本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
上週,智利遭受了一場 8.3 級的大地震。您可以在此處閱讀美國地質調查局的摘要,以及在此處檢視關於其科學原理的概述。 幸虧出色的地震準備工作,即使是如此強烈的地震,隨後還發生了 15 英尺高的海嘯,雖然造成了不小的損失,但傷亡人數卻出奇地低。 到目前為止,僅報告了十幾人死亡,還有少數人失蹤。 令人驚訝的是,震塌了建築物,並將船隻衝到岸上的災難,沒有造成更多人員傷亡。 但智利人民在有人居住在那裡的漫長曆史中,一直在與頻繁發生的大地震作鬥爭。 他們已經學會了儘可能地與地震共存。 這就是嚴格的抗震建築規範、強大的應急服務網路和民眾的防震意識的力量。
智利將在相當長一段時間內經歷餘震。他們將進行修復、重建,併為下一次大地震做好準備。在智利,納斯卡板塊俯衝到南美洲板塊之下,這樣的地震在未來永遠不會遙遠。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
當查爾斯·達爾文乘坐“貝格爾號”旅行期間訪問那裡時,他親身經歷了這樣一場地震。據估計震級為 8.1 或 8.2 級。與上週 2015 年的伊拉佩爾地震一樣,1835 年的康塞普西翁地震也引發了海嘯。50 人喪生,整個城鎮被夷為平地,但地震準備工作拯救了更多人的生命。即使在當時,智利人民也知道當地面開始搖晃時該怎麼做。
以下細節摘自達爾文《貝格爾號航行記》第十四章,並附帶我的一些評論。 令人著迷地想到,他觀察到的安第斯火山爆發,以及對這次地震餘波的觀察,在很大程度上幫助他理解了地球的古老年齡、地球經歷的漸進和有時劇烈的變化,以及時間和機會,以及種群壓力如何驅動逐漸累積的變化,從而產生了各種不同的物種:進化。
1835 年 1 月 15 日,我們從洛斯港起航,三天後,我們第二次停泊在奇洛埃島的聖卡洛斯灣。 19 日晚上,奧索爾諾火山開始活動。午夜時分,哨兵觀察到類似一顆大星星的東西,它逐漸增大,直到大約三點鐘,呈現出非常壯觀的景象。藉助望遠鏡,可以看到黑暗的物體不斷地在一片紅光中被拋起並落下。光線足以在水面上投射出長長的明亮倒影。大量的熔融物質似乎經常從科迪勒拉山脈這一部分地區的火山口中噴出。我被告知,當科爾科瓦多火山爆發時,巨大的物質被拋向空中,並在空中爆裂,呈現出許多奇異的形狀,如樹木:它們的大小一定非常巨大,因為從聖卡洛斯後面的高地上可以分辨出它們,而聖卡洛斯距科爾科瓦多火山的距離不少於 93 英里。早上,火山恢復平靜。
後來我驚訝地聽到,智利阿空加瓜山,在北方 480 英里處,也在同一天晚上活動;更令我驚訝的是,科塞圭納火山(在阿空加瓜山以北 2700 英里處)的大規模噴發,伴隨著 1000 英里範圍內都能感受到的地震,也發生在同一時間的六小時內。這種巧合更加引人注目,因為科塞圭納火山已經休眠了 26 年:而阿空加瓜山極少顯示出任何活動的跡象。即使猜測這種巧合是偶然的,還是表明存在某種地下聯絡,也很困難。如果維蘇威火山、埃特納火山和冰島的海克拉火山(這三座火山相對彼此更近,而不是南美洲的相應地點)在同一天晚上突然爆發,這種巧合會被認為是引人注目的;但這種情況更為引人注目,因為這三個噴口都位於同一條巨大的山脈上,而且整個東海岸的廣闊平原,以及西部海岸 2000 多英里長的隆起的新近貝殼,都表明隆升力是以多麼均衡和相互聯絡的方式發揮作用的。
達爾文當時不可能知道,納斯卡板塊在南美洲板塊之下的俯衝正在為他看到的火山提供能量。他將所有這些分散的火山和地震聯絡起來是正確的。我想象他會很高興知道我們已經發現了驅動這一非凡鏈條的機制。
2 月 4 日。—從奇洛埃島起航。在過去一週裡,我進行了一些短途旅行。其中一次是為了考察一大片現存的貝殼床,這些貝殼床抬升到海平面以上 350 英尺的高度:在這些貝殼中,生長著高大的森林樹木。
以前的地震,加上海岸隨著南美洲板塊覆蓋納斯卡板塊而逐漸上升,已經抬升了這些貝殼床。達爾文很快就會看到將這些貝殼抬升到與幾天前還在水下的貝殼床相同高度的力量!
2 月 20 日。—這一天在瓦爾迪維亞編年史上是值得紀念的一天,因為這是最年長的居民經歷過的最嚴重的地震。我當時恰好在岸上,正躺在樹林裡休息。地震突然來襲,持續了兩分鐘,但時間顯得更長。地面的搖晃非常明顯。我和我的同伴都覺得海浪似乎來自正東方向,而其他人則認為海浪來自西南方向:這表明有時很難察覺到震動的方向。站直並沒有困難,但晃動讓我感到頭暈目眩:這有點像船隻在小小的交叉波浪中移動,或者更像一個人在薄冰上滑冰的感覺,冰面在他的體重下彎曲。
一場嚴重的地震立刻摧毀了我們最古老的聯想:地球,這個堅固的象徵,在我們腳下像一層薄薄的地殼一樣移動在流體之上;—一秒鐘的時間在腦海中創造了一種奇怪的不安全感,這是幾個小時的反思都無法產生的。在森林裡,當微風吹動樹木時,我只感到大地在顫抖,但沒有看到其他影響。菲茨羅伊船長和一些軍官在震動期間在城裡,那裡的景象更加引人注目;因為雖然房屋是用木頭建造的,沒有倒塌,但它們劇烈搖晃,木板吱吱作響,互相碰撞。人們驚慌失措地衝出屋外。正是這些伴隨現象造成了所有親身經歷過地震影響的人對地震的徹底恐懼。在森林中,這是一種非常有趣,但絕不是令人敬畏的現象。潮汐受到了非常奇怪的影響。大震發生在退潮時;一位在海灘上的老婦人告訴我,海水流動得非常快,但不是以巨浪的形式,而是到達了高潮線,然後又迅速退回到正常的水平;這也可以從溼沙的線跡中看出。幾年前在奇洛埃島發生輕微地震時,也發生了同樣快速但平靜的潮汐運動,並引起了許多不必要的恐慌。在晚上,發生了許多較弱的震動,這些震動似乎在港口產生了最複雜的水流,其中一些水流非常強勁。
達爾文在觀察和描述方面具有非凡的天賦。他也擅長從證人那裡提取關鍵細節。這段文字是我讀過的關於經歷大地震的最引人入勝的描述之一。接下來,他將如此詳細地描述地震的事件和餘波,以至於任何熟悉地震事件的人都會認識到與之相關的各種特徵,包括海嘯、地裂和其他現象。
3 月 4 日。—我們進入了康塞普西翁港。當船隻駛向錨地時,我登上了基裡基納島。莊園的管家迅速騎馬下來告訴我 20 日大地震的可怕訊息:“—康塞普西翁和塔爾卡瓦諾(港口)沒有一棟房子還站立著;七十個村莊被摧毀;一股巨浪幾乎沖走了塔爾卡瓦諾的廢墟。”對於後一種說法,我很快就看到了大量的證據—整個海岸都散落著木材和傢俱,彷彿有數千艘船隻失事。除了大量的椅子、桌子、書架等之外,還有幾間小屋的屋頂,幾乎是完整地被運走了。塔爾卡瓦諾的倉庫被炸開,大量的棉花、瑪黛茶和其他貴重商品散落在岸邊。在我繞島步行期間,我觀察到許多岩石碎片,從附著在它們上面的海洋生物來看,這些岩石最近一定躺在深水中,已經被拋到海灘的高處;其中一塊岩石長六英尺,寬三英尺,厚兩英尺。
島嶼本身清楚地顯示了地震的巨大威力,正如海灘顯示了隨之而來的巨浪的威力一樣。地面在許多地方都裂開了南北方向的裂縫,這可能是由於這個狹窄島嶼的平行陡峭的側面屈服造成的。懸崖附近的一些裂縫寬達一碼。許多巨大的巖塊已經墜落在海灘上;當地居民認為,當雨季開始時,會發生更大的滑坡。震動對構成島嶼基礎的堅硬原生板岩的影響更為奇特:一些狹窄山脊的表面部分被徹底震碎,就像被火藥炸過一樣。這種效果,因新鮮的斷裂和移位的土壤而變得明顯,一定侷限於地表附近,否則整個智利都不會存在一塊完整的岩石;這並非不可能,因為眾所周知,振動物體的表面與中心部分受到的影響不同。也許正是由於這個原因,地震在深礦井內造成的破壞並不像預期的那樣可怕。我相信,這次劇變在縮小基裡基納島的面積方面,比一個世紀以來海浪和天氣的正常磨損更有效。
第二天,我在塔爾卡瓦諾登陸,然後騎馬前往康塞普西翁。這兩個城鎮都呈現出我見過的最可怕但又最有趣的景象。對於以前認識它們的人來說,這可能更令人印象深刻;因為廢墟如此混雜在一起,整個場景幾乎沒有可居住的地方的氣息,以至於幾乎不可能想象它以前的狀態。地震在上午 11 點半開始。如果它發生在半夜,那麼大部分居民(僅在這個省份就必須達到數千人)肯定會喪生,而不是不到一百人:事實上,在地面第一次顫動時跑出門外的習慣,就足以拯救他們。在康塞普西翁,每棟房子或每排房子都獨自佇立,成堆或成排的廢墟;但在塔爾卡瓦諾,由於巨浪,只能辨認出薄薄的一層磚塊、瓦片和木材,偶爾還留有一部分牆壁。從這種情況來看,康塞普西翁雖然沒有完全被摧毀,但卻是一個更可怕的,如果我可以這樣稱呼它的話,更具風景如畫的景象。第一次震動非常突然。基裡基納的管家告訴我,他第一次注意到地震,是發現他和他騎的馬一起滾落在地上。站起來後,他又被摔倒了。他還告訴我,一些站在島嶼陡峭側面的牛被捲入了海中。巨浪造成了許多牲畜的死亡;在海灣頂端附近的一個低窪島嶼上,七十頭動物被沖走並淹死了。人們普遍認為,這是智利有記錄以來最嚴重的地震;但由於非常嚴重的地震只在很長時間間隔後才會發生,因此無法輕易得知;而且即使發生更嚴重的震動,也不會有什麼區別,因為現在的破壞已經完全徹底。無數次小震動跟隨大地震而來,在最初的十二天內,就記錄了不下三百次。
在參觀康塞普西翁之後,我不明白為什麼大多數居民能夠安然無恙地逃脫。許多地方的房屋都向外倒塌;因此在街道中間形成了小小的磚瓦和瓦礫堆。英國領事勞斯先生告訴我們,當第一次震動警告他跑出去時,他正在吃早餐。他剛跑到院子中央,他房子的一側就轟然倒塌了。他保持了鎮定,記住了,如果他爬到已經倒塌的那部分頂部,他就會安全。由於地面晃動無法站立,他手腳並用地爬了上去;他剛爬上這個小土堆,房子的另一側就倒塌了,巨大的梁木從他的頭前掠過。他的眼睛被遮蔽,嘴裡塞滿了塵土,天空一片昏暗,他終於走到了街上。隨著震動接連不斷,每隔幾分鐘發生一次,沒有人敢靠近破碎的廢墟;沒有人知道他最親愛的朋友和親人是否沒有因無人幫助而喪生。那些搶救出一些財產的人不得不時刻保持警惕,因為小偷在附近遊蕩,每次地面輕微顫動,他們一手捶胸頓足,大喊“Misericordia!”(憐憫!),然後另一隻手從廢墟中偷走他們能偷到的東西。茅草屋頂倒在火上,各處都燃起了火焰。數百人知道自己破產了,很少有人有能力提供當天的食物。
僅地震就足以摧毀任何國家的繁榮。如果英格蘭地下的惰性力量發揮出它們在過去地質年代肯定發揮過的力量,那麼整個國家的狀況將會發生怎樣的徹底改變!高聳的房屋、人口稠密的城市、大型工廠、美麗的公共和私人建築將會怎樣?如果新的動盪時期首先從半夜發生的一場大地震開始,那將是多麼可怕的屠殺!英格蘭將立即破產;所有檔案、記錄和賬目將從那一刻起丟失。政府將無法徵收稅款,也無法維持其權威,暴力和掠奪之手將無人控制。在每個大城市,饑荒將蔓延,瘟疫和死亡將緊隨其後。
震動過後不久,一股巨浪從三四英里的遠處被看到,以平緩的輪廓逼近海灣中央;但沿著海岸,它摧毀了小屋和樹木,勢不可擋地向前席捲。在海灣頂端,它以一條可怕的白色浪花線破碎,衝到最高大潮線以上 23 英尺的垂直高度。它們的力量一定是巨大的;因為在堡壘,一門大炮及其炮架,估計重達四噸,被向內移動了 15 英尺。一艘縱帆船被遺棄在廢墟中,距離海灘 200 碼。第一波巨浪之後又來了兩次,它們在退潮時帶走了大量的漂浮物殘骸。在海灣的某個部分,一艘船被拋到岸上,擱淺在高處,又被沖走,再次被衝到岸上,又被沖走。在另一個部分,兩艘大型船隻並排停泊,被旋渦捲起,它們的纜繩相互纏繞了三次;雖然錨泊在 36 英尺的深度,但它們還是擱淺了幾分鐘。巨浪一定移動得很慢,因為塔爾卡瓦諾的居民有時間跑到城鎮後面的山上;一些水手向海中劃去,相信他們的船可以安全地駛過海浪,如果他們能在海浪破碎之前到達的話。一位老婦人和一個四五歲的小男孩跑進一條船,但沒有人划船出去:結果船撞到錨上,斷成兩半;老婦人被淹死了,但孩子在幾個小時後被發現緊緊抓住殘骸。房屋廢墟中仍然殘留著鹽水池,孩子們用舊桌子和椅子做船,看起來像他們的父母一樣快樂。然而,非常有趣的是,觀察到所有人都比預期的更加積極和快樂。人們非常正確地指出,由於破壞是普遍的,沒有人比其他人更感到卑微,也沒有人會懷疑他的朋友冷漠—這是財富損失最令人痛苦的結果。勞斯先生和他慷慨地庇護的一大群人在蘋果樹下的花園裡度過了第一個星期。起初,他們像野餐一樣快樂;但不久之後,大雨造成了許多不適,因為他們絕對沒有遮蔽物。
在菲茨羅伊船長對地震的精彩描述中,據說在海灣中看到了兩次爆炸,一次像一根菸柱,另一次像一條巨大的鯨魚噴水。水也到處都像沸騰一樣;並且“變得黑色,散發出最令人不快的硫磺氣味。”在 1822 年瓦爾帕萊索地震期間也觀察到了後一種情況;我認為,這可以用海底含有腐爛有機物的泥漿的擾動來解釋。在卡亞俄灣,在平靜的日子裡,我注意到,當船隻拖著纜繩越過海底時,它的航跡被一條氣泡線標記出來。塔爾卡瓦諾的下層階級認為,地震是由一些老印第安婦女引起的,她們在兩年前因受到冒犯而阻止了安圖科火山的活動。這種愚蠢的信念很奇怪,因為它表明經驗教會了他們觀察到,火山的抑制活動與地面震動之間存在關聯。有必要將巫術應用於他們對因果關係的感知失敗的點;這就是火山噴口的關閉。這種信念在這個特殊情況下更加奇特,因為根據菲茨羅伊船長的說法,有理由相信安圖科火山根本沒有受到影響。 28
康塞普西翁鎮以通常的西班牙風格建造,所有街道都彼此成直角;一組街道呈西南偏西方向,另一組街道呈西北偏北方向。在前者方向上的牆壁肯定比後者方向上的牆壁站得更好;更多的磚砌體塊被拋向東北方向。這兩個情況都完全符合波動來自西南方向的普遍觀點,在西南方向也聽到了地下噪音;因為很明顯,朝向波動來源點的西南和東北方向的牆壁,比那些朝向西北和東南方向的牆壁更不容易倒塌,後者必須在其整個長度上同時被甩出垂直方向;因為來自西南方向的波動,當它們穿過地基時,一定會在西北和東南方向上延伸。這可以用書本邊緣朝上放在地毯上來舉例說明,然後,按照米歇爾提出的方法,模仿地震的波動:人們會發現,書本的倒塌或多或少容易,這取決於它們的方向或多或少地與海浪線重合。地面上的裂縫通常但不完全地向東南和西北方向延伸,因此與波動線或主要彎曲線相對應。牢記所有這些情況,這些情況如此清楚地指向西南方向是主要擾動中心,一個非常有趣的事實是,位於西南方向的聖瑪麗亞島,在陸地普遍隆升期間,被抬升到幾乎是海岸其他任何地方高度的三倍。
牆壁根據其方向提供的不同阻力,在大教堂的案例中得到了很好的例證。朝向東北方向的一側呈現出一堆宏偉的廢墟,在廢墟中間,門框和成堆的木材豎立起來,彷彿漂浮在溪流中。一些角形的磚砌體塊尺寸巨大;它們被滾動到水平的廣場上,就像高山腳下的岩石碎片一樣。側牆(朝向西南和東北方向)雖然裂縫很多,但仍然屹立不倒;但巨大的扶壁(與側牆成直角,因此與倒塌的牆壁平行)在許多情況下被像鑿子一樣乾淨地切斷,並被拋到地面上。這些牆壁頂端的某些方形裝飾品被地震移動到對角線位置。在瓦爾帕萊索、卡拉布里亞和其他地方(包括一些古希臘神廟)的地震之後,也觀察到了類似的情況。 1 這種扭曲的位移,起初似乎表明在每個受影響的點下方都存在渦旋運動;但這極不可能。這是否可能是由於每塊石頭都傾向於將自己排列在相對於振動線的某個特定位置—方式有點類似於搖動紙張上的別針?總的來說,拱形的門口或窗戶比建築物的任何其他部分都站得更好。然而,一位可憐的瘸腿老人,他習慣在輕微震動時爬到某個門口,這次卻被壓成了碎片。
我沒有試圖詳細描述康塞普西翁的外觀,因為我感到完全不可能傳達我所經歷的複雜感受。幾位軍官在我之前參觀過那裡,但他們最強烈的語言也未能恰如其分地描述荒涼的景象。看到人類花費如此多的時間和勞動力的作品,在一分鐘內被推翻,這真是一件痛苦和屈辱的事情;然而,對居民的同情幾乎立即被震驚所取代,因為人們看到了一種在瞬間產生的事態,而這種事態通常被認為是經過了漫長的歲月才形成的。在我看來,自從離開英格蘭以來,我們幾乎沒有見過如此引人入勝的景象。
在幾乎每一次嚴重地震中,據說附近的海水都會劇烈動盪。正如康塞普西翁的情況一樣,這種擾動似乎通常有兩種型別:首先,在震動發生的那一刻,海水以緩慢的運動高漲到海灘上,然後又平靜地退去;其次,在一段時間之後,整個海體從海岸退去,然後以勢不可擋的巨浪返回。第一種運動似乎是地震直接影響液體和固體的直接結果,因此它們的各自水平略有紊亂:但第二種情況是一種更為重要的現象。在大多數地震期間,尤其是在美洲西海岸的地震期間,可以肯定的是,海水的第一次大運動是退潮。一些作者試圖透過假設海水保持其水平,而陸地向上振盪來解釋這一點;但可以肯定的是,即使在相當陡峭的海岸上,靠近陸地的水也會分享海底的運動:此外,正如萊伊爾先生所強調的那樣,在遠離主要擾動線的島嶼上也發生了類似的海水運動,例如胡安·費爾南德斯島在這次地震期間,以及馬德拉島在著名的里斯本地震期間就是如此。我懷疑(但這個問題非常模糊)海浪,無論如何產生,首先會將水從岸邊拉走,然後海浪將在岸邊破裂:我觀察到,這種情況發生在汽船槳輪產生的小波浪中。值得注意的是,塔爾卡瓦諾和卡亞俄(靠近利馬),這兩個都位於大型淺海灣的頂端,在每一次嚴重地震中都遭受了巨浪的襲擊,而瓦爾帕萊索,緊鄰深水邊緣,卻從未被淹沒,儘管它經常受到最強烈震動的搖晃。從巨浪不是立即跟隨地震而來,而是有時在甚至半小時之後才到來,以及遠處的島嶼與擾動中心附近的海岸受到類似的影響來看,似乎巨浪首先在公海中升起;由於這是一種普遍現象,因此原因一定是普遍的:我懷疑我們必須尋找深海中較少擾動的水域與靠近海岸的水域匯合的線,後者已經參與了陸地的運動,作為巨浪首先產生的地方;似乎巨浪的大小也取決於與海底一起被攪動的淺水區的範圍。
這次地震最顯著的影響是陸地的永久抬升;更確切地說,將其稱為原因是更正確的。毫無疑問,康塞普西翁灣周圍的陸地被抬升了兩三英尺;但值得注意的是,由於海浪抹去了傾斜沙灘上舊的潮汐作用線,我找不到任何證據來證明這一事實,除了當地居民一致的證詞,即一塊現在暴露出來的小礁石以前被水覆蓋。在聖瑪麗亞島(約 30 英里外),抬升幅度更大;在島嶼的某個部分,菲茨羅伊船長髮現腐爛的貽貝殼床仍然附著在岩石上,高出高潮線 10 英尺:當地居民以前在低潮時潛水採集這些貝殼。這個省份的抬升特別有趣,因為它曾是多次強烈地震的發生地,而且大量的海貝殼散落在陸地上,高度肯定達到 600 英尺,我相信甚至達到 1000 英尺。正如我已經說過的那樣,在瓦爾帕萊索,也發現了類似的海貝殼,高度為 1300 英尺:幾乎可以肯定,這種巨大的抬升是由連續的小型隆升造成的,例如伴隨或引起今年地震的隆升,以及由某些海岸地區肯定正在進行的緩慢上升造成的。
胡安·費爾南德斯島,位於東北方向 360 英里處,在 20 日的大震動時也受到了劇烈搖晃,以至於樹木互相撞擊,一座火山在靠近海岸的水下爆發:這些事實值得注意,因為這個島嶼在 1751 年的地震期間也受到了比康塞普西翁相等距離的其他地方更劇烈的震動,這似乎表明這兩個點之間存在某種地下聯絡。奇洛埃島,位於康塞普西翁以南約 340 英里處,似乎比瓦爾迪維亞的中間地區受到更強烈的震動,瓦爾迪維亞的維利亞里卡火山根本沒有受到影響,而在奇洛埃島前面的科迪勒拉山脈中,兩座火山同時爆發,劇烈活動。這兩座火山和一些附近的火山持續噴發了很長時間,並在十個月後再次受到康塞普西翁地震的影響。一些在其中一座火山底部附近伐木的人,沒有感覺到 20 日的震動,儘管當時整個周圍的省份都在顫抖;在這裡,我們看到火山爆發緩解並取代了地震,正如底層民眾所相信的那樣,如果安圖科火山沒有被巫術關閉,康塞普西翁也會發生這種情況。兩年零三個季度後,瓦爾迪維亞和奇洛埃島再次發生震動,比 20 日更加劇烈,奇諾斯群島的一個島嶼永久抬升了八英尺以上。如果(像冰川的情況一樣)我們假設這些現象發生在歐洲的相應距離處,那麼就能更好地瞭解這些現象的規模:—那麼從北海到地中海的陸地將受到劇烈搖晃,並且在同一時刻,英格蘭東海岸的大片地區將永久抬升,以及一些外島,—荷蘭海岸的一連串火山將爆發活動,並且在愛爾蘭北端附近的海底發生火山噴發—最後,奧弗涅、康塔爾和蒙多爾的古老噴口都將向天空噴出濃濃的煙柱,並長期保持猛烈的活動。兩年零三個季度後,法國從中心到英吉利海峽將再次遭受地震的蹂躪,地中海的一個島嶼將永久抬升。


