為什麼阿富汗 5.9 級地震如此具有破壞性?

著名地震學家露西·瓊斯解釋了建築方法和地震動力學如何相互作用——以及如何解決這個問題

Afghan men look for their belongings amid the ruins of a house damaged by an earthquake in Bermal district, Paktika province, on June 23, 2022.

2022 年 6 月 23 日,在帕克蒂卡省貝爾馬爾地區,阿富汗男子在地震摧毀的房屋廢墟中尋找他們的物品。

本週,阿富汗東部發生了一場午夜地震,成為該國二十年來死亡人數最多的一次地震。震中位於帕克蒂卡省,距霍斯特市約 30 英里。數百棟房屋和建築物倒塌。整個村莊夷為平地。據官方報告,至少有 1,150 人喪生,另有至少一人受傷。週五隨後的餘震加劇了傷亡。但最初的地震震級相對溫和,為 5.9 級,這類事件在地質活動頻繁的地區相對常見。那麼,在這種情況下,破壞為何如此嚴重?

這次地震與印度板塊與歐亞板塊持續碰撞有關,這種撞擊也造就了喜馬拉雅山脈。當印度板塊向北移動時,它沿著歐亞板塊東部的一個區域研磨,這些巨大岩石體的相互運動有時會使數百條裂縫(稱為斷層)中的一條或多條破裂,這些裂縫聚集在板塊邊緣附近。有時,斷層兩側的巖體不是緩慢滑動,而是相互猛烈撞擊,從而導致所謂的走滑地震。這些突如其來的運動以地震波的形式向外輻射,導致地面震動。離斷層越近,震動就越劇烈。在全球範圍內,預計每年會發生 100 多次 5.9 級地震,而且更有可能發生在像阿富汗這樣地震活動頻繁的地區。

為了瞭解阿富汗的溫和地震(在該地區並不罕見)如何造成如此多的死亡和破壞,以及未來如何減輕此類悲劇,《大眾科學》採訪了地震學家露西·瓊斯,她是加州理工學院的訪問副研究員,也是露西·瓊斯科學與社會中心的創始人。後者專注於透過科學的傳播和應用,使社群更具韌性。


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[以下是採訪的編輯稿。]

這次地震與加利福尼亞州聖安地列斯斷層等地震多發地區的地震相比如何?

1987 年,我們在洛杉磯也發生了一次相當的 5.9 級地震,震源深度為 14 公里[約 9 英里],稱為惠提爾海峽地震。它發生在一個小斷層上,相對較深。我們仍然有[八]人死亡,按 1987 年的美元計算,損失超過 3.5 億美元。如果您將地震直接放在人們的腳下,就會造成巨大破壞。阿富汗的這次地震很可能比惠提爾海峽地震更淺——我們真的沒有足夠的資料來確定,但由於它是走滑斷層[它是垂直的,因此更靠近地表],人們離它更近。

惠提爾海峽地震的烈度可能在 20 或 30 公里[約 12 或 19 英里]的範圍內達到 7 或 8 度。9 度烈度會震倒加利福尼亞州的老舊建築物。[編者注:震級衡量的是地震的總體大小,而烈度衡量的是特定地點的震動程度。] [阿富汗的]那些建築物是用河石和灰泥砌成的——它們會在 6 度烈度下倒塌。這種強度的震動足以震倒任何傳統的阿富汗建築。

房屋往往建在山上,因為要防止洪水。如果您的房屋只是沒有加固的磚石結構,那麼您的穩定性就會降低,而且更容易倒塌。因此,我猜想這不是地質原因——只是建築型別的問題。

與我們有抗震建築的地區相比,該地區有什麼因素導致了地震造成的如此多的死亡和破壞?

沒有抗震建築。那是“工程建築”。在美國西部,我們有建築規範,我們有危險地圖。對於地圖上的每個位置,您都可以說:“這是可能影響該地區的所有可能地震的總和。”對於每 2500 年一遇的地震,您應該將建築物設計成不會造成人員死亡。您可以允許部分倒塌,但不應完全倒塌。因此,即使我們設計了建築物,我們也接受一定程度的倒塌。

本質上,您在阿富汗看到的,尤其是在非常偏遠的農村地區,是沒有工程建築。它們大多是用河石和某種砂漿粘合在一起的——而砂漿在地震中的表現非常糟糕。您搖晃一座磚砌建築,砂漿就會溶解。然後,如果磚塊或石頭支撐著屋頂,屋頂就會塌下來。這會造成很多人死亡。工程師稱它們為 URM(未加固的磚石建築)。我們有些人習慣稱它們為 FPR,即“未來的瓦礫堆”。

自 1935 年左右以來,加利福尼亞州就不允許建造 URM——但我們並沒有讓它們消失。1971 年,有相當多的人死於 URM,我們開始討論對它們進行改造。洛杉磯市通過了一項法律,強制所有 URM 在 10 年內進行改造或拆除。因此,當 1994 年北嶺地震 發生時,該市已沒有未經改造的 URM。改造效果很好,足以防止其中許多建築物甚至受損,因此我們知道改造是有效的。

除了加固結構外,是否還有其他措施可以提高社群的抗震能力?

當您的建築物如此糟糕時?那麼這只是運氣問題:地震是否會離得如此之近,以至於它們全部被摧毀?伊朗是另一個歷史上發生過許多類似地震的地方,那裡的建築物也像這樣。您會遇到非常強烈的震動,並且您會震倒所有建築物。在這種情況下避免喪生的唯一方法是能夠對建築物採取一些措施。

美國國際開發署曾與阿富汗政府合作,試圖建造更安全的醫院和學校之類的設施。但是,如果地震發生在半夜呢?在加利福尼亞州,地震發生在半夜是一件好事,因為我們大多數人都住在木框架房屋中。它們非常靈活;它們往往表現更好。而如果在白天發生地震,我們的商業建築中有許多非延性混凝土——20 世紀 50 年代和 1960 年代的混凝土建築——在我們意識到那是一種非常糟糕的建築方式之前。因此,我們預計白天發生的地震會比晚上發生的地震致命得多。但在阿富汗這樣的地方,情況正好相反,因為晚上是人們待在這些糟糕的建築物裡的時候。在農村地區,您大部分時間都在戶外度過,這要安全得多。

像美國這樣擁有更多地震基礎設施的國家如何幫助可能缺乏專業知識和資金的國家?

有一個名為 GeoHazards International 的組織,它是一家總部位於加利福尼亞州北部的非營利組織。它向不同的國家派遣工程師,幫助人們學習如何廉價地建造更好的房屋。這不是進來做工程建築。而是進來並說:“如果您在您已經建造的方式中新增這個框架,您的狀況會好得多。”他們真正開始起步的第一個地方是尼泊爾,可能是在 20 年前。當 2015 年尼泊爾地震發生時,您可以說:“哇,我認為我的工作挽救了很多生命。”

他們的方法是由一位名叫布賴恩·塔克的傢伙開始的——他是加利福尼亞州的[代理州地質學家]。他認識到我們[在加利福尼亞州]並不完美——我們仍然在造成人員死亡——但是,你知道,我們的方法已經挽救了很多生命。這並不是什麼高科技。這只是關於地震和建築的基本知識。他認為我們應該與其他地區分享這些資訊,以便人們能夠生存下去。這不是更昂貴的建築;而是更智慧的建築。這就是不這樣做會發生的事情。

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