一场地震，一次“震撼”的科学启蒙 ——记1906年7.8级旧金山大地震的地震学遗产（下）
发布日期：2023-12-02 11:25:13
信息来源：editor_dzzx
我们在这里概括劳森报告的类目是一件简单的事情，然而前期的基础调查却是乏味、危险与艰苦的。1906年的科学家还没有条件驾驶汽车进行野外调查，他们需要步行和骑马跑遍数百平方公里的土地，去测量道路、树木、栅栏等这些地面标志物的偏移量。翻山越岭是常事，山岭密布着毒性致人死亡的毒橡树，丛林中野兽出没期间。
与日本与欧洲相比，美国当时的地震研究非常落后，他们使用的地震仪无法记录这次大地震的烈度，这超出了仪器的量程，所以调查团队转而搜集破坏的具体数据和采访目击者。也正是这样广泛的调查，才能让地震和断层之间关系的第一块拼图呈现在人们眼前：劳森报告是第一个认识到，随着时间的推移，应变会在断层上积聚，然后是剧烈的释放。可能简单这样说，很难体现劳森报告背后调查的创新性，那么我们在这里需要说明一下当时地震学科的发展水平，才能显现出劳森报告其超越时代的伟大：现在的教科书中普遍用板块构造学说解释全球尺度范围内的地震，然而劳森和他的团队当时对板块构造一无所知，板块构造学说还要等到半个世纪才能问世，但他们的报告里面所记录的各种细节信息为后面的理论构建提供宝贵的历史资料，对后来的地震学家来说是无价的。劳森报告也发现了建筑物的破坏同地质条件之间的相关性，对于今后建筑抗震选址提供了开创性的指导方向。在搜集建筑破坏状况信息的过程中，调查团队发现破坏并不是沿着断层震源均匀向外扩展衰减，有几个城市破坏程度尤为突出，通过调查对比，发现这几处城市的共同特点是处在冲击河谷和盆地之上。这样的地质条件意味着土质松软，由于河流的冲刷和侵蚀作用，这类地带的土壤颗粒较为松散，松软的土壤会放大震动，加剧对建筑物的破坏。后世还会研究关于地震的“盆地放大效应”，基本内容是地震在冲击盆地（土质松软+盆地形状）会放大对建筑的破坏效应，但这是后来人的研究，不在劳森报告的研究范围内，我们不详细展开。劳森报告还发现不同的建筑类型与建构也同地震破坏性相关联，当时的旧金山是一个约有40万人口的城市，1847年开始的淘金热导致城市急速扩展，城市建设速度赶不上人口迁入速度，导致很多房屋是偷工减料、未加固的不安全房屋。地震发生后，市区的高层钢结构建筑未有发生结构性破坏，未加固的砖石建筑显然遭受破坏更大。这场地震发生在抗震建筑安全条例未曾建立的年代，关于震后房屋破坏程度的评估，业内开始意识到什么样的建筑设计类型在地震作用过程中受到破坏更小。我们先来划定一个区域范围：圣安德烈斯断裂通过的1906年断层破裂区。前文提过，在这片区域在1906年地震前有三组使用三角测量方法获得的大地测量数据，里德通过比较数据发现，分处断层两边的两个远点，在1906年之前50年的时间尺度内，东西相对移动了3.2米。数据表明地震前后发生了与断层平行的水平位移，于是乎里德于1911年提出了关于地震成因的“弹性回跳假说”，地震与断层活动首次被联系在了一起。可惜的是在整个学科发展历程看，波动理论和材料强度理论在物理学理论领域发展比较早，1910年断裂力学还未发展，里德的理论只是定性的研究，描述了破裂现象，足够简洁清晰，却没有提供可分析的定量论述，也就是说，里德的理论框架没能够把整个地震发生后岩石破裂的过程使用数据精确描述并模拟复原。人们还需要耐心等上十年，直到1921年格里菲斯提出的脆性断裂理论才让补全这一空白成为可能，而后，工程学的进一步发展促进了力学的进步，更是为地震震源研究提供了有力理论工具。里德的理论在1936年遇到扩容模型的挑战而被取代，1966年工程界常用词汇“粘滑”的引入补充了里德理论的不足，“弹性回跳假说”再次回归主流研究视野，百年来人们对地壳中地震发生机制的认识依旧逃不出里德当年搭建的理论架构，后人的工作多是细节的补充与构建。一则理论模型的建立需要经历反复的验证过程：搜集数据、模型假设、模型验证。人们需要足够多地震数据来假设构建各式各样的地震模型，再使用地震数据不断更新验证模型假说，每一次地震都是对于地震灾害全新认识的重要机会窗口。回望1906年旧金山大地震留给人们的地震学遗产，科学发现之路从来不是一路坦途，几代人需要足够幸运和努力，后来人才能看到一则理论书写在教科书上。但是我们知道，人类好奇和求索的脚步不会停下，新知与实践指向正确的未来之路。
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