:03:35,251 --> 00:03:37,460
速度通常为每秒2到3公里。

64
00:03:37,500 --> 00:03:42,340
少数破裂甚至比它们自己发出的
部分地震波跑得还快。

65
00:03:42,480 --> 00:03:45,880
地震越大，破裂持续的时间就越长。

66
00:03:45,920 --> 00:03:48,620
一次中等地震几秒钟就结束了。

67
00:03:48,660 --> 00:03:54,765
在2004年的苏门答腊大地震中，
破裂持续向北撕裂了约八分钟，

68
00:03:54,805 --> 00:03:58,540
沿断层延伸了1,300多公里。

69
00:03:58,740 --> 00:04:01,127
断层破裂的范围有多大、
滑动的距离有多远，

70
00:04:01,167 --> 00:04:02,440
决定了一场地震的大小。

71
00:04:02,480 --> 00:04:08,457
科学家把三个量相乘：
破裂的断层面积、断层两侧滑动的

72
00:04:08,497 --> 00:04:10,760
距离，以及岩石的刚度。

73
00:04:10,800 --> 00:04:14,806
得到的结果就是地震矩，
现代震级标度正是建立在

74
00:04:14,846 --> 00:04:16,080
它的基础之上。

75
00:04:16,120 --> 00:04:21,360
标度上每增加一个整级，
释放的能量约为原来的32倍。

76
00:04:21,580 --> 00:04:25,320
大多数地震始于距地
表约70公里以内的地方。

77
00:04:25,360 --> 00:04:28,961
但在一个板块俯冲到
另一个板块之下的地方，

78
00:04:29,001 --> 00:04:33,740
地震会沿着下沉的板块向下延伸，
最深可达约700公里。

79
00:04:33,780 --> 00:04:39,839
1994年，有记录以来最大的
深源地震之一发生在玻利维亚地

80
00:04:39,879 --> 00:04:42,000
下约630公里处。

81
00:04:42,040 --> 00:04:44,760
远在加拿大都能感觉到它。

82
00:04:46,800 --> 00:04:48,920
破裂会发出地震波。

83
00:04:48,960 --> 00:04:52,751
P波会挤压和拉伸岩石，
就像沿着弹簧推一下那样，

84
00:04:52,791 --> 00:04:54,780
它们传播得最快。

85
00:04:54,820 --> 00:04:57,980
S波让岩石左右晃动，到达得更晚。

86
00:04:58,020 --> 00:05:02,360
在它们到达地表的地方，
面波沿着地面向外滚滚扩散。

87
00:05:02,400 --> 00:05:06,340
面波最慢，
却造成了很大一部分破坏。

88
00:05:06,580 --> 00:05:12,020
P波和S波之间的时间差，
能告诉一个台站地震离它有多远。

89
00:05:12,060 --> 00:05:15,823
对于附近的地震，
这个时间差每一秒大约相当于

90
00:05:15,863 --> 00:05:16,540
8公里。

91
00:05:16,580 --> 00:05:20,248
三个台站就足以确定地震的位置，
而由数百个台站组成的

92
00:05:20,288 --> 00:05:22,460
台网几秒钟内就能做到。

93
00:05:22,720 --> 00:05:24,620
断层破裂主要有三种方式。

94
00:05:24,660 --> 00:05:27,860
在正断层中，地壳被拉伸，
一侧岩块下降。

95
00:05:27,900 --> 00:05:31,508
在逆断层中，地壳受到挤压，
一侧岩块向上爬升到

96
00:05:31,548 --> 00:05:32,820
另一侧岩块之上。

97
00:05:32,860 --> 00:05:37,500
在走滑断层中，
两侧岩块横向地相互错动。

98
00:05:37,760 --> 00:05:41,020
地震波本身就能揭示断层是
以哪种方式破裂的。

99
00:05:41,060 --> 00:05:46,320
在一些台站，地面的初动是推；
在另一些台站，则是拉。

100
00:05:46,360 --> 00:05:49,737
把这些推和拉标在全球范围的图上，
就会画出一种图案，

101
00:05:49,777 --> 00:05:51,400
地震学家称之为“沙滩球”。

102
00:05:51,440 --> 00:05:58,140
2023年2月，
土耳其发生了一场7.8级地震。

103
00:05:58,180 --> 00:06:02,205
它的“沙滩球”显示这是
一次走滑破裂，而它的余震沿着

104
00:06:02,245 --> 00:06:05,200
东安纳托利亚断层勾勒出了
这次破裂。

105
00:06:05,280 --> 00:06:07,680
确定地震的大小则需要更长的时间。

106
00:06:07,720 --> 00:06:12,706
2011年，
日本在震动开始约三分钟后发布的

107
00:06:12,746 --> 00:06:16,580
第一次海啸警报，
依据的是7.9级的震级。

108
00:06:16,620 --> 00:06:21,108
对于最大的那些地震，
快速测定方法会达到上限，

109
00:06:21,148 --> 00:06:24,600
于是估计值被逐步上调到了9级。

110
00:06:25,000 --> 00:06:29,920
快速得出的数字是为警报服务的；
最终的数字则来自完整的记录。

111
00:06:30,100 --> 00:06:33,363
这个最终数字就是矩震级，
它是根据断层的

112
00:06:33,403 --> 00:06:35,360
面积和滑动量计算出来的。

113
00:06:35,400 --> 00:06:39,700
与较早的震级标度不同，
对于最大的地震，它不会停止增长。

114
00:06:39,740 --> 00:06:44,255
因此，一场巨大地震在发生后的
第一个小时内可能出现好几个震级数

115
00:06:44,295 --> 00:06:47,820
值，
因为快速估计会逐渐让位于矩震级。

116
00:06:48,140 --> 00:06:51,460
雷达卫星可以一次性绘制出整场地
震的图像。

117
00:06:51,500 --> 00:06:56,237
通过比较地震前后拍摄的图像，
它们会在地面发生移动的地

118
00:06:56,277 --> 00:07:00,652
方画出一条条彩色条带，
每一条代表朝向卫星约3厘米、

119
00:07:00,692 --> 00:07:02,700
也就是约一英寸的移动。

120
00:07:02,740 --> 00:07:07,520
这种图案勾勒出了破裂的断层，
即使在人无法到达的地方也是如此。

121
00:07:09,390 --> 00:07:11,430
地震遵循着自身的规律。

122
00:07:11,470 --> 00:07:15,850
震级每降低一级，
地震的数量就增加到约十倍。

123
00:07:15,890 --> 00:07:19,537
在全球范围内，
通常一年会发生1,000多次

124
00:07:19,577 --> 00:07:24,970
5级或以上的地震，但8级或以上的
地震只有约一次。

125
00:07:25,130 --> 00:07:28,908
大地震之后会有余震，
而且余震会以一种有规律的

126
00:07:28,948 --> 00:07:32,666
方式逐渐减弱，
这是地震学家大森房吉于

127
00:07:32,706 --> 00:07:36,030
1890年代在日本发现的规律。

128
00:07:36,070 --> 00:07:41,170
主震发生十天后，
余震的频率约为第一天的十分之一。

129
00:07:41,210 --> 00:07:43,310
一百天后，约为百分之一。

130
00:07:43,350 --> 00:07:47,415
平均而言，
最大余震的

131
00:07:47,455 --> 00:07:51,370
震级比主震小约1.2级。

132
00:07:51,410 --> 00:07:56,239
所以，在一次7级地震之后，
出现一次接近6级的

133
00:07:56,279 --> 00:08:01,530
强余震并不奇怪；受损的建筑在经过
检查之前应当保持无人状态。

134
00:08:01,730 --> 00:08:04,170
一场地震不只是释放应力。

135
00:08:04,210 --> 00:08:05,670
它还会转移应力。

136
00:08:05,710 --> 00:08:09,981
在破裂断层的末端，
紧挨其外的岩石所受的应力会升高，

137
00:08:10,021 --> 00:08:13,670
下一段断层就被
推向更接近破裂的状态。

138
00:08:13,930 --> 00:08:17,610
土耳其的北安纳托利亚断层清楚地
展示了这一点。

139
00:08:17,650 --> 00:08:22,477
从1939年开始，在60年间，
一系列大地震沿着

140
00:08:22,517 --> 00:08:24,750
这条断层自东向西接连推进。

141
00:08:24,790 --> 00:08:28,937
一项针对其中最大的十次地震的
研究发现，有九次是被之前的地

142
00:08:28,977 --> 00:08:31,130
震推向了更接近破裂的状态。

143
00:08:31,170 --> 00:08:36,813
1999年8月，这一推进抵达了
靠近伊斯坦布尔的伊兹米特，

144
00:08:36,853 --> 00:08:40,230
并提高了伊斯坦布尔地
下发生强烈地震的概率。

145
00:08:40,590 --> 00:08:42,870
人类也能让断层解锁。

146
00:08:42,910 --> 00:08:46,713
在俄克拉何马州，
石油和天然气作业将

147
00:08:46,753 --> 00:08:51,753
大量含盐废水泵入地下深处，
使古老断层内部的压力升高，

148
00:08:51,793 --> 00:08:53,490
直到断层发生滑动。

149
00:08:53,530 --> 00:08:58,491
3级或以上的地
震从每年约两次猛增到2015年的

150
00:08:58,531 --> 00:09:01,030
900多次。

151
00:09:01,070 --> 00:09:05,936
俄克拉何马州最大的一次地
震是2016年发生在波尼附近的

152
00:09:05,976 --> 00:09:09,310
5.8级地震，
好几个州都感觉到了它。

153
00:09:09,490 --> 00:09:12,649
所有这些都被用于地震预测，
而预测给出的是概率，

154
00:09:12,689 --> 00:09:13,610
从来不是日期。

155
00:09:13,650 --> 00:09:16,672
加利福尼亚州的
小镇帕克菲尔德坐落在

156
00:09:16,712 --> 00:09:18,450
圣安德烈亚斯断层上。

157
00:09:18,490 --> 00:09:24,463
1857年至1966年间，
那里发生了六次中等地震，

158
00:09:24,503 --> 00:09:26,930
大约每22年一次。

159
00:09:26,990 --> 00:09:32,481
1985年，科学家预测下一次地
震将在1993年之前发生，

160
00:09:32,521 --> 00:09:34,450
并在该地区布满了仪器，
准备捕捉它。

161
00:09:34,490 --> 00:09:39,890
结果它在2004年才到来，
比预测的时间窗口结束晚了11年。

162
00:09:39,930 --> 00:09:45,130
断层的规律性足以进行预测，
却不足以像时刻表那样准时。

163
00:09:45,530 --> 00:09:49,906
因此，现代预测把地震循环、
探槽中的记录以及GPS对

164
00:09:49,946 --> 00:09:53,046
应力积累的测量结合起来，
给出每条断层在

165
00:09:53,086 --> 00:09:55,450
未来几十年内的发生概率。

166
00:09:55,490 --> 00:10:01,327
在俄克拉何马州地震激增之后，
美国地质调查局也开始发布针对人为

167
00:10:01,367 --> 00:10:04,530
引发地震的一年期预测。

168
00:10:06,430 --> 00:10:10,310
让大地震动的那些地震波，
同样会穿过整颗星球。

169
00:10:10,350 --> 00:10:15,230
更深处的岩石承受着巨大的压力，
地震波往下传播时一般会加速。

170
00:10:15,270 --> 00:10:18,382
因此，它们的路径会平缓地弯回地
表，

171
00:10:18,422 --> 00:10:22,090
就像炎热路面上闪烁的海市蜃楼。

172
00:10:22,210 --> 00:10:26,468
1909年，
一位名叫安德里亚·莫霍洛维奇的

173
00:10:26,508 --> 00:10:29,785
克罗地亚科学家注意到，
来自附近一场地震的地

174
00:10:29,825 --> 00:10:31,210
震波分成两组到达。

175
00:10:31,250 --> 00:10:34,950
其中一些走的是穿过
更深岩石的更快路径。

176
00:10:34,990 --> 00:10:38,783
他发现了地壳的底部，
这个边界至今仍以他的

177
00:10:38,823 --> 00:10:40,490
名字命名：莫霍面。

178
00:10:40,530 --> 00:10:43,270
在深得多的地方，
地震波揭示了地核。

179
00:10:43,310 --> 00:10:47,198
在距离地震超过地球周长四分之一的
地方，S波消失了，

180
00:10:47,238 --> 00:10:49,530
而且再也不会出现。

181
00:10:49,570 --> 00:10:53,210
P波也会逐渐消失，
然后在更远的另一侧重新出现。

182
00:10:53,250 --> 00:10:55,130
S波无法穿过液体。

183
00:10:55,170 --> 00:10:57,490
外核是熔融的。

184
00:10:57,590 --> 00:10:59,450
这就把我们带回到了英厄·莱曼。

185
00:10:59,490 --> 00:11:02,695
到达俄罗斯的那些微弱地震波穿过了
液态地核，

186
00:11:02,735 --> 00:11:06,110
并被其内部某种波速更快的
东西弯折了。

187
00:11:06,150 --> 00:11:10,530
那就是内核，
半径约1,200公里。

188
00:11:10,570 --> 00:11:13,871
后来的研究表明，
内核是固态的铁和镍，

189
00:11:13,911 --> 00:11:15,930
温度与太阳表面差不多。

190
00:11:15,970 --> 00:11:18,752
现代台网利用数以百万计的
此类记录，

191
00:11:18,792 --> 00:11:21,450
绘制出地球深部的三维图像。

192
00:11:21,710 --> 00:11:24,490
至今还没有人钻探到超过
约12公里的深度。

193
00:11:24,530 --> 00:11:30,341
我们对更深处一切事物的了解，
大部分来自在世界各地台站测量地

194
00:11:30,381 --> 00:11:32,210
震波到达的时间。

195
00:11:34,360 --> 00:11:36,420
那么，有三件事需要记住。

196
00:11:36,460 --> 00:11:40,880
第一，断层在几十年间积累应力，
在几分钟内破裂，然后再次锁住：

197
00:11:40,920 --> 00:11:42,360
这就是地震循环。

198
00:11:42,400 --> 00:11:45,351
第二，
地震波揭示了断层在哪里破裂、

199
00:11:45,391 --> 00:11:48,446
如何运动以及破裂有多大，
而每一场地

200
00:11:48,486 --> 00:11:50,740
震都会把应力传给下一场。

201
00:11:50,780 --> 00:11:53,740
第三，同样是这些地震波，
绘制出了这颗星球的内部，

202
00:11:53,780 --> 00:11:56,600
一直深入到它固态的内核。

203
00:11:56,800 --> 00:12:00,180
每一场地震，
都是来自这颗星球内部的一条信息。

204
00:12:00,220 --> 00:12:03,214
英厄·莱曼读懂了
一条来自1929年的信息，

205
00:12:03,254 --> 00:12:05,780
并发现了
一个永远不会有人造访的世界。

206
00:12:05,820 --> 00:12:08,320
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Explained。

207
00:12:08,360 --> 00:12:11,285
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208
00:12:11,325 --> 00:12:14,520
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