很遺憾：地震尚不能預測，只能預警

有一門科學，探索的是地球的方方面面，從其誕生到成長，從內核到大氣層，從運轉周期到四季變化，從高山裂谷到冰川消長，大到海陸變化，小到礦物分子，都屬於它的探索範疇。這就是地球科學。

本期嘉賓：葉山，曾就讀於賓夕法尼亞州立大學地理系和密歇根大學地球與環境科學系，目前在塔爾薩大學做岩土力學及石油地質的研究。擅長GIS、空間分析、構造地質及岩土力學，也參與歷史地理學和人文地理的科研項目。

葉山在美國懷俄明州南部採集到的貝殼、植物和魚類化石。 葉山 圖

化石如何採集？地質野外工作究竟做什麼？關於地球，我們探索到了哪一層面？

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大陸漂移說過時啦，現在是板塊構造說

梅燈鹿：我上學時，大陸漂移學說認為大陸原來是一塊兒，漂移後分開，我覺得這個大陸漂移有可能，但應該是方向可變的，不一定是朝一個方向漂移！不知道現在對於大陸形成的漂移學說有沒有新觀點！

葉山：大陸漂移學說早已經過時。現在是板塊構造學說，大致的進化過程是大陸漂移-海底擴張-板塊構造。板塊構造有個重要的點就是威爾遜循環，也就是說地球上的陸地「分久必合、合久必分」，是一個個的循環。這個理論是加拿大的地質學家圖佐?威爾遜提出來的。

你以前認為的「大陸原來是一塊兒」應該指的是泛大陸（Pangea，或者叫盤古大陸），這只是離現在時代最近的一次超級大陸，在中生代就解體了。在那之前，還有羅迪尼亞超級大陸和哥倫比亞超級大陸等多次循環。在很久遠的未來，預計所有大陸還會合併到一起，形成終極泛大陸，即下一個循環的超級大陸。

至於「大陸漂移」的方向，其實是板塊運動的方向，當然是可變的。最典型的證據在太平洋板塊上。太平洋下面有個地幔熱柱，來自地幔深處，在地球表面形成熱點火山，其形成的火山島就是夏威夷。由於地幔熱柱位置相對不變，而太平洋板塊在移動，因此夏威夷不是一個島，而是一串島（群島），原理類似於打點計時器。如果看海底地形圖，你會發現夏威夷群島的西北方向海底是一連串的海山，那是以前的火山島，火山死亡後不再增長，侵蝕和下陷沉入海底以後的殘餘（包括還未被淹沒的中途島）。你仔細看這一串島嶼和海山，它有一個明顯的向北轉彎，轉彎之後名叫皇帝海嶺（Emperor Seamounts）。這個轉彎就是板塊移動方向改變所導致的。

地球板塊構造簡圖。GSA Today 圖

Eastsunner：板塊漂移的原動力是什麼？

葉山：這是目前地球科學界科研的前沿問題之一，有各種不同的假說。目前獲得比較廣泛認可的說法是，板塊移動的動力來自地幔的熱對流。地幔是非常粘稠的塑性固體，在熱能作用下可以緩慢流動（類似加熱之後的黃油），溫度高的部分上升，溫度較低的部分下沉，形成循環（類似燒開水的時候，水的循環運動）。在對流的過程中，地幔帶動地殼運動，原理類似於傳送帶。

海洋地殼薄弱的地方容易被地幔環流撕開口子，岩石圈下方壓強變弱，岩石熔點下降，形成部分熔融，進而形成岩漿房。岩漿上升，遇海水凝固形成岩石，即大洋中脊，將兩側的地殼向外推動；地殼經過長時間冷卻之後，密度升高，最後在俯衝帶沉入地幔，並向下拖拽後面的地殼。同時，在進入軟流圈之後，海洋地殼在水熱作用下也會發生部分熔融，形成火山弧，造就大陸地殼。剩下的地殼俯衝到地幔深處發生混熔，回收進地幔里。這一系列過程為板塊移動提供了動力。

原點：大陸漂移說，澳大利亞板塊理論上會撞向亞洲板塊嗎？

葉山：根據板塊學說，澳大利亞目前來說和亞洲之間還隔著蘇祿、菲律賓等多個小板塊和中型板塊，因此短期（地質學的短期）內不會和歐亞板塊相遇。最初人們認為澳洲和印度洋是在同一個板塊上，即印澳板塊。後來經過進一步研究，人們發現澳洲和印度洋似乎可以看做是兩個板塊。

眾所周知，印度撞上了亞洲，形成了喜馬拉雅山。印度的北上速度因亞洲的阻擋而下降。而澳大利亞的北部並沒有大陸，因此澳洲的向北移動速度並未明顯下降。因為速度的不同，澳洲和印度洋之間發生了撕裂（大致在安達曼海附近）。因此現在科學家通常更傾向於把印度洋和澳洲當作兩個不同的板塊來對待，它們中間有一條斷裂帶。

2

化石只存在於沉積岩中，其他地層中沒有

Mentholatum：肉眼就能辨別地質年代和化石么？

葉山：對於一般人來說，一些經典的化石在保存完整的情況下是可以判別的。但如果是化石的碎片，一般就要參考圖譜了。當然，有些長期研究化石的人，也能直接認出很多碎片來，甚至可以說出碎片是哪種生物的什麼部位。

一般情況下，地層的地質年代就不太好直接判斷了，因為地層的尺度有可能大有可能小，因此要參考附近的其它地層，以及地層里的岩石、化石、沉積模式和狀態（比如有無ripple，有無河道等）來判斷地質年代以及沉積環境。

Schlky：您好。請問採集化石時，如何預測在什麼地點有什麼化石？採集過程中如何避免損壞化石？

葉山：化石只存在於沉積岩里，因此在沉積岩多的地方更容易找到化石。具體的，可以事先參考文獻資料和地圖。

在採集的時候，根據不同的化石種類及岩石狀況，需要採用不同的手段來獲取化石，這樣才能減小損壞化石的幾率。比如在鬆軟的沉積岩里，一般要用小沙匙和刷子來清理化石周圍的沉積物，並輔以濾網來清理沙土。對於比較硬的沉積岩，一般不會把化石完全摳出來，而是把它連同周圍的岩石一起採集，帶回實驗室再做詳細清理。並且化石最容易損壞的時候是在運輸過程中，因此運輸中的各種防護才是最重要的。

地球地質年代示意圖。

sa10238：請問古生物學是如何與地質學聯繫的？具體的用到的知識與判斷標準有哪些呢？

葉山：古生物學一般認為是地學的一個分支，和地質學的其它分支是相輔相成的。比如，研究沉積學的人，想知道某個地層的年代，最常見的辦法就是找到該層里的各種化石，通過這些化石對應的年代，來尋找交集，進而確定這個地層的年代。再比如，研究氣候的人，可以通過搜集不同年代的海洋生物的化石，來提取它們含有的各種同位素，進而用來分析海水成分的變化，從而推導氣候的變化。

同樣，對於學習古生物學的人來說，地質學的其它分支也會提供很大的幫助。比如古生物學家想要研究在某地發現的一種古生物的特性或者生存環境，就需要通過沉積學、構造學、地球化學等，來還原當地在某一地質時段上的外部自然環境。

Athenalion：地質學利用何種手段和方法研究看不見的歷史和地層？

葉山：對於埋在地下深處看不到的地層，常見的讓它們「顯形」的方法是利用地震儀和「人造地震」。地震波在不同性質的地層里的傳播速度不同，在地層交界處會發生反射、折射等情況。地震儀的感應器可以檢測到地震波。通過感應器到人工震源的距離以及地震波傳播的時間等，我們就可以製作剖面圖來讓底下的地層和構造顯形。

如果需要更深入地了解，在資金充足的情況下可以考慮鑽井，來提取岩芯或者地球化學數據。如果沒有鑽井的條件，一般就是盡量地尋找露出地面的地層露頭（Outcrop）來進行研究。有時候在修建高速公路或鐵路的時候，施工隊會切開山頭，道路兩側的山體地質剖面（Road Cut）也是很好的研究地層的地方。至於這些地層的歷史，就要綜合該地的地質條件，包括沉積、構造、古生物、古氣候等，甚至附近區域的地質條件，來進行推測。

3

說到地球科學，你知道石油是怎麼形成的嗎？

7.92333：請問切斷大洋中脊的轉換斷層的成因，和它的形狀為什麼是近乎於中脊垂直的？

葉山：我大概描述一下。大洋中脊是生長邊界，但每個地方的擴張中心不同，很多地方兩側板塊的擴張速度也不同，這就導致大洋中脊在各個地方的位置會有所偏移，進而導致兩個相鄰擴張中心之間的區域，岩石圈的移動方向可能相反，這樣就會導致垂直於洋中脊的轉換斷層的出現。

大洋中脊示意圖。

Slowly：請問地幔和地核的主要組成成分是什麼？聽說地核是鐵質？

葉山：地幔可以大致分為上地幔和下地幔，上地幔含有大量的雙輝橄欖岩（由橄欖石和輝石等礦物組成）以及少量的石榴石和尖晶石等礦物，下地幔裡面這些礦物進一步分解成更為簡單的氧化物，鎂鐵含量上升。

地核分為外核和內核，外核是液態，內核是固態，目前一般認為是由鐵和鎳組成，這是根據隕石的組成以及地球物理和化學性質推測的。

蹦蹬咯噔蹦蹬：關於石油形成的問題，小時候上學說是遠古動物屍體在一定環境中生成，我比較疑惑哪來那麼多動物屍體，而且集中在一起，有關這方面的研究有沒有新的理論？

葉山：確切的說，形成石油的，一般是生活在海洋里的動植物的遺體。確實，集中很多的動物遺體會不容易。一個海洋生物死後，它的遺體形成石油的概率是很小的。而且，雖然油田裡的油藏，石油是聚集在一起的，但它們不一定是在一起形成的。

海洋里的水生動物和藻類植物死後，有些遺體會散落各地，被氧化、分解掉，甚至被吃掉。也有一些遺體會在一定的情況下，堆積在沉積區域內，然後在漫長的地質時間裡被深埋。其中大部分還是會腐爛、分解，但也有少部分在適宜的條件下被保存下來，經過一系列的化學反應之後，形成一種名叫乾酪根（Kerogen）的有機物。

這些乾酪根繼續被深埋，因為地層深處的壓強和溫度，發生化學反應，裂解成石油。由於石油的密度相對小，它們會順著岩層里的縫隙或孔隙度大的薄弱處，進行向上的滲透，最後從岩層各處里形成的石油，逐漸滲透彙集在無法繼續滲透的地方（比如有斷層或者褶皺等構造的地方），形成油藏。

小禁區之王：請問現在國際最先進的地震預測方法是什麼，中國的地震預測水平怎樣？

葉山：目前地震仍然不能預測，只能預警。預測和預警是兩個不同的概念。中國在地震預測上值得一提的就是成功預測了1975年的海城地震。但目前看來，這只是一個有很多偶然因素的個例，它採用的前震法，目前有很多未知因素（比如前震對當地應力和應變的積累和釋放究竟有怎樣的作用），再加上地震類型也並不單一，因此海城的方法不能普及，不然的話第二年的唐山大地震就不會有那麼大的損失了。另一次比較著名的成功預報是1995年雲南的孟連縣地震。但主流學界對這兩次成功預報的具體做法和其背後的理論基礎，都持保留態度。

那麼為什麼地震預測這麼難呢？原因有很多，比如：1.地震發生的類型很多，因此和它同時出現的一些現象，各不相同。海城地震有前震，因此被幸運地預測到，但到了唐山，就沒有前震了。2.需要考慮的變數太多（地質條件、岩土狀況、溫壓狀態、應力和應變的積累、岩層中的液體含量等等）。3.地震發生的某些機制還缺乏進一步的理解，比如同樣的局部斷層滑動，為什麼有的僅僅導致小地震，有的卻能擴散到整個斷層導致大地震。4.缺乏能夠作為長期監測的對象。5.還有很多未發現的斷層。

而地震預警則要靠譜得多，而且是一種減少損失的重要手段。地震預警是通過利用P波和S波之間的時間差，給災區的居民、企業和政府以採取緊急措施的時間。P波傳播速度比S波快，而破壞性比較小。在檢測到P波以後，人們可以根據平時的安全演練，採取緊急避險的措施，同時政府也有時間切斷電力、天然氣、輸油管等可能在地震中產生危險後果的基礎設施，甚至可以提前安排救援人員各就各位，從而對即將到來的破壞力強的S波做好應對的準備，盡量減少損失。

4

我也想去野外工作，可遇到熊怎麼辦？

星瞳之舞：對於野外工作，應當注意些什麼？

葉山：

1.　最重要的是水。每天4L必須帶夠。

2.　定位。地圖、指南針、GPS等要熟練，也要提前看地形圖，想好行走路線和備用路線。

3.　防晒、防蟲、防寒。

4.　隨時注意天氣變化，特別是暴雨、冰雹、雷電等。

5.　注意懸崖上方的落石。

6.　注意野獸。

7.　有條件的話要保持通訊，如果有其他小組在附近區域工作，最好和其他人保持對講機的通暢。

美國阿巴拉契亞山的地質褶皺構造。葉山 圖

A | S：野外工作晚上露宿遇到野獸咋辦？

葉山：我以前去的地方，危險的野獸一般是熊、狼、野牛和麋鹿。對於麋鹿這種大型食草動物，躲著點就行。對於熊這種猛獸，當地是允許攜帶噴霧劑的。並且露營的時候，所有吃的東西、有味道的東西都要密封保存好，這樣可以減少引來野獸的概率。野獸大多數是怕人的，不會主動招惹人。另外我們也都有專門訓練過，如何應對熊和狼，比如遇到熊，要用喉嚨輕聲說話，然後慢慢後退，遠離它。

我自己沒有近距離遇到過熊（遠距離有過，我在懸崖上，熊在懸崖下），但我有朋友遇到過熊。當時他們在特拉華河的一個峽谷里露營，因為他們中有個人忘了把蘋果密封好，蘋果的味道把熊引過去了。熊直接鑽到了他們的營地里。他們先用輕聲說話這招慢慢地遠離熊，然後再猛敲一些鐵質的東西，發出響聲，熊就嚇跑了。

（編輯：李勝南）

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