极端科学：圣安德烈亚斯断层

加州有一条裂缝。它绵延 800 英里，从南部的索尔顿湖一直延伸到北部的门多西诺角。它穿过葡萄园和地铁站、电线和水管。数百万人生活和工作在裂缝旁边，许多人每天都要经过它（966 条道路穿过这条裂缝）。对大多数人来说，这几乎不值得考虑。然而，一瞬间，那条裂缝，即圣安德烈亚斯断层线，可能会毁掉生命，使国家经济陷入瘫痪。

在美国地质调查局制作的一个场景中，研究人员发现，圣安德烈亚斯山脉发生大地震可能导致 1,800 人死亡，55,000 人受伤，造成 2 亿美元的损失。加州可能需要数年，甚至近十年才能恢复。

好的一面是，在修建和维护横跨断层的所有基础设施的过程中，地质学家在过去几十年里对断层进行了近距离的亲眼观察，为越来越多的工作做出了贡献。虽然未来仍不确定（没有人能预测地震何时发生），但住在断层附近的人们比以往任何时候都更有准备。

故障带来的麻烦

地球上的所有陆地，包括海底，都被划分为相对较薄、较脆的岩石部分，这些岩石部分漂浮在更厚、更软的岩石层（称为地幔）之上。这些部分中最大的部分称为构造板块，大致与地球的大陆和次大陆相对应。

圣安德烈亚斯断层是两块板块之间的边界。在加利福尼亚州，沿着断层，两块板块——太平洋板块和北美板块——相互摩擦，就像你在拥挤的房间里与某人擦肩而过一样。太平洋板块总体上向西北方向移动，朝着阿拉斯加和日本前进，而北美板块则向西南方向移动。

在一个简化的理想世界中，这种运动会轻松而平稳地发生。由于它覆盖了如此大的区域，并非所有断层都会同时移动。在中间，事情进展得相当顺利，太平洋板块的一部分相对容易地从北美板块旁滑过，科学家称这一部分正在“蠕动”。

事情在极北和极南的地方变得棘手。当板块卡住或挤在一起时，真正的问题就开始了。

灾难景象

人们对圣安德烈亚斯大地震摧毁西海岸的恐惧一直是灾难片的一大素材，包括《超人》和最近的《圣安德烈亚斯》 。好消息是，这些电影中最糟糕的情况是完全不可能发生的。加利福尼亚不会沉入海中，即使是最大的地震也比不上巨石强森所承受的程度。

但灾难还是发生了。

1906 年，该断层北段靠近旧金山市的部分断裂，长约 300 英里，引发了一场大地震，导致火灾、建筑物倒塌和数千人伤亡。死亡人数在 700 至 2,800 人之间。

与此同时，断层的其他部分，比如洛杉矶南部的断层，自 1690 年以来从未发生过大地震，被认为是停滞的。几个世纪以来的能量已经积累起来，准备释放。什么时候？没人知道。

最近的分析表明，在最坏的情况下，圣安德烈亚斯将引发里氏 8.3 级地震，里氏 8.3 级地震是一种对数尺度，6.0 级地震的强度是 5.0 级地震的十倍，7.0 级地震的强度是 6.0 级地震的十倍，依此类推。具体来说，2.5 级以下的地震很少被感觉到。6.0 级以下的地震会对建筑物造成一些损坏，但不会造成重大事件。超过这个水平，事情就开始变得有趣了。美国有记录以来最大的地震是 1964 年袭击阿拉斯加的 9.2 级地震。

南加州大学南加州地震中心主任汤姆·乔丹表示：“这需要圣安德烈亚斯断层从其最南端一直断裂到门多西诺角。”他解释说，中间的蠕动部分起到了缓冲作用，使得 8.3 级地震发生的可能性比其他一些预测要小得多。

即使 8.3 级地震从未发生，科学家们也担心，长期处于不活跃状态的南部地区发生地震可能会造成毁灭性后果，再加上该地区人口众多，情况会更加糟糕。1989 年袭击旧金山的洛马普里塔地震只有 6.9 级，但却造成了数十亿美元的损失，3000 多人受伤，63 人死亡。

乔丹说：“圣安德烈亚斯山脉靠近人们居住的海岸线。”沿海的山谷对建立洛杉矶等城市的定居者来说极具吸引力，但这些山谷里有大片沉积岩，如果发生地震，可能会造成巨大问题。

“尽管洛杉矶距离圣安德烈亚斯只有 30 英里，但仍然会产生非常强烈的地面运动，”乔丹说。“沉积物像果冻一样摇晃。”

但即使只是中等糟糕的情况也足以造成数百人死亡并摧毁经济。

乔丹等研究人员正在绘制圣安德烈亚斯断层附近地质的巨幅、极其详细的 3D 地图。这些地图可用于对断层附近可能发生的几乎所有地震情景进行详细评估。

2008 年，美国地质调查局科学家露西·琼斯 (Lucy Jones) 及其同事发表了“ShakeOut”情景报告，这是一份详细报告，研究了如果断层南端发生大地震（震级 7.8 级）可能出现的情况。

就像 1906 年旧金山地震一样，居住在该地区的人们将长期断电断水，而地震过后，消防员将无法获得水来扑灭灾难后可能出现的火灾。而在加州目前的干旱情况下，地震后的火灾可能比地震本身更具破坏性。

躲避子弹

科学家可能无法预测地震会在何时何地发生，但他们对可能发生的情况了解得越多，就越能为应对任何事件提供帮助。去年冬天，洛杉矶市长埃里克·加塞蒂宣布了一项名为“设计韧性”的计划，旨在应对圣安德烈亚斯河沿岸发生地震时该市面临的巨大风险。

“我们不可能在一个世纪内不发生大地震，”琼斯说，他也是“设计韧性”小组的负责人。加强城市的生命线，如道路和公用设施，是当务之急。

幸运的是，加州在北部有先例。

2002 年，阿拉斯加的德纳利断层滑动，引发了一场 7.9 级地震，这是该国 150 年来有记录以来最大的内陆地震。横跨该断层的是阿拉斯加输油管道，这是一条 800 英里长的基础设施，每天将 55 万桶原油输送到近乎原始的苔原地带。

“这是从未发生过的最大的生态灾难。”琼斯说。

管道的建造是为了适应地壳运动，因此，尽管 2002 年地震中地壳下沉了 18 英尺，管道也没有断裂，从而避免了严重的漏油事件。为了避免破裂，工程师们故意将管道的地上部分设计成锯齿状，而不是直线状，从而增加了管道的灵活性。管道本身也可以滑动。管道的一部分不是固定在永久冻土层中，而是位于涂有特氟隆的“鞋”上，鞋放在与管道垂直的巨大钢梁上。如果发生震动，管道的各个部分可以像火车车厢在轨道上一样在钢梁上滑动，而不会断裂。

下一次地震

在加利福尼亚州，水管和电线可以建造或改装成具有类似的灵活性。研究人员甚至正在建造抗震房屋，这种房屋可以来回滑动而不会倒塌。与传统的房屋不同，这些房屋坐落在地基上，而钢制的滑块上，就像阿拉斯加输油管道一样，可以在震动的地面上滑动而不会断裂。

万物互联在这里也发挥着作用。未来，遍布南加州的设备网络可以在地震开始时监测地震。这个地震网络可以在地震传播到地面时发出警报，为公用事业公司提供宝贵的几秒钟警告时间，以便关闭断层沿线管道的阀门、切断电源以防止损坏，甚至向手术室发出警报，让外科医生在地震开始前从患者身上取下手术刀。

科学家们已经在加州建立了地震网络，但需要更多的地震传感器和技术开发才能将这个刚刚起步的网络提升到一个新的水平。不幸的是，这些开发需要资金，而获得足够的资金来建立下一个系统一直难以实现。

仅加利福尼亚州就需要花费 8000 万美元来建设一个真正强大的警报系统，而整个西海岸则需要花费 1.2 亿美元。但资金非常紧张。今年早些时候，奥巴马总统承诺拨款 500 万美元。旧金山的公共交通系统已经开始使用首批传感器，以便在发生地震时降低火车速度。

想要知道加州的未来会是什么样子，我们只要向西看一眼日本就行了，在那里，即使是最快的火车也会在地震刚出现时停下来，电梯允许人们下车，人们可以通过广播、电视和手机收到警告。

琼斯说，类似的技术可以在洛杉矶附近采用，使这座城市能够从圣安德烈亚斯地震带来的最严重地震中恢复过来。

拉尔夫·沃尔多·爱默生曾经说过：“地震发生后的第二天早上，我们才开始学习地质知识。”对洛杉矶来说幸运的是，从地质学家到城市和应急规划人员，很多人都不打算等那么久。

加州的地震沿着断层线聚集。这里是该州 20 世纪最强地震的震中。尽管圣安德烈亚斯断层线上真正大规模的地震很少见，但它仍然是一条非常活跃的断层线，沿线出现许多点。

动画包括 1900 年 1 月至 2015 年 7 月期间加州所有 4.2 级或以上地震。圆圈大小代表地震震级，颜色代表日期，最早发生的地震为黄色，最近发生的地震为红色。圣安德烈亚斯地震带呈一条红线，横跨加州左侧。更先进的地震传感器可以探测到较弱的地震，因此动画早期不会出现较轻微的地震。