張衡地動(dòng)儀能記錄地震嗎？

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

　　問題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，候風(fēng)地動(dòng)儀可以“預(yù)測地震”。

　　不過，史書中有關(guān)候風(fēng)地動(dòng)儀的記載，僅見于《后漢書》。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、眾說紛紜的字。以后，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都制造過地動(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》中的簡陋記載，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)是在史書那些“約束條件”之下所作的新創(chuàng)造。

　　盡管如此，《后漢書》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)測儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用，只不過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，就知道接下來很可能會聽到雷聲，但在閃電發(fā)生時(shí)，雷聲也已經(jīng)同時(shí)發(fā)生，只不過還沒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“第一哨”初波就做出響應(yīng)，那么足以有許多別的和地震無關(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，它又有可能無法“感覺”到地震的初波，直到之后的各種波陸續(xù)傳來時(shí)才被“驚醒”，可是這些遲來的波的震動(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(地震強(qiáng)度)。候風(fēng)地動(dòng)儀只能記錄震中方向。幾臺地動(dòng)儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測出震中位置；但它卻無法記錄發(fā)震時(shí)刻，更無法記錄震級。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來看，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“沒有可信的聯(lián)系”。從生物學(xué)的角度來看，這套技能或許也是不經(jīng)濟(jì)的。

　　●美國地質(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“沒有找到二者間可信的聯(lián)系”。

　　問題　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系統(tǒng)。穴居動(dòng)物對震動(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)研究過動(dòng)物園中的動(dòng)物對微小震動(dòng)的反應(yīng)。她發(fā)現(xiàn)，犀牛和老虎并沒有特別的行為，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)物會對地震引發(fā)的微小的脈沖電場作出反應(yīng)。日本科學(xué)家Motoji Ikeya發(fā)現(xiàn)鲇魚是其中最敏感的動(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寵物上。美國地質(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到了地震的來臨。博柯藍(lán)甚至成功“預(yù)測”了一次地震，當(dāng)然他錯(cuò)誤“預(yù)測”了更多次。

　　動(dòng)物有沒有可能發(fā)展出一套專門用來躲避地震的特別本領(lǐng)來呢？從演化生物學(xué)的角度來看，這或許毫無必要。大部分地震并不對動(dòng)物的生命構(gòu)成巨大的威脅。對于一個(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)代人類偶爾會遭遇觸電的意外，可是人們沒必要天天穿著絕緣服。

　　上世紀(jì)70年代，美國地質(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)過寵物的讀者恐怕見識過自己的寵物莫名其妙發(fā)脾氣。

　　動(dòng)物預(yù)報(bào)地震這一說法還被“心理聚焦效應(yīng)”強(qiáng)化。當(dāng)人們遭遇諸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�。傳言也會加強(qiáng)這一效應(yīng)。一個(gè)常見的說法是，印度洋大海嘯過后，據(jù)說人們幾乎沒有發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的尸體。然而泰國普吉島流浪狗基金會的志愿者帕克(Margot Park)說：“我在距離海邊500米的院子里有9只狗，我沒有注意到它們有任何異常行為。我丈夫在早上8點(diǎn)感覺到地震，但狗沒有任何反應(yīng)�！�

　　□瘦駝(山東 生物學(xué)研究者)

　　地震時(shí)人為什么會頭暈？

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

　　問題　3

　　頭暈主要是“晃”出來的。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)，人的前庭器官會受到刺激，并通過前庭神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送電信號。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)，人不會有不良反應(yīng)，而一旦超出這個(gè)限度，過于興奮的前庭系統(tǒng)會導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，結(jié)果就會使人產(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)，次聲波也會導(dǎo)致頭暈，那就是地震產(chǎn)生的。次聲波是頻率低于可聽聲頻率范圍的聲波，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)該是來自于地層巖石在斷裂、碰撞過程中所發(fā)生的震動(dòng)。

　　由于頻率低，大氣對次聲波的吸收系數(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，腹部內(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)，就會引發(fā)該內(nèi)臟器官的共振，而這樣的共振會導(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)。

　　不過這種不適不會持續(xù)很長時(shí)間，在次聲波和晃動(dòng)過去后，癥狀會自然消失。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由于心理因素而有長期的不良反應(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）