问吧精选 | 很遗憾：地震尚不能预测，只能预警

叶山；澎湃新闻记者 李胜南 整理

 【编者按】叶山曾于2017年接受私家地理专访，其后他又做客澎湃问吧，与澎湃读者们交流互动，深入解答了各方面与地球科学相关的问题，以下便是此次问答的精选内容。

有一门科学，探索的是地球的方方面面，从其诞生到成长，从内核到大气层，从运转周期到四季变化，从高山裂谷到冰川消长，大到海陆变化，小到矿物分子，都属于它的探索范畴。这就是地球科学。

问吧嘉宾叶山，曾就读于宾夕法尼亚州立大学地理系和密歇根大学地球与环境科学系，目前在塔尔萨大学做岩土力学及石油地质的研究。擅长GIS、空间分析、构造地质及岩土力学，也参与历史地理学和人文地理的科研项目。

化石如何采集？地质野外工作究竟做什么？关于地球，我们探索到了哪一层面？

一、大陆漂移说过时啦，现在是板块构造说

梅灯鹿： 我上学时，大陆漂移学说认为大陆原来是一块儿，漂移后分开，我觉得这个大陆漂移有可能，但应该是方向可变的，不一定是朝一个方向漂移！不知道现在对于大陆形成的漂移学说有没有新观点！

叶山：大陆漂移学说早已经过时。现在是板块构造学说，大致的进化过程是大陆漂移-海底扩张-板块构造。板块构造有个重要的点就是威尔逊循环，也就是说地球上的陆地“分久必合、合久必分”，是一个个的循环。这个理论是加拿大的地质学家图佐•威尔逊提出来的。

你以前认为的“大陆原来是一块儿”应该指的是泛大陆（Pangea，或者叫盘古大陆），这只是离现在时代最近的一次超级大陆，在中生代就解体了。在那之前，还有罗迪尼亚超级大陆和哥伦比亚超级大陆等多次循环。在很久远的未来，预计所有大陆还会合并到一起，形成终极泛大陆，即下一个循环的超级大陆。

至于“大陆漂移”的方向，其实是板块运动的方向，当然是可变的。最典型的证据在太平洋板块上。太平洋下面有个地幔热柱，来自地幔深处，在地球表面形成热点火山，其形成的火山岛就是夏威夷。由于地幔热柱位置相对不变，而太平洋板块在移动，因此夏威夷不是一个岛，而是一串岛（群岛），原理类似于打点计时器。如果看海底地形图，你会发现夏威夷群岛的西北方向海底是一连串的海山，那是以前的火山岛，火山死亡后不再增长，侵蚀和下陷沉入海底以后的残余（包括还未被淹没的中途岛）。你仔细看这一串岛屿和海山，它有一个明显的向北转弯，转弯之后名叫皇帝海岭（Emperor Seamounts）。这个转弯就是板块移动方向改变所导致的。

astsunner：板块漂移的原动力是什么？

叶山：这是目前地球科学界科研的前沿问题之一，有各种不同的假说。目前获得比较广泛认可的说法是，板块移动的动力来自地幔的热对流。地幔是非常粘稠的塑性固体，在热能作用下可以缓慢流动（类似加热之后的黄油），温度高的部分上升，温度较低的部分下沉，形成循环（类似烧开水的时候，水的循环运动）。在对流的过程中，地幔带动地壳运动，原理类似于传送带。

海洋地壳薄弱的地方容易被地幔环流撕开口子，岩石圈下方压强变弱，岩石熔点下降，形成部分熔融，进而形成岩浆房。岩浆上升，遇海水凝固形成岩石，即大洋中脊，将两侧的地壳向外推动；地壳经过长时间冷却之后，密度升高，最后在俯冲带沉入地幔，并向下拖拽后面的地壳。同时，在进入软流圈之后，海洋地壳在水热作用下也会发生部分熔融，形成火山弧，造就大陆地壳。剩下的地壳俯冲到地幔深处发生混熔，回收进地幔里。这一系列过程为板块移动提供了动力。

原点：大陆漂移说，澳大利亚板块理论上会撞向亚洲板块吗？

叶山：根据板块学说，澳大利亚目前来说和亚洲之间还隔着苏禄、菲律宾等多个小板块和中型板块，因此短期（地质学的短期）内不会和欧亚板块相遇。最初人们认为澳洲和印度洋是在同一个板块上，即印澳板块。后来经过进一步研究，人们发现澳洲和印度洋似乎可以看做是两个板块。

众所周知，印度撞上了亚洲，形成了喜马拉雅山。印度的北上速度因亚洲的阻挡而下降。而澳大利亚的北部并没有大陆，因此澳洲的向北移动速度并未明显下降。因为速度的不同，澳洲和印度洋之间发生了撕裂（大致在安达曼海附近）。因此现在科学家通常更倾向于把印度洋和澳洲当作两个不同的板块来对待，它们中间有一条断裂带。

二、化石只存在于沉积岩中，其他地层中没有

Mentholatum：肉眼就能辨别地质年代和化石么？

叶山：对于一般人来说，一些经典的化石在保存完整的情况下是可以判别的。但如果是化石的碎片，一般就要参考图谱了。当然，有些长期研究化石的人，也能直接认出很多碎片来，甚至可以说出碎片是哪种生物的什么部位。

一般情况下，地层的地质年代就不太好直接判断了，因为地层的尺度有可能大有可能小，因此要参考附近的其它地层，以及地层里的岩石、化石、沉积模式和状态（比如有无ripple，有无河道等）来判断地质年代以及沉积环境。

Schlky：您好。请问采集化石时，如何预测在什么地点有什么化石？采集过程中如何避免损坏化石？

叶山：化石只存在于沉积岩里，因此在沉积岩多的地方更容易找到化石。具体的，可以事先参考文献资料和地图。

在采集的时候，根据不同的化石种类及岩石状况，需要采用不同的手段来获取化石，这样才能减小损坏化石的几率。比如在松软的沉积岩里，一般要用小沙匙和刷子来清理化石周围的沉积物，并辅以滤网来清理沙土。对于比较硬的沉积岩，一般不会把化石完全抠出来，而是把它连同周围的岩石一起采集，带回实验室再做详细清理。并且化石最容易损坏的时候是在运输过程中，因此运输中的各种防护才是最重要的。

sa10238：请问古生物学是如何与地质学联系的？具体的用到的知识与判断标准有哪些呢？

叶山：古生物学一般认为是地学的一个分支，和地质学的其它分支是相辅相成的。比如，研究沉积学的人，想知道某个地层的年代，最常见的办法就是找到该层里的各种化石，通过这些化石对应的年代，来寻找交集，进而确定这个地层的年代。再比如，研究气候的人，可以通过搜集不同年代的海洋生物的化石，来提取它们含有的各种同位素，进而用来分析海水成分的变化，从而推导气候的变化。

同样，对于学习古生物学的人来说，地质学的其它分支也会提供很大的帮助。比如古生物学家想要研究在某地发现的一种古生物的特性或者生存环境，就需要通过沉积学、构造学、地球化学等，来还原当地在某一地质时段上的外部自然环境。

Athenalion：地质学利用何种手段和方法研究看不见的历史和地层？

叶山：对于埋在地下深处看不到的地层，常见的让它们“显形”的方法是利用地震仪和“人造地震”。地震波在不同性质的地层里的传播速度不同，在地层交界处会发生反射、折射等情况。地震仪的感应器可以检测到地震波。通过感应器到人工震源的距离以及地震波传播的时间等，我们就可以制作剖面图来让底下的地层和构造显形。

如果需要更深入地了解，在资金充足的情况下可以考虑钻井，来提取岩芯或者地球化学数据。如果没有钻井的条件，一般就是尽量地寻找露出地面的地层露头（Outcrop）来进行研究。有时候在修建高速公路或铁路的时候，施工队会切开山头，道路两侧的山体地质剖面（Road Cut）也是很好的研究地层的地方。至于这些地层的历史，就要综合该地的地质条件，包括沉积、构造、古生物、古气候等，甚至附近区域的地质条件，来进行推测。

三、说到地球科学，你知道石油是怎么形成的吗？

7.92333：请问切断大洋中脊的转换断层的成因，和它的形状为什么是近乎于中脊垂直的？

叶山：我大概描述一下。大洋中脊是生长边界，但每个地方的扩张中心不同，很多地方两侧板块的扩张速度也不同，这就导致大洋中脊在各个地方的位置会有所偏移，进而导致两个相邻扩张中心之间的区域，岩石圈的移动方向可能相反，这样就会导致垂直于洋中脊的转换断层的出现。

Slowly：请问地幔和地核的主要组成成分是什么？听说地核是铁质？

叶山：地幔可以大致分为上地幔和下地幔，上地幔含有大量的双辉橄榄岩（由橄榄石和辉石等矿物组成）以及少量的石榴石和尖晶石等矿物，下地幔里面这些矿物进一步分解成更为简单的氧化物，镁铁含量上升。

地核分为外核和内核，外核是液态，内核是固态，目前一般认为是由铁和镍组成，这是根据陨石的组成以及地球物理和化学性质推测的。

蹦蹬咯噔蹦蹬：关于石油形成的问题，小时候上学说是远古动物尸体在一定环境中生成，我比较疑惑哪来那么多动物尸体，而且集中在一起，有关这方面的研究有没有新的理论？

叶山：确切的说，形成石油的，一般是生活在海洋里的动植物的遗体。确实，集中很多的动物遗体会不容易。一个海洋生物死后，它的遗体形成石油的概率是很小的。而且，虽然油田里的油藏，石油是聚集在一起的，但它们不一定是在一起形成的。

海洋里的水生动物和藻类植物死后，有些遗体会散落各地，被氧化、分解掉，甚至被吃掉。也有一些遗体会在一定的情况下，堆积在沉积区域内，然后在漫长的地质时间里被深埋。其中大部分还是会腐烂、分解，但也有少部分在适宜的条件下被保存下来，经过一系列的化学反应之后，形成一种名叫干酪根（Kerogen）的有机物。

这些干酪根继续被深埋，因为地层深处的压强和温度，发生化学反应，裂解成石油。由于石油的密度相对小，它们会顺着岩层里的缝隙或孔隙度大的薄弱处，进行向上的渗透，最后从岩层各处里形成的石油，逐渐渗透汇集在无法继续渗透的地方（比如有断层或者褶皱等构造的地方），形成油藏。

小禁区之王：请问现在国际最先进的地震预测方法是什么，中国的地震预测水平怎样？

叶山：目前地震仍然不能预测，只能预警。预测和预警是两个不同的概念。中国在地震预测上值得一提的就是成功预测了1975年的海城地震。但目前看来，这只是一个有很多偶然因素的个例，它采用的前震法，目前有很多未知因素（比如前震对当地应力和应变的积累和释放究竟有怎样的作用），再加上地震类型也并不单一，因此海城的方法不能普及，不然的话第二年的唐山大地震就不会有那么大的损失了。另一次比较著名的成功预报是1995年云南的孟连县地震。但主流学界对这两次成功预报的具体做法和其背后的理论基础，都持保留态度。

那么为什么地震预测这么难呢？原因有很多，比如：1.地震发生的类型很多，因此和它同时出现的一些现象，各不相同。海城地震有前震，因此被幸运地预测到，但到了唐山，就没有前震了。2.需要考虑的变量太多（地质条件、岩土状况、温压状态、应力和应变的积累、岩层中的液体含量等等）。3.地震发生的某些机制还缺乏进一步的理解，比如同样的局部断层滑动，为什么有的仅仅导致小地震，有的却能扩散到整个断层导致大地震。4.缺乏能够作为长期监测的对象。5.还有很多未发现的断层。

而地震预警则要靠谱得多，而且是一种减少损失的重要手段。地震预警是通过利用P波和S波之间的时间差，给灾区的居民、企业和政府以采取紧急措施的时间。P波传播速度比S波快，而破坏性比较小。在检测到P波以后，人们可以根据平时的安全演练，采取紧急避险的措施，同时政府也有时间切断电力、天然气、输油管等可能在地震中产生危险后果的基础设施，甚至可以提前安排救援人员各就各位，从而对即将到来的破坏力强的S波做好应对的准备，尽量减少损失。

四、我也想去野外工作，可遇到熊怎么办？

星瞳之舞：对于野外工作，应当注意些什么？

叶山：

1.　最重要的是水。每天4L必须带够。

2.　定位。地图、指南针、GPS等要熟练，也要提前看地形图，想好行走路线和备用路线。

3.　防晒、防虫、防寒。

4.　随时注意天气变化，特别是暴雨、冰雹、雷电等。

5.　注意悬崖上方的落石。

6.　注意野兽。

7.　有条件的话要保持通讯，如果有其他小组在附近区域工作，最好和其他人保持对讲机的通畅。

A | S：野外工作晚上露宿遇到野兽咋办？

叶山：我以前去的地方，危险的野兽一般是熊、狼、野牛和麋鹿。对于麋鹿这种大型食草动物，躲着点就行。对于熊这种猛兽，当地是允许携带喷雾剂的。并且露营的时候，所有吃的东西、有味道的东西都要密封保存好，这样可以减少引来野兽的概率。野兽大多数是怕人的，不会主动招惹人。另外我们也都有专门训练过，如何应对熊和狼，比如遇到熊，要用喉咙轻声说话，然后慢慢后退，远离它。

我自己没有近距离遇到过熊（远距离有过，我在悬崖上，熊在悬崖下），但我有朋友遇到过熊。当时他们在特拉华河的一个峡谷里露营，因为他们中有个人忘了把苹果密封好，苹果的味道把熊引过去了。熊直接钻到了他们的营地里。他们先用轻声说话这招慢慢地远离熊，然后再猛敲一些铁质的东西，发出响声，熊就吓跑了。