WEBVTT

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。

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

00:00:15.180 --> 00:00:16.790
台站留下的记录。

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，

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。

00:00:24.690 --> 00:00:26.770
她为这个谜题花费了数年时间。

00:00:26.810 --> 00:00:29.310
1936年，她发表了自己的答案。

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，

00:00:33.178 --> 00:00:35.510
地震波在那里传播得更快。

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”。

00:00:39.330 --> 00:00:41.090
从来没有人到过那里。

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，

00:00:44.031 --> 00:00:45.850
你就会明白这是怎么做到的。

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。

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，

00:00:52.205 --> 00:00:54.230
以及科学家如何解读它的地震波。

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，

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。

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。

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；

00:01:11.253 --> 00:01:13.628
大多数时候，
即使板块仍在不断移动，

00:01:13.668 --> 00:01:16.180
断层两侧也是卡在一起的。

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

00:01:19.859 --> 00:01:21.260
越来越大重量的跳板。

00:01:21.300 --> 00:01:25.648
1910年，
一位名叫哈里·菲尔丁·里德的地

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

00:01:29.893 --> 00:01:32.060
测量结果证明了这一点。

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。

00:01:37.700 --> 00:01:39.880
这就是地震循环。

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，

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。

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。

00:01:51.120 --> 00:01:53.320
科学家可以观测到应力积累的过程。

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，

00:01:57.098 --> 00:02:00.820
精度可达不到一英寸，
也就是几毫米。

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，

00:02:04.338 --> 00:02:07.040
但靠近断层的观测站却落在后面。

00:02:07.080 --> 00:02:09.040
地面正在弯曲。

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。

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

00:02:15.775 --> 00:02:16.880
运动都积蓄起来。

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，

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

00:02:26.802 --> 00:02:28.360
日本下方的地方。

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

00:02:32.909 --> 00:02:36.500
约50米，超过150英尺。

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。

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，

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

00:02:46.921 --> 00:02:50.720
时间里滑动一英寸上下，
也就是几厘米。

00:02:50.760 --> 00:02:52.480
没有人感觉得到。

00:02:52.520 --> 00:02:57.160
GPS在2000年前后揭示了
这些慢滑移事件。

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

00:03:01.659 --> 00:03:03.300
锁住的部分增加负荷。

00:03:03.500 --> 00:03:05.860
这个循环会在地下留下记录。

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。

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。

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

00:03:18.866 --> 00:03:20.740
数千年间多久破裂一次。

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。

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。

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，

00:03:35.251 --> 00:03:37.460
速度通常为每秒2到3公里。

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。

00:03:42.480 --> 00:03:45.880
地震越大，破裂持续的时间就越长。

00:03:45.920 --> 00:03:48.620
一次中等地震几秒钟就结束了。

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，

00:03:54.805 --> 00:03:58.540
沿断层延伸了1,300多公里。

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，

00:04:01.167 --> 00:04:02.440
决定了一场地震的大小。

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

00:04:08.497 --> 00:04:10.760
距离，以及岩石的刚度。

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

00:04:14.846 --> 00:04:16.080
它的基础之上。

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。

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。

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，

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。

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

00:04:39.879 --> 00:04:42.000
下约630公里处。

00:04:42.040 --> 00:04:44.760
远在加拿大都能感觉到它。

00:04:46.800 --> 00:04:48.920
破裂会发出地震波。

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，

00:04:52.791 --> 00:04:54.780
它们传播得最快。

00:04:54.820 --> 00:04:57.980
S波让岩石左右晃动，到达得更晚。

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。

00:05:02.400 --> 00:05:06.340
面波最慢，
却造成了很大一部分破坏。

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。

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

00:05:15.863 --> 00:05:16.540
8公里。

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

00:05:20.288 --> 00:05:22.460
台网几秒钟内就能做到。

00:05:22.720 --> 00:05:24.620
断层破裂主要有三种方式。

00:05:24.660 --> 00:05:27.860
在正断层中，地壳被拉伸，
一侧岩块下降。

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

00:05:31.548 --> 00:05:32.820
另一侧岩块之上。

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。

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。

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。

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，

00:05:49.777 --> 00:05:51.400
地震学家称之为“沙滩球”。

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。

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

00:06:02.245 --> 00:06:05.200
东安纳托利亚断层勾勒出了
这次破裂。

00:06:05.280 --> 00:06:07.680
确定地震的大小则需要更长的时间。

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

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。

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，

00:06:21.148 --> 00:06:24.600
于是估计值被逐步上调到了9级。

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。

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

00:06:33.403 --> 00:06:35.360
面积和滑动量计算出来的。

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。

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

00:06:44.295 --> 00:06:47.820
值，
因为快速估计会逐渐让位于矩震级。

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。

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

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、

00:07:00.692 --> 00:07:02.700
也就是约一英寸的移动。

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。

00:07:09.390 --> 00:07:11.430
地震遵循着自身的规律。

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。

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

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。

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

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

00:07:32.706 --> 00:07:36.030
1890年代在日本发现的规律。

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。

00:07:41.210 --> 00:07:43.310
一百天后，约为百分之一。

00:07:43.350 --> 00:07:47.415
平均而言，
最大余震的

00:07:47.455 --> 00:07:51.370
震级比主震小约1.2级。

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

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。

00:08:01.730 --> 00:08:04.170
一场地震不只是释放应力。

00:08:04.210 --> 00:08:05.670
它还会转移应力。

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，

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。

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。

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

00:08:22.517 --> 00:08:24.750
这条断层自东向西接连推进。

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

00:08:28.977 --> 00:08:31.130
震推向了更接近破裂的状态。

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，

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。

00:08:40.590 --> 00:08:42.870
人类也能让断层解锁。

00:08:42.910 --> 00:08:46.713
在俄克拉何马州，
石油和天然气作业将

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，

00:08:51.793 --> 00:08:53.490
直到断层发生滑动。

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

00:08:58.531 --> 00:09:01.030
900多次。

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

00:09:05.976 --> 00:09:09.310
5.8级地震，
好几个州都感觉到了它。

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，

00:09:12.689 --> 00:09:13.610
从来不是日期。

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

00:09:16.712 --> 00:09:18.450
圣安德烈亚斯断层上。

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，

00:09:24.503 --> 00:09:26.930
大约每22年一次。

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，

00:09:32.521 --> 00:09:34.450
并在该地区布满了仪器，
准备捕捉它。

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。

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。

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

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

00:09:53.086 --> 00:09:55.450
未来几十年内的发生概率。

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

00:10:01.367 --> 00:10:04.530
引发地震的一年期预测。

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。

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。

00:10:15.270 --> 00:10:18.382
因此，它们的路径会平缓地弯回地
表，

00:10:18.422 --> 00:10:22.090
就像炎热路面上闪烁的海市蜃楼。

00:10:22.210 --> 00:10:26.468
1909年，
一位名叫安德里亚·莫霍洛维奇的

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

00:10:29.825 --> 00:10:31.210
震波分成两组到达。

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。

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

00:10:38.823 --> 00:10:40.490
名字命名：莫霍面。

00:10:40.530 --> 00:10:43.270
在深得多的地方，
地震波揭示了地核。

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，

00:10:47.238 --> 00:10:49.530
而且再也不会出现。

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。

00:10:53.250 --> 00:10:55.130
S波无法穿过液体。

00:10:55.170 --> 00:10:57.490
外核是熔融的。

00:10:57.590 --> 00:10:59.450
这就把我们带回到了英厄·莱曼。

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，

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。

00:11:06.150 --> 00:11:10.530
那就是内核，
半径约1,200公里。

00:11:10.570 --> 00:11:13.871
后来的研究表明，
内核是固态的铁和镍，

00:11:13.911 --> 00:11:15.930
温度与太阳表面差不多。

00:11:15.970 --> 00:11:18.752
现代台网利用数以百万计的
此类记录，

00:11:18.792 --> 00:11:21.450
绘制出地球深部的三维图像。

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。

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

00:11:30.381 --> 00:11:32.210
震波到达的时间。

00:11:34.360 --> 00:11:36.420
那么，有三件事需要记住。

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：

00:11:40.920 --> 00:11:42.360
这就是地震循环。

00:11:42.400 --> 00:11:45.351
第二，
地震波揭示了断层在哪里破裂、

00:11:45.391 --> 00:11:48.446
如何运动以及破裂有多大，
而每一场地

00:11:48.486 --> 00:11:50.740
震都会把应力传给下一场。

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，

00:11:53.780 --> 00:11:56.600
一直深入到它固态的内核。

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。

00:12:00.220 --> 00:12:03.214
英厄·莱曼读懂了
一条来自1929年的信息，

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。

00:12:05.820 --> 00:12:08.320
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