測輻射知地震

　　 當問地震學家何時能預測地震時，他們的回答通常是這樣的：在遙遠的未來和永遠不可能之間的某個時間點。盡管近年來已出現一些有希望的線索，但地震預報的歷史散落著各種錯誤的開始和偽科學。不過，一些科學家認為，地球地殼可能在破裂前以地下和大氣中電磁輻射異常的形式給出線索，而這些異常會在地震發生前的幾分鐘到幾天內出現。近日，在舊金山舉行的美國地球物理學會秋季會議上，研究人員分享了對這些現象不斷增加的了解，以及它們可能被用于預測致命性地震的方式。

　　當日本北海道大學地球物理學家Kosuke Heki在2011年9級地震發生前的約40分鐘發現該國東北地區上空中帶有電荷的大氣最外層——電離層總電子含量增加時，開始對地震預報產生興趣。他一直利用GPS數據研究電離層對地震作出的響應。當地球地殼的突然移動反射到大氣中時，這一現象便會發生。電離層的擾動則會妨礙GPS衛星和接收器之間的通訊，從而在研究人員能分辨出的特定無線電頻率上留下印記。

　　2011年，Heki還對電磁前兆持懷疑態度。但自此以后，他利用全球不斷增加的GPS測量站陣列，確認了9場其他大地震發生前的類似信號。Heki說，現在他相信真的有一些事情在發生：“眼見為實。”

　　不過，科學家尚未就地殼創造電磁信號的機制達成一致意見。美國宇航局艾姆斯研究中心資深科學家、加州圣何塞州立大學物理學兼職教授Friedemann Freund介紹說，一種觀點是巖石在地震逐漸累積的過程中被加熱或受到壓力作用時會產生正電荷。“當你向一塊巖石施加壓力時，它會變成電池。”Freund說，“當然，這并不是你在自家汽車里發現的那種化學蓄電池，而是一種產生電子和空穴的新型半導體電池。”

　　這些空穴是來自被稱為過氧鍵的分子缺陷的正電荷。過氧鍵在大多數結晶巖中都會發生，是指兩個氧原子結合在一起，而不是同硅或其他元素相結合。在高溫高壓下，過氧鍵斷裂，從臨近原子中吸收一個電子，然后留下一個帶正電荷的空穴。這產生了連鎖效應：電子朝過氧缺陷處流動，然后大量正電荷流失到表面或更遠處。

　　對于巖石而言，Freund介紹說，“你向它們施加壓力的速度越快，獲得的電流便越多。”他認為，這種機制能解釋地震前觀測到的大量奇異事件，諸如神秘的光從地面射出以及所報道的羅盤針出現舞動跡象。此類正電荷還可能傳播到大氣中，引發Heki和其他人看到的電離層擾動，盡管這一現象發生的確切方式尚不明確。

　　Freund和包括圣何塞州立大學物理學家John Scoville在內的合作者已經在實驗室試驗中展示了巖石的半導體行為。他們將一個90公斤重的物體扔到一大塊火成巖上。雖然試驗中創建的電磁脈沖要比地震前觀察到的短一些且相對較弱，但Scoville將其歸咎于規模上的巨大差異。“我們不可能重現地震期間活躍在地下的巖石量。”

　　不過，他們在實驗室中看見的脈沖確實和實地觀測到的擁有相同形狀。在此次會議上，來自秘魯羅馬天主教大學的Jorge Heraud報告說，他的團隊利用一對專門用于尋找地震前兆的地面磁力儀，在最近發生于利馬附近的地震前兩周便探測到磁脈沖。

　　盡管磁力儀可能在表面巖石中挑選出前兆信號，但它們有一個重大缺陷：必須位于震中約100公里的范圍內。這便是為何意大利國家地球物理與火山研究所研究主任Angelo de Santis和其他人求助于衛星，以獲得關于地震前大氣中發生了什么的全局視野。通過一個名為“云集開展地震研究”的新項目，de Santi和同事將把來自2013年發射的歐空局“蜂群”衛星的數據和來自諸如地震儀、GPS測量站等傳統地震監控設備的數據進行匹配。

　　de Santis介紹說，他們的目標是首先理解地球地殼和大氣之間的聯系。“如果你理解了這種物理現象，預測地震的幾率便會加倍。”他們還將研究過去發生的地震，以確認已知斷裂發生前的任何模式，然后研究這些相同的模式是否在未來地震發生前出現。此次會議上，他們已經報告說，在2014年智利伊基克地震和最近一次尼泊爾地震前發現了電離層異常現象。