張衡地動(dòng)儀能記錄地震嗎？

　　●地動(dòng)儀無(wú)法記錄發(fā)震時(shí)刻，更無(wú)法記錄震級(jí)。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來(lái)看，候風(fēng)地動(dòng)儀并不能記錄地震，不是地震儀。

　　問(wèn)題1

　　一些科技史著作聲稱，張衡在公元132年制造的“候風(fēng)地動(dòng)儀”能夠準(zhǔn)確記錄地震，比西方第一臺(tái)地震儀(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。也有些材料說(shuō)，候風(fēng)地動(dòng)儀可以“預(yù)測(cè)地震”。

　　不過(guò)，史書(shū)中有關(guān)候風(fēng)地動(dòng)儀的記載，僅見(jiàn)于《后漢書(shū)》。這一段記載只有區(qū)區(qū)196字，其中描述地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容更只有“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)”這12個(gè)意義隱晦、眾說(shuō)紛紜的字。以后，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都制造過(guò)地動(dòng)儀，還留下了相關(guān)著作，可惜他們的著作都亡佚了。顯然，僅根據(jù)《后漢書(shū)》中的簡(jiǎn)陋記載，要復(fù)原張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀根本不可能。今天的復(fù)制品，其實(shí)是在史書(shū)那些“約束條件”之下所作的新創(chuàng)造。

　　盡管如此，《后漢書(shū)》的記載，還是向我們提供了一些有用信息。首先，候風(fēng)地動(dòng)儀絕不是地震預(yù)測(cè)儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用，只不過(guò)能比從驛卒更早地通知京城的人士罷了。這就好比我們看到閃電，就知道接下來(lái)很可能會(huì)聽(tīng)到雷聲，但在閃電發(fā)生時(shí)，雷聲也已經(jīng)同時(shí)發(fā)生，只不過(guò)還沒(méi)有傳到我們耳朵里罷了。

　　其次，根據(jù)地震波的傳播機(jī)理，候風(fēng)地動(dòng)儀是不太可能做到“驗(yàn)之以事，合契若神”的。地震發(fā)生時(shí)，從震源會(huì)發(fā)出兩種波：一種叫P波，是縱波，它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向一致；一種叫S波，是橫波，它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到達(dá)地面，形成地震波中的初波。據(jù)初波的震動(dòng)方向就可以知道震源方向。

　　但初波非常微弱，因?yàn)樗�只能從震源直直地向著地震波接收處地面�(zhèn)鞑サ腜波，而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風(fēng)地動(dòng)儀能敏感到對(duì)“第一哨”初波就做出響應(yīng)，那么足以有許多別的和地震無(wú)關(guān)的震動(dòng)，比如在它附近跺腳，能引起它的反應(yīng)，從而讓人誤把許多不是地震的震動(dòng)也當(dāng)成是地震。但如果要讓候風(fēng)地動(dòng)儀保持一定的“遲鈍”性，它又有可能無(wú)法“感覺(jué)”到地震的初波，直到之后的各種波陸續(xù)傳來(lái)時(shí)才被“驚醒”，可是這些遲來(lái)的波的震動(dòng)方向已經(jīng)完全不能代表震源的方向了。

　　何況，記錄一次地震必須有三個(gè)要素：發(fā)震時(shí)刻，震中位置和震級(jí)(地震強(qiáng)度)。候風(fēng)地動(dòng)儀只能記錄震中方向。幾臺(tái)地動(dòng)儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測(cè)出震中位置；但它卻無(wú)法記錄發(fā)震時(shí)刻，更無(wú)法記錄震級(jí)。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來(lái)看，候風(fēng)地動(dòng)儀并不能記錄地震，不是地震儀，當(dāng)然也就更不可能是“世界上第一臺(tái)地震儀”了。(劉夙 北京科普作家)

　　動(dòng)物真能預(yù)報(bào)地震嗎？

　　美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局進(jìn)行了一系列動(dòng)物異常反應(yīng)與地震關(guān)系的研究，結(jié)果“沒(méi)有可信的聯(lián)系”。從生物學(xué)的角度來(lái)看，這套技能或許也是不經(jīng)濟(jì)的。

　　●美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)曾進(jìn)行動(dòng)物異常反應(yīng)與地震的研究，結(jié)果是“沒(méi)有找到二者間可信的聯(lián)系”。

　　問(wèn)題　2

　　動(dòng)物預(yù)報(bào)地震的最早的記錄可以追溯到公元前373年，在地震把希臘的海利斯城(Helice)夷為平地之前，很多人看到動(dòng)物紛紛遷出城外。的確，很多動(dòng)物擁有比人類敏感得多的感覺(jué)系統(tǒng)。穴居動(dòng)物對(duì)震動(dòng)十分靈敏。很多震前動(dòng)物異常行為都是因此而發(fā)生的。大地震來(lái)臨之前，可能有多次規(guī)模很小的前震。前震可能驚擾了那些對(duì)震動(dòng)敏感的動(dòng)物。

　　生物聲學(xué)家穆根塔勒(Elizabeth Von Muggenthaler)研究過(guò)動(dòng)物園中的動(dòng)物對(duì)微小震動(dòng)的反應(yīng)。她發(fā)現(xiàn)，犀牛和老虎并沒(méi)有特別的行為，只有穴居的裸濱鼠在震動(dòng)時(shí)暫�；顒�(dòng)。也有科學(xué)家認(rèn)為，水生動(dòng)物會(huì)對(duì)地震引發(fā)的微小的脈沖電場(chǎng)作出反應(yīng)。日本科學(xué)家Motoji Ikeya發(fā)現(xiàn)鲇魚(yú)是其中最敏感的動(dòng)物之一。他用攝像機(jī)24小時(shí)記錄鲇魚(yú)的活動(dòng)，希望能為地震預(yù)報(bào)做一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

　　更多的人把精力放在觀測(cè)寵物上。美國(guó)地質(zhì)學(xué)家博柯藍(lán)的工作之一就是記錄當(dāng)天報(bào)紙上刊登的尋找走失寵物的廣告。他認(rèn)為寵物的異常走失可能意味著它們感覺(jué)到了地震的來(lái)臨。博柯藍(lán)甚至成功“預(yù)測(cè)”了一次地震，當(dāng)然他錯(cuò)誤“預(yù)測(cè)”了更多次。

　　動(dòng)物有沒(méi)有可能發(fā)展出一套專門(mén)用來(lái)躲避地震的特別本領(lǐng)來(lái)呢？從演化生物學(xué)的角度來(lái)看，這或許毫無(wú)必要。大部分地震并不對(duì)動(dòng)物的生命構(gòu)成巨大的威脅。對(duì)于一個(gè)動(dòng)物個(gè)體而言，地震災(zāi)害是一種極小概率的事件。特別是那些壽命很短的動(dòng)物，比如老鼠，在它的生命周期內(nèi)遭遇破壞性地震的可能性基本為零。為了一個(gè)概率幾乎為零的事件特別準(zhǔn)備一套復(fù)雜的預(yù)警機(jī)制是極端浪費(fèi)的。這就好比現(xiàn)代人類偶爾會(huì)遭遇觸電的意外，可是人們沒(méi)必要天天穿著絕緣服。

　　上世紀(jì)70年代，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)曾進(jìn)行動(dòng)物異常反應(yīng)與地震的研究，結(jié)果“沒(méi)有找到二者間可信的聯(lián)系”。雖然地震前震可能驚擾了那些對(duì)震動(dòng)敏感的動(dòng)物，但很多其他事件也可以引起動(dòng)物相似的反應(yīng)。養(yǎng)過(guò)寵物的讀者恐怕見(jiàn)識(shí)過(guò)自己的寵物莫名其妙發(fā)脾氣。

　　動(dòng)物預(yù)報(bào)地震這一說(shuō)法還被“心理聚焦效應(yīng)”強(qiáng)化。當(dāng)人們?cè)庥鲋T如地震這樣的重大事件后，往往能更清晰地回憶起事件發(fā)生前的事情———并強(qiáng)化其中的“異�！毙袨椤�傳言也會(huì)加強(qiáng)這一效應(yīng)。一個(gè)常見(jiàn)的說(shuō)法是，印度洋大海嘯過(guò)后，據(jù)說(shuō)人們幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的尸體。然而泰國(guó)普吉島流浪狗基金會(huì)的志愿者帕克(Margot Park)說(shuō)：“我在距離海邊500米的院子里有9只狗，我沒(méi)有注意到它們有任何異常行為。我丈夫在早上8點(diǎn)感覺(jué)到地震，但狗沒(méi)有任何反應(yīng)。”

　　□瘦駝(山東 生物學(xué)研究者)

　　地震時(shí)人為什么會(huì)頭暈？

　　●晃動(dòng)時(shí)，人的前庭器官會(huì)受到刺激，控制軀干，維持平衡。刺激強(qiáng)度太大，過(guò)于興奮的前庭系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)異常，使人產(chǎn)生眩暈感。

　　問(wèn)題　3

　　頭暈主要是“晃”出來(lái)的。人的平衡感主要由位于內(nèi)耳的前庭器官負(fù)責(zé)，當(dāng)?shù)卣鹨�起地面、建筑物晃�?dòng)時(shí)，人的前庭器官會(huì)受到刺激，并通過(guò)前庭神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送電信號(hào)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)隨之反應(yīng)，使人感知到身體的位置變化，同時(shí)控制軀干、四肢做出調(diào)整性動(dòng)作，以維持平衡。

　　當(dāng)刺激的強(qiáng)度和時(shí)間在一定限度內(nèi)時(shí)，人不會(huì)有不良反應(yīng)，而一旦超出這個(gè)限度，過(guò)于興奮的前庭系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，結(jié)果就會(huì)使人產(chǎn)生眩暈感，并伴隨以惡心、嘔吐、冒冷汗等癥狀。

　　這個(gè)限度被稱為致暈閾值，致暈閾值的個(gè)體差異很大，受遺傳因素制約。致暈閾值同時(shí)還受到視覺(jué)空間、身體狀況、精神狀態(tài)以及客觀環(huán)境(如溫度、通風(fēng)狀況、噪聲、空氣異味)等因素的影響，同一個(gè)人在不同情況下的致暈閾值是不同的。

　　由地面、建筑物的晃動(dòng)“晃”出來(lái)的頭暈與暈車、暈船、暈飛機(jī)是同一個(gè)暈法，原因相同。

　　除了晃動(dòng)，次聲波也會(huì)導(dǎo)致頭暈，那就是地震產(chǎn)生的。次聲波是頻率低于可聽(tīng)聲頻率范圍的聲波，范圍大致為10-5至20赫茲。地震、火山爆發(fā)、風(fēng)暴、海浪沖擊、槍炮發(fā)射、熱核爆炸等都可以產(chǎn)生次聲波，地震中的次聲波應(yīng)該是來(lái)自于地層巖石在斷裂、碰撞過(guò)程中所發(fā)生的震動(dòng)。

　　由于頻率低，大氣對(duì)次聲波的吸收系數(shù)很小，因此它可以傳播很遠(yuǎn)。比如1883年8月，南蘇門(mén)答臘島和爪哇島之間的克拉卡托火山爆發(fā)，所產(chǎn)生的次聲波繞地球轉(zhuǎn)了3圈，歷時(shí)108小時(shí)。同時(shí)次聲波的穿透性很強(qiáng)，能很容易穿透建筑物、船只等障礙物。

　　同樣由于頻率低，次聲波很容易引起人體臟器發(fā)生共振。這是因?yàn)槿梭w的內(nèi)臟器官有其固有的振動(dòng)頻率，這種頻率也小于20赫茲，其中頭部為8—12赫茲，腹部?jī)?nèi)臟為4—6赫茲，當(dāng)次聲波的頻率與某種內(nèi)臟器官的振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，就會(huì)引發(fā)該內(nèi)臟器官的共振，而這樣的共振會(huì)導(dǎo)致頭暈、惡心、心悸等癥狀的出現(xiàn)。

　　于是頭暈的另一個(gè)原因很可能是這樣：在這次地震發(fā)生時(shí)，除了地震波外，還產(chǎn)生了強(qiáng)功率的次聲波，其以與聲波相同的速度四散傳播，很快到達(dá)千里之外的地區(qū)，并穿透各種建筑物，接著穿透在里面的人，在穿透人體時(shí)，引發(fā)了體內(nèi)臟器的共振，人們因此產(chǎn)生了頭暈、惡心、心慌等不適反應(yīng)。

　　不過(guò)這種不適不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，在次聲波和晃動(dòng)過(guò)去后，癥狀會(huì)自然消失。值得注意的是心理上所受的影響，身體虛弱或心理抗逆力較差者可能會(huì)由于心理因素而有長(zhǎng)期的不良反應(yīng)。及時(shí)調(diào)整心態(tài)，舒緩情緒，必要時(shí)向心理醫(yī)生尋求幫助。值得注意的是，在此次地震發(fā)生后，一些心理輔導(dǎo)、治療機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始組織、參與前線的搶險(xiǎn)救助工作。他們和趕赴當(dāng)?shù)氐木仍�人員、醫(yī)療、防疫人員一起，為那些被地震災(zāi)害傷害的人們提供幫助。

　　□韓彥文(上海 科普作家）