导读根据气象台最新消息，北京时间3月16日22时36分前后，日本福岛县东岸近海发生的地震为里氏7.3级，震源深度约60公里。截止17日上午9时，地震已经造成至少4人死亡、220万户居民停电，另有一列新干线列车脱轨，列车上约有100名乘客，好在无...

值得注意的是，此次地震发生前，有大量的乌鸦盘旋在吉林松原和四平的上空，很多当地人都认为这是地震前的征兆，因为乌鸦聚集后，地震真的发生了。

那么问题来了，地震发生前真的会有征兆吗？吉林松原和四平的乌鸦聚集又是怎么回事？日本此次大地震前有征兆吗？有人说含羞草能预测地震是真的吗？下面我们就来聊一聊这些相关的问题。

1、地震能否被预测？

就目前的技术来看，我们无法预测地震的发生，最主要的原因就是地球的不可入性，人类很难进入到地球内部进行研究探测。有人可能会说，前苏联的科拉超深钻井不是已经钻到了12000多米深了吗？这个深度对于半径约6400千米的地球来说，连皮毛都算不上。

不过从理论上来看，预测地震有两个方向可以研究：

一是认识地震从孕育到发生的基本规律，探明地震的发生机制，动态探测地下特别是地壳内的结构和物性变化，从而获得相关的动态数据，对地震的发生进行预测。

二是寻找地震前出现的并且与地震有明确关系的自然征兆，利用现代传感器密集观测技术和大数据以及人工智能技术，对自然现象进行研究分析，找出地球深部圈层活动在地区表面、大气层等的反应和机理。

但不管是哪种途径，以人类目前的技术都还无法做到，相比“上天”而言，人类在“入地”的路途上寸步难行，地震还无法预测。

2、地震前会有征兆吗？

一直以来，人们都认为地震来临之前会有一些自然征兆，尤其大地震发生之前，生活中的动物们都会出现一些反常行为，比如鸡鸭乱飞、狗狗狂吠、大量老鼠出洞等等。

但是大部分人只在影视剧中或者小说里见到过这样的描述，而那些真正亲身经历过地震的人在地震发生之前，很少能目睹到这种反常现象。因为这些“鸡飞狗跳”的现象大部分出现在地震发生时或者发生后，并非地震发生之前。

动物们的听觉、嗅觉以及其他感官比人类要灵敏，当地震发生后，动物们比人类要先感觉到震感，所以它们出现的反应也比人要快，这会给人一种动物能预测地震的错觉。但是到目前为止，还没有科学依据能够证明地震发生前会有任何征兆。

那么吉林松原和四平城市上空的乌鸦聚集是怎么回事？这些乌鸦在地震发生前就已经聚集了。其实这跟乌鸦的生活习性以及城市的热效应有关。

乌鸦在非繁殖季节时会保持群居行动，这个季节并非它们的繁殖季，所以乌鸦目前是群居生活的。至于为何突然聚集在城市上空，是因为城市上空的温度要比郊区高很多，乌鸦会从郊区飞往城市御寒过冬，从而出现大量乌鸦聚集的情况。

也就是说，吉林松原和四平地区乌鸦聚集，本就是非常正常的一种现象，只不过恰好发生了地震，才让人们误以为两者有关联。

3、含羞草能预测地震？

在地震无法预测和地震前没有征兆的大前提下，有一种植物是个例外，这种植物就是含羞草，含羞草的反常可能跟地震有关，甚至能预测地震的发生。

含羞草是豆科多年生草本植物，它的叶子会对热和光产生反应，受到外力触碰时，它的叶子就会闭合，因此得名含羞草。

它好像能感受到人类的触碰一样，轻轻地触碰一下它的叶子，甚至朝它吹一口气，它的叶子就会卷起来，枝条也会垂下来。

要等几分钟之后，枝条才会重新立起来，叶片才会逐渐舒展开。科学家还发现一个现象，那就是含羞草的叶子，晚上会合拢，然后再到第二天早上才又打开。

有意思的是，如果把它放在漆黑的屋子里，让它见不到太阳，叶子依然会按照日夜周期来合拢、打开，就好像是它即使在黑暗中也能感受到太阳的东升西落一样。

印度植物学家贾格迪什·钱德拉·博斯发明了一种能观察植物在冷热、声光等等的刺激下的变化的仪器，研究发现含羞草的叶子在被触碰之后，会产生电反应，这个电反应沿着叶子展开，让叶子快速闭合。

后来的科学家进一步发现，含羞草叶子上有一个叫叶枕的结构，叶枕，就是叶子的枕头。叶枕会在电信号的作用下失去水分，到信号消失，水又流回叶枕。这叶枕中的水分变化，就影响了叶子的开合。

普通人种植含羞草主要因为它的观赏价值，尤其那一张一合的叶子令人喜欢。除此之外，含羞草还具有一定的药用价值，很多药物中都有含羞草的成分。

另外，含羞草还是一种能预测天气变化的神奇植物，如果用手触摸一下，它的叶子很快闭合，而张开时很缓慢，这说明天气会转晴。但如果叶子闭合较慢，下垂迟缓，甚至稍一闭合又重新张开，就说明天气将转阴或者下雨。

除了预测天气，含羞草还有一个神奇的功能——预测地震。

根据土耳其的地震学家研究表示，含羞草在强烈地震发生前的几个小时内，叶子会突然萎缩，然后变得枯萎。日本科学家也对含羞草预测地震的功能进行研究后发现，如果含羞草的叶子出现白天闭合，夜晚张开的反常现象时，很可能就是地震发生的前兆。

日本曾记录过含羞草与地震发生之间的关系：1938年1月11日，上午10点的时候，含羞草的叶子突然闭合，结果13日就发生了地震。1976年日本地震俱乐部的成员，曾多次观察到含羞草叶子出现反常的闭合现象，结果随后都发生了地震。

总之，含羞草在强烈地震发生之前，叶子会出现反常的张开闭合现象，对突发性的反季节性温差、地磁、地电等变化会产生有违常规的生长活动。

4、为何不用含羞草预测地震？

既然含羞草在地震发生前会出现违反常规的生长变化，可为什么没有听说过权威机构使用含羞草来预测地震呢？其实问题的答案很简单。

首先，含羞草对外界的环境非常敏感，一股热流，吹一口气都会让它的叶子闭合。也就是说含羞草的叶子会因为很多种原因产生非常规的变化方式，它的变化无法直接说明地震会发生。

其次，相比对气流和温度，含羞草对震动的敏感并不强烈，只有强地震发生之前，含羞草才会出现反常现象，对于震级较低的地震，含羞草起不到预兆的作用。

也就是说，强烈地震发生之前，含羞草的叶子可能会在白天出现闭合，但是它的闭合并不能说明地震一定会发生，含羞草不可能被用来预测地震的发生。

5、结语

至今为止，预测地震仍然是个难以解决的问题，这跟地球的不可入性有关，人类在对地球内部的研究还有很长的路要走。

至于地震前发生的各种征兆，大多是人们产生的误解，误认为地震发生时和发生后出现的反常现象是地震的预兆，其实“鸡飞狗跳”时，地震已经发生了。

含羞草对周围环境的变化确实比较敏感，在一定程度上能够预兆气候的变化，甚至在地震发生之前会出现反常生长的情况，但是含羞草并不能作为预测地震的植物。

此次日本7.3级大地震发生之前，没有任何官方公布过相关异常，也就是说地震发生之前并没有可信的征兆，其实大部分地震发生之前，都没有任何征兆。

关于这个话题，你怎么看？

#日本福岛发生7.3级大地震##直击现场：日本东京等地震感明显##吉林松原4.3级地震#

为什么会发生大地震？

火山成因的海啸触发机制分析 | 科技导报

2022年汤加火山爆发，引发了全球范围内的海啸，使火山海啸这一非典型性海啸受到学界的广泛。整理了全球历史火山海啸事件相关数据，分析了火山地震、火山结构失稳、水下爆炸、火山碎屑流、气压波这5种触发海啸的机制，介绍了2022年汤加火山海啸事件触发机制。指出未来火山海啸的研究方向为：从地质构造角度分析潜在海啸灾害的时空分布规律；以气象海啸和水下爆炸为重点，发展完善火山海啸各机制及传播理论；从技术角度解决火山海啸的相关预警问题。

1 全球历史火山海啸事件分布 （数据来自NOAA海啸事件数据库和重大火山事件数据库）

火山成因的海啸触发机制类型

2 火山海啸机制

火山地震是与火山活动有着密切的一种区别于构造地震的特殊地震，其往往伴随火山爆发过程前后，可以由岩浆活动、火山口塌陷、内部气体等因素触发。火山地震还具有震级小、震源浅等特点，相比于构造地震直接产生较大的水体位移场从而触发海啸，火山地震一般与滑坡等其他机制共同作用触发海啸。火山地震造成的海啸约占火山海啸事件的20%。全球范围内有32座火山通过地震方式触发了海啸事件共41次，约占火山海啸的23.9%，主要分布在板块边界处。事实上，在海啸事件的成因上很难区分火山地震和构造地震，是因为触发海啸事件的火山往往位于各板块间的火山带上，而这些火山带也恰恰与大多数地震带重合，区域内的火山喷发和地震事件互相影响。加之历史数据的缺乏和模糊性，也很难从历史资料中区别这些地震的机制。

2 火山结构失稳

火山结构失稳造成海啸的机制与滑坡类似，由于火山活动或者海水侵蚀等内部或外界条件的影响导致火山口或者火山侧翼等结构被破坏，在重力的作用下进入水体，从而造成海啸。Keating等将火山结构失稳划分成内因和外因2个方面，共介绍了23种不同原因的火山失稳机制并列举了相关的事件。火山结构失稳触发海啸的规模（如滑坡海啸）也受滑动体积、滑动速度、滑动过程等多种因素控制，此类海啸波相比于地震海啸波往往波长较短，在传播的过程中频散作用影响较大，因此一般对近场区域影响较大，很难传播到远处。然而在火山爆发过程中近场地区一般地形较为复杂，可能还伴随着地震、岩浆遇水爆炸等过程，因此从较多的海啸波数据中梳理海啸源出来十分困难。2002年12月意大利Stromboli火山喷发出的火山熔岩等在侧翼失稳，先后发生了2次垮塌，引发了附近海岸一场最大上升幅度为8m的当地海啸，不过通过观测发现，在超过200km距离之外的地区影响就相当有限。相对简单的则是发生在火山休眠期间的结构失稳触发的海啸，历史上位于非洲西北部海域的Canary火山群岛就在非活动期间发生多次火山侧翼坍塌造成了局部海啸（3），具有历史意义的滑坡规模从0.02~4不等，部分水下沉积体积在100~350之间。

3 非洲西北部海域Canary群岛滑坡

3 水下爆炸

全球火山计划（Global Volcanism Program）中已探明的全新世以来（约1万年）活动火山有1350座，根据数据库中高程属性进行筛选，发现其中有110座是完全浸没于水下。这110座火山并不包含像汤加洪阿-汤加-洪阿哈派火山这样部分出露海水的火山。随着海底观测技术的发展和大洋考察计划的增多，未来探知到的海底火山数量可能远远多出预期。火山爆发引起的海啸事件中有29%与水下爆炸有关，说明水下爆炸在火山成因海啸中占据重要地位，同时也是区别于地震成因海啸和滑坡成因海啸之外的特殊机制之一，当海底火山爆发或者火山口爆发陷落入水后，高温的岩浆和气体与水发生反应，迅速膨胀或爆炸从而对水体产生扰动形成海啸。水下爆炸触发海啸的机制（4）可以用Le Méhauté的爆炸水波理论来进行数值量化，该理论提出了通过2个经验公式（1）和（2）建立水下爆炸的水体初始场模型。

4 水下爆炸触发海啸机制

式中，是以米为单位的垂直最大扰动深度，E是以焦耳为单位的爆炸能量，r表示距离爆炸中心的距离，R表示爆炸空腔半径。

通过公式（1）或（2），可以得到爆炸初始场各处的水面初始位移。Le Méhauté等进一步提出经验公式，将爆炸产生的最大扰动深度估计为该处爆炸能量的函数：

其中α是根据深度和爆炸能量决定的一个常数。

以上是一套完整的水下爆炸机制的火山海啸的理论模型。对于爆炸能量，Sato等根据火山口直径D和火山喷出体积V这2个参数提出了不同的经验公式（4）和（5）来估算水下爆炸能量。水下爆炸产生的海啸波周期较短，易频散，故主要对近场区域产生较大破坏。1996年，Karymskoye湖中发生由火山活动引起的连续爆炸，在最大一次爆炸的同时产生了一个近轴对称的130m高海啸波，并以20~40m/s的速度传播。此次巨大的火山湖海啸观测数据众多，也有力地说明了水下爆炸确实能引起局地海啸。

4 火山碎屑流

伴随火山喷发喷出的大量火山岩、气体、火山灰和碎片等物质可以非常迅速地随侧翼山坡流下，形成火山碎屑流（pyroclastic flows），当火山碎屑流进入海洋就可能触发海啸灾害。不同于一般的滑坡海啸，火山碎屑流的运动是一个高度动态的过程，由于其成分繁多，特征差异极大，所以其进入海洋产生海啸的机制十分复杂。当火山碎屑流入海水中后，根据其密度不同，会分成2个部分：密度较大的部分形成火山碎屑密度流（底流），类似于泥石流，进入水中后仍能以该形式大规模移动，密度较小的部分（火山灰和气体部分）形成火山羽流。而这2个部分能够通过蒸汽爆炸、碎屑流、羽流压力、羽流剪切和压力脉冲波等5种可能的机制产生具有巨大破坏力的海啸（2（d），5），所以一次火山碎屑流产生海啸的过程中可能已经包含除火山地震以外的所有火山源海啸机制。火山碎屑流产生的海啸最容易引起学界，1883年的印尼喀拉喀托火山海啸开启了相关研究。2000年，Mccoy等通过对在爱琴海的火山碎屑流沉积的考察，推测出一场在青铜时代晚期（LBA）Thera火山爆发产生了浪高1.9m，沿岸爬升7~12m的海啸，并推测此次海啸可能摧毁了地中海文明之一的Thera文明。虽然火山碎屑流的海啸容易观察，但是火山碎屑流进入水体中的相互作用机制和产生海啸的条件仍然是一个模糊的问题。不仅是因为在实验室中模拟该过程或者在理论上推演十分困难，就连火山爆发时观测记录碎屑流物质进入海洋的过程都是个难题，具体火山碎屑流机制海啸模型仍值得探索。

5 火山碎屑流海啸机制

5 气压波

火山气压波触发的海啸也被称为气象海啸（meteotsunami），当火山爆发时释放足够的能量激发大气，从而产生重力波、兰姆波（Lamb）等一系列大气波。这些波可以直接越过陆地、岛屿等“障碍”，向远场传播，再通过和气-水耦合，将能量释放到水中，从而影响到一般海啸波看似不能直接到达的远场地区。气象海啸的机制最早由Ewing等在分析历史数据时提出。他们发现在远场地区的台站潮汐计扰动与到达台站的第一波大气扰动在时间上有一定关联，随后提出了基于大气海洋耦合体系产生海平面扰动的假说。Harkrider等通过分析频散曲线、引入激发函数等新兴数学方法，将大气波和海啸长波进行相位耦合（速度匹配），解释了1883年喀拉喀托火山海啸到达北美地区的时间相对比按传统浅水波方程传播的预测时间更快的原因。Yokoyama通过模拟计算1883年喀拉喀托火山的爆发以及海啸的产生，提出气象海啸产生的3个条件：（1）海域平均深度在5km以上且火山爆发在大气中激发冲击波；（2）海域必须有一定面积；（3）火山爆发的能量需达到一定数量级。

汤加火山事件的海啸触发机制分析

汤加火山（175°23.6'W，20°32.7'S）是西南太平洋岛国汤加境内的一座活跃的活火山，位于太平洋板块向澳大利亚板块俯冲而形成的Tongga-Kermadec火山弧上（6）。活跃的地质环境使得汤加火山的活动频繁，2014—2015年火山活动将两座岛连接成一个约5km宽的岛屿，直到2022年1月14日汤加火山再次开始喷发，当地时间1月15日17∶00左右发生最大爆发并伴随有Ms5.8级的火山地震发生。爆发后火山岛大部分消失，全球各地气压计均记录到2hPa（1hPa=100Pa）的气压扰动，环太平洋地区绝大多数潮位站和深海浮标均监测到海啸波（6）。近场地区可观测到最高15m海啸波，附近国家港口也监测到0.2~1.2m海啸波，海底电缆也遭到破坏；在西北太平洋日本多处观测到海啸波，大量渔船受到袭击而沉没；而东太平洋的秘鲁和智利海岸发生海啸致死事件。一系列的观测数据说明此次火山爆发过程至少发生了火山地震、水下火山爆炸、火山结构失稳、气压扰动等过程，因此笔者认为本次事件的海啸机制有：（1）火山爆发引起的气象海啸；（2）火山口塌陷或侧翼坍塌造成的滑坡海啸；（3）岩浆在水中引发爆炸造成的爆炸海啸。

6 汤加火山的位置和太平洋海域记录到海啸波的站点分布

目前，已有不少学者从多类型数据观测、理论分析、数值模拟等方面做出了相关探索，通过卫星或各地监测台站数据清晰地证明了火山爆发引起了全球性的气压扰动，各类气压波绕地球多次传播且在远场地区引发了气象海啸。Matoza等通过各类仪器数据分析介绍了本次事件中的气压波——兰姆波波环绕地球4次并推测其形成了远场地区海啸前导波，Carvajal等通过分析589个潮位站的数据，认为全球海啸的前导波（307m/s）是由火山爆发的气压波造成，然而在环太平洋区域海域（如日本、智利）发现后续的最大波浪（198m/s）是由近场地区其他机制产生的海啸波。Hu等则通过116个潮位站和38个深海海啸浮标的海啸波频谱分析确定了4种不同周期的海啸波，分别可能由大气重力波、兰姆波、火山口塌陷等因素产生。Kubotal等发现在兰姆波引发的海啸波频散后会使海啸波持续时间延长，而爆发产生的各种类型的大气波又会使海啸传播速度比预期快，从而大大增加预警难度。Tanioka等通过日本海沟的S-NET传感器网络记录的汤加火山海啸数据对海啸气-水耦合过程进行模拟，发现气象海啸在特殊地形下对大气波的波长十分敏感。

结论

火山海啸相比于地震海啸发生频率较低，但对人类生命财产安全的威胁很大，目前研究仍处于初步阶段。开展火山海啸研究存在多个难点：（1）火山海啸过程复杂，机制繁多，影响空间范围宽广，涉及大气、海洋水体和海底地质过程的耦合，各种机制之间往往相互作用使研究难度大大提高，需要开展地质、地球物理、流体力学等多门学科交叉研究。（2）由于其特殊的地理位置，对海域/海底火山调查、探测和监测的难度都很大，获取一手资料的成本高。（3）火山海啸事件的历史资料较少，且记录不全，难以开展概率性灾害评估，减灾主要需要依靠预警手段，而火山事件发生过程中的多种不确定性对预警技术提出了极大的挑战。

为解决以上难点，火山海啸未来研究可在以下3个方向展开：（1）从地质构造角度分析潜在火山海啸灾害的时空分布规律。（2）以气象海啸和水下爆炸为重点，发展完善火山海啸各机制及传播理论。（3）从技术角度解决火山海啸的相关预警问题。

本文作者：张坎、李琳琳、胡桂

作者简介：张坎，中山大学地球科学与工程学院，广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室，硕士研究生，研究方向为海洋地质灾害；李琳琳（通信作者），中山大学地球科学与工程学院，广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），教授，研究方向为海洋地质灾害。

原文发表于《科技导报》2023年第2期，欢迎订阅查看。