地震釋疑：張衡“地動儀”能否記錄地震

英國學者米爾恩根據文獻記錄復原了“候風地動儀”

日本學者服部一三根據文獻記錄復原了“候風地動儀”

中國學者王振鐸根據文獻記錄復原了“候風地動儀”

問題1

張衡地動儀能記錄地震嗎?

地動儀無法記錄發震時刻，更無法記錄震級。因此，從現代地震學的角度來看，候風地動儀并不能記錄地震，不是地震儀。

一些科技史著作聲稱，張衡在公元132年制造的“候風地動儀”能夠準確記錄地震，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，候風地動儀可以“預測地震”。

不過，史書中有關候風地動儀的記載，僅見于《后漢書》。這一段記載只有區區196 字，其中描述地動儀內部結構的內容更只有“中有都柱，傍行八道，施關發機”這12個意義隱晦、眾說紛紜的字。以后，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都制造過地動儀，還留下了相關著作，可惜他們的著作都亡佚了。顯然，僅根據《后漢書》中的簡陋記載，要復原張衡的候風地動儀根本不可能。今天的復制品，其實是在史書那些“約束條件”之下所作的新創造。

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，候風地動儀絕不是地震預測儀。它只有在地震發生之后才起作用，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，但在閃電發生時，雷聲也已經同時發生，只不過還沒有傳到我們耳朵里罷了。

其次，根據地震波的傳播機理，候風地動儀是不太可能做到“驗之以事，合契若神” 的。地震發生時，從震源會發出兩種波：一種叫P波，是縱波，它引起的物體震動方向和波的前進方向一致;一種叫S波，是橫波，它引起的物體震動方向和波的前進方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到達地面，形成地震波中的初波。據初波的震動方向就可以知道震源方向。

但初波非常微弱，因為它只能從震源直直地向著地震波接收處地面傳播的P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。如果候風地動儀能敏感到對“第一哨”初波就做出響應，那么足以有許多別的和地震無關的震動，比如在它附近跺腳，能引起它的反應，從而讓人誤把許多不是地震的震動也當成是地震。但如果要讓候風地動儀保持一定的“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傳來時才被“驚醒”，可是這些遲來的波的震動方向已經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要素：發震時刻，震中位置和震級(地震強度)。候風地動儀只能記錄震中方向。幾臺地動儀“聯網”也可測出震中位置;但它卻無法記錄發震時刻，更無法記錄震級。因此，從現代地震學的角度來看，候風地動儀并不能記錄地震，不是地震儀，當然也就更不可能是“世界上第一臺地震儀”了。(劉夙 北京科普作家)

問題2

動物真能預報地震嗎?

美國地質調查局(USGS)曾進行動物異常反應與地震的研究，結果是“沒有找到二者間可信的聯系”。

動物預報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，很多人看到動物紛紛遷出城外。的確，很多動物擁有比人類敏感得多的感覺系統。穴居動物對震動十分靈敏。

很多震前動物異常行為都是因此而發生的。大地震來臨之前，可能有多次規模很小的前震。前震可能驚擾了那些對震動敏感的動物。

生物聲學家穆根塔勒(Elizabeth VonMuggenthaler)研究過動物園中的動物對微小震動的反應。她發現，犀牛和老虎并沒有特別的行為，只有穴居的裸濱鼠在震動時暫停活動。

也有科學家認為，水生動物會對地震引發的微小的脈沖電場作出反應。日本科學家MotojiIkeya發現鲇魚是其中最敏感的動物之一。他用攝像機24小時記錄鲇魚的活動，希望能為地震預報做一點貢獻。

更多的人把精力放在觀測寵物上。美國地質學家博柯藍的工作之一就是記錄當天報紙上刊登的尋找走失寵物的廣告。他認為寵物的異常走失可能意味著它們感覺到了地震的來臨。博柯藍甚至成功“預測”了一次地震，當然他錯誤“預測”了更多次。

動物有沒有可能發展出一套專門用來躲避地震的特別本領來呢?從演化生物學的角度來看，這或許毫無必要。大部分地震并不對動物的生命構成巨大的威脅。對于一個動物個體而言，地震災害是一種極小概率的事件。特別是那些壽命很短的動物，比如老鼠，在它的生命周期內遭遇破壞性地震的可能性基本為零。

為了一個概率幾乎為零的事件特別準備一套復雜的預警機制是極端浪費的。

這就好比現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70年代，美國地質調查局(USGS)曾進行動物異常反應與地震的研究，結果“沒有找到二者間可信的聯系”。雖然地震前震可能驚擾了那些對震動敏感的動物，但很多其他事件也可以引起動物相似的反應。養過寵物的讀者恐怕見識過自己的寵物莫名其妙發脾氣。

動物預報地震這一說法還被“心理聚焦效應”強化。當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生前的事情——并強化其中的“異常”行為。傳言也會加強這一效應。

一個常見的說法是，印度洋大海嘯過后，據說人們幾乎沒有發現動物的尸體。然而泰國普吉島流浪狗基金會的志愿者帕克(MargotPark)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點感覺到地震，但狗沒有任何反應。”(瘦駝 山東生物學研究者)

問題3

地震時人為什么會頭暈?

晃動時，人的前庭器官會受到刺激，控制軀干，維持平衡。刺激強度太大，過于興奮的前庭系統會導致中樞神經異常，使人產生眩暈感。

頭暈主要是“晃”出來的。人的平衡感主要由位于內耳的前庭器官負責，當地震引起地面、建筑物晃動時，人的前庭器官會受到刺激，并通過前庭神經向中樞神經系統發送電信號。中樞神經系統隨之反應，使人感知到身體的位置變化，同時控制軀干、四肢做出調整性動作，以維持平衡。

當刺激的強度和時間在一定限度內時，人不會有不良反應，而一旦超出這個限度，過于興奮的前庭系統會導致中樞神經系統出現異常，結果就會使人產生眩暈感，并伴隨以惡心、嘔吐、冒冷汗等癥狀。

這個限度被稱為致暈閾值，致暈閾值的個體差異很大，受遺傳因素制約。

致暈閾值同時還受到視覺空間、身體狀況、精神狀態以及客觀環境(如溫度、通風狀況、噪聲、空氣異味)等因素的影響，同一個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“晃”出來的頭暈與暈車、暈船、暈飛機是同一個暈法，原因相同。

除了晃動，次聲波也會導致頭暈，那就是地震產生的。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、風暴、海浪沖擊、槍炮發射、熱核爆炸等都可以產生次聲波，地震中的次聲波應該是來自于地層巖石在斷裂、碰撞過程中所發生的震動。

由于頻率低，大氣對次聲波的吸收系數很小，因此它可以傳播很遠。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，所產生的次聲波繞地球轉了3圈，歷時108小時。同時次聲波的穿透性很強，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生共振。這是因為人體的內臟器官有其固有的振動頻率，這種頻率也小于20赫茲，其中頭部為8—12赫茲，腹部內臟為4—6赫茲，當次聲波的頻率與某種內臟器官的振動頻率一致或接近時，就會引發該內臟器官的共振，而這樣的共振會導致頭暈、惡心、心悸等癥狀的出現。

于是頭暈的另一個原因很可能是這樣：在這次地震發生時，除了地震波外，還產生了強功率的次聲波，其以與聲波相同的速度四散傳播，很快到達千里之外的地區，并穿透各種建筑物，接著穿透在里面的人，在穿透人體時，引發了體內臟器的共振，人們因此產生了頭暈、惡心、心慌等不適反應。

不過這種不適不會持續很長時間，在次聲波和晃動過去后，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。及時調整心態，舒緩情緒，必要時向心理醫生尋求幫助。值得注意的是，在此次地震發生后，一些心理輔導、治療機構已經開始組織、參與前線的搶險救助工作。他們和趕赴當地的救援、醫療、防疫人員一起，為那些被地震災害傷害的人們提供幫助。(韓彥文 上海科普作家)

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