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我们能做些什么呢?
为了能够掌握预测方法,为了能够最大程度上地保证做好预防措施和对人民的保护措施,我们使用一些测量火山喷发的仪器是很好的。
这些都是我们利用仪器进行监测的目的,但是我们必须也要明白这些仪器是怎么运转的。
在未来的某一天,我们人类有可能成功地预测一场即将逼近的火山喷发吗?
甚至我们还能知道它的形态特征?
所有的这些物理问题都没有得到解决,因为测量两相的流体物质(岩浆和相互作用产生的气体)的机械装置是复杂且混乱的。
并且我们关于那些受威胁的地区的认知是建立在一些过去的历史事件以及一些已发行产品的研究上的,另外,还建立在一些对于近期火山喷发的监测情况基础上。
我们对于火山的监测是由一系列地球物理传感器来提供保障的(地震仪,倾斜计,磁强计),这些仪器监测了比利山脉的第一次不稳定状态以及在留尼旺的富尔奈斯火山,以及埃特纳火山的情况。
将来,我们能够确定火山喷发的类型吗?
1976至1977年,在瓜德鲁普的苏弗里耶尔火山喷发期间,那一连串的引发研究者们的对立的激烈论战所带来的结果并没有任何现实意义。
法国国家科学研究中心对于火山预测和火山喷发的监测跨学科的研究计划是为了对一些火山方面的新型研究提供指导和资金支持,而法国地质调查局则一直在致力于确定火山喷发最可能的发展情况,以便确定那些面临最大威胁的地区,同时计算出威胁的强度。
另外的一些研究则试图搞清楚在不同形态的火山中,水是如何流动的。
如今,还有很多的科学问题留待我们考察···对于那些责任人来说,这些研究决定了他们是否要组织人员撤退;一个政策的决定过程总是艰难的!
但是我们的监测活动应该依赖于多种多样的仪器,因为一个休眠的火山不一定就是死火山。
确实,火山休眠时期的长短是不同的;比如圣海伦斯山休眠了123年,而埃尔奇琼火山则休眠了600年。
传统监测(地震学,磁力,重力测量,表面变形,气体分析)的成本是巨大的,所以这样的监测通常都是仅限于正在使用的仪器。
一些休眠火山的状态可以通过火山口二氧化碳气体的散发而表现出来。
这或许就是喀麦隆尼奥斯湖的那种情况。
1984至1986年,由于二氧化碳气体的泄露导致1700个人员及大量牲畜死亡。
对于气体的活跃现象至今都没有得到一个合理的解释:
地震、陡坡的塌方、水域温度的骤降以及充满着大量二氧化物的水域的上升,这些我们都不知道原因。
对火山的热液活动所采取的PS措施(用于监测断层相对位移)是十分昂贵的。
存在于多孔层中的流动气体,在上游和下游有着相对位移的区别,这是由于气体在流动通道中和岩壁的摩擦所致。
这种PS方法看起来很简单,因为它只要求两个传统的不极化电极,一条连接电缆以及一个电压表。
这种方法就曾应用于对埃特纳火山的监测上,而参数也被用于其他的一些站点持续使用。
用卫星远程传输结果,这得益于阿尔戈斯系统的信标支持。
如果ps措施的要点数量是足够多的话,那么该措施不正常情况的地图测绘也是可以实现的。
确实,这种方法并不能解决一切问题,但是它有别于其他地球物理学技术,而又有一定的立足之地。
我们能够怎么防备火山喷发所伴随的大量灰尘烟云呢?
要得到这个问题的答案可不是那么容易的事,因为我们装载在航空飞行器上的雷达无法区分水汽形成的云层和烟雾形成的云。
1998年,世界气象组织宣布组建火山监测国际航空通道并且成立了九个对于火山烟雾移动监测站点。
从有了人造卫星开始而得以实现的种种预测措施,如今看来,显得有些匮乏了。
并且这些飞行装备并没有在一些恰当的时机飞过它们监测的区域。
至于由飞行员直接操作进行监测预警,这在已经开始喷发烟雾的情况下是根本不可能的。
火山灾害和利害关系图综合提供了一个风险备案图。
科托帕希峰是环太平火山带上的火山之一,它在厄瓜多尔首都基多之南60公里处。
1742和1877年,该火山两次喷发,涌出的火山泥流摧毁了里约人的发展进程。
人们在对城市区域进行规划时,是受高粘度的火山熔岩的流动轨迹和已经遭受过火山泥流的区域的影响的。
风险图是人们用来与人员分布图配合使用的,在拉塔昆加村庄周围的人员分布是非常紧密的。
这两种地图的汇总会得出一个威胁地图。
这种客观的对于风险制图术通过一系列的意见调查来查漏补缺。
这些调查旨在了解人们在火山喷发时的逃命方式以及我们能够在火山泥流爆发时采取哪些有用的措施。
在这些分析的基础上,我们就有可能建立起人员受伤体系(同样也建立在对于风险认知的调查上)以及准备一些保护措施和兼顾卫生保障的撤退方案。
这个例子充分展示了在地质学、地理物理学以及人类社会对于风险认知领域里各种研究联合起来的好处。
火山学的模型设计对我们来说是可能的吗?
为了更好地控制火山喷发所带来的一系列次生灾害,例如通过对于地形地势和自然的研究,一些实验已经要实现了。
但是我们还是有很大的进步空间,圣海伦火山的惨痛经历就是一个要求我们虚心的例子。
那在休眠火山的地区呢?
在那些地方会不会也发生像喀麦隆尼奥斯湖的那种情况,在火山口二氧化碳气体大量散发?
如果火山气体在喀麦隆被证实,在不计算牲畜的情况下,曾经夺去了1700个人的生命,而对于这一现象的解释还不清晰,那么由于压力变化造成的地震、陡坡的塌方以及水域温度的骤降、深水上升到浅表,这些都可能是二氧化碳气体的温床?
在奥弗涅大区的帕万湖没有足够地表现证明它有相类似的风险。
地震风险
对于地震波及地区的分析研究确定了那些地震风险比较强的地方,但是,对于受害者人数的分析使得我们对地区易损性分析成为可能,对于地区脆弱性的分析决定于当地人员的分布密度以及财产的分配。
风险分析重视周期性、地区化、来源的深度、运动的类型还有已成型的力量,同时,关于地区的易损性分析来源于当地建筑的质量评估以及建筑的数量、建造的形态、建筑材料的使用、内部的设计。
一些极端事件
历史上著名的事件以及近期事件
一般来说,我们都用面波震级MS标度来表示震级数据,不同的震级标度反映了地震波在不同周期范围内辐射地震波能量的大小,我们也可以用矩震级Mw来表示震级大小,反映地震破裂面上滑动量的大小。
或者我们也可以用MI7来表示当地震级。
地震频发地区都位于板块构造交接的地方,在俯冲地带(海洋板块沉入大陆板块之下)以及仰冲地带(衍生板块超越稳定地块之上)还有板块的重新接合地方,或者在当时约束的作用下产生的地质构造滑动和重新接合而引发的过去的一些事故。
大地震动是由于在10到15千米之间深度的断层的断裂(欧洲地中海和加利福尼亚)或者是更深一些的深度。
在俯冲地带,家居可以建在150千米深度的地方(比如日本大地震的情况)。
但是还存在一些板块内部活动造成的地震,就如那记录中不曾有过的1976年中国唐山大地震。
在智利和阿拉斯加矩震级记录曾达到过9.5级。
土壤特性、建筑形态以及地震能量,这些因素互相影响,使得损失时大时小。
与这些主要的大事件相比,法国通常被认为是一个地震比较少的国家。
曾经,在阿尔卑斯海滨省有过地震记录,还有1887年在近利古里亚大区、1909年在普罗旺斯大区、1967年在比利牛斯省、在阿尔萨斯、安德烈斯群岛有过记录(1839年在马提尼克岛的破坏性地震,1853年还曾造成3000人死亡,1897年在瓜德鲁普也有过一次)。
诚然,相对希腊、意大利、加利福尼亚或是日本这些地震活动频繁地区来说,法国面临的地震威胁小得多。
我们有6000个市镇被包含其中。
所以相对的,我们应该保持警惕状态:
风险是中等的,但是危险是主要的!
在法国,在这几个世纪以来,6级地震都不曾有过。
而正因为我们无法准确预言地震的到来,我们还是应该确定出地震风险较大的地区,采取一些最有效的预防措施,并且预先筹备一些可以实施救援的组织:
在全球占有一定数量的法国救援队对于地震后被埋藏人员的救助是快速且有效的,不仅救人,连受害者的狗他们也救。
为了让一起灾害事件发生的可能性相对于建筑时期比较小,我们在国土上对建筑业上的过分投入是不是正确的,这一点还有待确定。
一些事例:
地中海是一个不可否认的较敏感的地区,不管是在南方还是北方,都可以感受到一些地震的活动。
1980年10月10日,在阿尔及利亚的谢里夫市发生的7.2级地震,这几十年来一直被当做研究的范本。
这场地震摧毁了城市的30%地区,剩余部分的80%也损毁严重。
地震震中在位于村落的40千米处。
力量的释放是沿着N.-E.-S.-O.断层进行的,或者,更确切地说,沿着一个断层和40000多米的长度的裂缝而进行的。
这个部分重叠的颠倒的断层,是伴随着次生裂缝、滑扣以及液化作用的。
N.-E.-S.-O.断层区承受着地质的上升(最高达到了5.5米),与此同时S.-E断层再不断下降,但是比例较小。
建筑对于此种现象的应答是多样的:
建筑被分割改造成千层蛋糕的样子,建筑朝着不同的方向延伸。
在1954年地震后,液化作用摧毁了人们重建的区域。
1985年发生在墨西哥的地震,虽然它的震级(8.1)比阿尔及利亚那次的高,但是受害者人数却相对较少。
这是为什么呢?
地震发生时是早上7点半,那些最终倒塌的公务员工作的大楼里,大家还没有开始上班;但是市中心的大酒店的游客们却纷纷遇难。
震中在距离墨西哥40千米的地方,在太平洋深10-20千米的地方,位于巴尔萨斯河口对面,科科斯板块与墨西哥板块交汇处。
相比之下,墨西哥首都的很大一部分是建立在特斯科科泻湖底部积累的粘土之上。
(公元前4000年,阿兹台克人在泻湖的一个小岛上建立特诺奇蒂特兰)。
这个粘土盆地充当了一个传声筒。
因此,阿兹台克人的位于地震波中心的岛屿,在很大程度上幸免于难-因为阿卡普尔科接近地震中心,但建立在一块坚实的土地上-而在建立在地震波波腹的建筑都被摧毁了,地点的影响很重要,而建造房屋的相关条文条款也很重要:
倒塌的建筑物可以追溯到1945-1955年,那时,抗震的法律法规才刚刚起步,由于钢筋混凝土的技术我们可以把房子盖到五层以上。
虽然前几次晃动使得房屋受到影响但是损失并不严重,但仍然无法保留,相反一些相对较矮的建筑保留下来。
此外,在1979-1982期间建造的房子抵抗不住地震:
相对来说这个时期资源更加丰富(多亏了石油),建筑物的质量要比那些速成品建筑结实得多,那这是和8-12层楼的地基质量有关联吗?
神户大地震,1995年1月10日(里氏7.2级)。
破坏主要集中在沿海地区,部分涉及港口附近的海洋,在土地松软的地区震颤扩增:
比如建筑物,高速公路和铁路。
受冲击完全弯曲的高速公路的图片已被媒体广泛传播。
在抗震法规没有执行的地区破坏更加严重。
造成了6000人受伤,一千亿法郎的损失。
日本的地震震级相对较小,但是地震却发生在高度城市化的地区。
在法国,根据1989年的一项统计,5500-6000个城镇受地震风险影响,210个城镇尤其严重,这些城镇主要位于比利牛斯山脉和法国东南部地区。
在板块活动调整期间,甚至是一些小版块的调整,欧洲板块和非洲板块衔接处(非洲板块向北推动欧洲板块),尤其是大部分地中海地区和法国东南部,是地震的中心地带。
地震对于能量巨大沉积岩种类繁多的地势突出地区有什么影响呢?
震动会危及斜坡和陡峭的稳定性,而当大雨相伴发生时,引发的间接后果可能会很严重。
我们能做什么?
我们做了什么?
我们发现在《我知道什么》(地理学的应用程序)系列展览的第2862号,展出了目前我们了解的地震发生的原因,测量地震强度以及震级的方式,也展出了我们的研究状态,我们在未来将预测,甚至是推算出地震对于人员和财产造成的损失,我们研究以下测量工具的改进,提高我们对于不测风云以及地震的危害性的认识。
如同危险科学的其他领域一样,在地震保护领域,空间技术应该是许多资料的来源。
欧洲与欧洲航天局推动STRIM项目(风险管理空间技术),以改善对于重大风险的管理。
通过提供该目标的位置的频率测量,就可能测量与板块构造相关联的地壳的细微运动,并确定地震前兆信号。
地球的断裂层分析,重大伤害或者断层,使得所有裂口的制图术更加精确,通过与震中的位置相结合确定地壳脆弱的地区。
地球物理和它的不同的传统的空间技术有助于更好地理解地球的结构:
在重力分析技术(构造和地层研究),磁技术(搜索漏洞)完成电气探测之后,高分辨率的地震反射和地震折射,出现了其他工具:
地震层析成像,这对土地压裂和地质雷达提供了指导。
雷达和X线断层照相术帮助分析厚14米的土地层的异质。
更好地理解地磁,重力场,精确地确定的分布在地球的表面的位置点,尤其是通过卫星、Spot2或Topex-Poséidon的登陆或者GPS,确定的无线电定位轨道系统(DORIS),有助于更好地了解地壳(位置和高度)的变形,板块的运动等。
绝对定位中,精确2厘米甚至更少。
由卫星登陆的测高雷达精确地测量出大地水准面的起伏波动,(波动与地球内部整体分布有关)。
重复测量也提供了关于海洋海平面及其时间变化的的信息。
因此,多亏了Topex-Poséidon,安妮卡泽纳夫(1999年)证实,自1993年出开始,海平面的平均涨幅大约是每年2毫米。
GPR基于一种由雷达发射、在土壤里传播的电磁波的分析。
波,通过在平面上反射出不连续的介质,揭示了沿着剖面图的听力物质内部的对比。
1992年6月,在加利福尼亚州的兰德斯地震中(7.3级),我们观察到在表面破裂80公里的长度,并且右旋转移超过6米。
由于受地震影响的沙漠地区的特性,有可能通过机载卫星ERS-1,合成孔径雷达SAR的图像干涉处理探测地面的运动。
从雷达拍摄的震前(四月份)的两张照片起,到震后(八月份),干涉图使得重建小于50厘米的位移成为可能,为建模工作的开辟一条道路。
地震x线断层照相术力求用三维空间更好地展现地球的结构;因此法国地震地理网(Géoscope)旨在证实波带很宽的体积波和表面波。
通过扫描仪扫描的医学图像,地震学家基于波在断层与地球普通结构中传播速度的偏差,试图理解板块运动。
调查研究刚性岩石圈结构,而且还试图绘制影响地幔的对流运动。
尝试使用磁学相关措施。
在地中海一片接近板块的地区,用x线断层照相术分析,能够评估俯冲的深度,估计俯冲板块的裂口等。
地点影响分析。
灾害分析表明,地方不同损失不同;表现为等震曲线的远离震中地区优先出现,但施工条款可以解释差异。
如果发生共振现象或沉积物液化,地点的影响是不容忽视的。
因此,进行微震制图,在内部开发一种地震建筑法规明确的微型地震区域是十分有用的。
如果通过掩盖基岩的松散沉积层的地震波的频率等于位于地表建筑物的频率,建筑极易部分或全部毁坏。
因此,在墨西哥,城市是建立在老盐湖上的,老盐湖充当共振器可以放大信号。
浮雕也导致地震的振动变化,就像1909年朗贝斯克的情况一样:
位于高处的建筑物比其他建筑损坏更大。
斜坡也会是很多引发山体滑坡,悬崖塌陷,岩石崩塌,甚至于水坝断裂的事故根源。
在地点影响中,加上饱和砂土液化的可能性。
当地震高振幅波到达松散颗粒介质的表面时,水压降低了颗粒彼此紧凑的能力;他们彼此互相滚动,并且介质像液体一样机械运动。
沉积物失去了承载和剪切强度:
他们液化。
液化引起沉降,土地龟裂,平缓的山坡滑坡,土坝断裂,地基倾倒和建筑深陷等现象。
1995年在科比,人工岛用于建造港口设施的沙土材料发生液化。
液化破坏了桥墩,上部结构,使得港口不能使用。
在地震带,通过实施填土压实,正确的排水和木桩植入基岩,重建排水后重现的土地要谨慎。
在冲积平原或者不均匀沉积物组成的沿海平原的城市化发展时也要小心。
背景噪声的记录,最近开发的方法,尤其是在尼斯,能够估计震点的固有频率,震点与掩盖急速扩大的沉积层的厚度相关。
然后先确定土壤的土工学性质,在疏通配有合理,经济上可以接受(1996年,在梅内胡德(Ménéroud)的(Gemitis)热米提斯-尼斯项目)的抗震措施的微型地震区域。
假定在发生大强度地震的情况下,土壤的反应方式各有不同,那就需要知道震点的影响,以通过微型地震区域提高抗震预防。
虽然与传统的记录地震的方式不同,尼斯设备科技研究中心(CETE)的研究人员提出一种策略,旨在记录背景噪声(谱比法在水平和垂直分量之间调整地点的地震信号),以更好地评估土壤和震点的反应。
地下地形有一定的影响:
在尼斯,由沙子,泥灰岩和粘土形成的冲积平原基于泥灰质灰岩,砾岩和石膏,这种有着双层结构和盆地的土地反应不同。
(在巴德(Bard)和阿勒(al)等)。
所以希望通过绘制沉淀地点的谐振频率,改进微型地震区域,因此,通过建模和模拟组织更好地预防地震。
由“H/V背景噪声”的方法与表面横波的速度相结合,似乎能够计算沉积填充的厚度,从而精化了地下地球物理学研究。
震区监测在全球不同地区实行。
自1960年代以来,法国建立了一个包含40个传感器的地震监测网络,由检测与原子能(LDG/CEA)地球物理学总署实验室管理,受欧洲-地中海(euro¬méditerranéen)(CSEM)地震中心的控制(图7)。
在20世纪80年代,由学院和地球物理学的斯特拉斯堡天文台(EOPGS)负责,国家地震监测网络(RENASS)和区域网络Sismalp(格勒诺布尔天文台)聚集了很多地区网络。
这些网络都配备了短期的传感器,能够记录比第二阶段低的期间波。
这使得,从第3震级开始,能够限定P波的到达时间,精确定位10级的地震中心。
在提供自动分析的数据中心,该信号由手机实时遥控。
在汇聚特别强的信号时,该警报程序由当局触发。
在迪朗斯的山谷,由核防护与核安全协会管理,一个包括12个地震台和加速度计的本地网络,监测着迪朗斯裂缝的微震活动。
其他规模较小的网络位于火山设备附近(苏弗里耶尔,留尼汪,马提尼克岛和瓜德罗普岛),以便于检测火山活动可能的迹象。
巴黎地球物理学研究所拥有23台精确地震仪,放置在地球的敏感点。
本地方面,大地震发生后,一些移动设备投入使用,就像在厄尔尼诺谢里夫一样(阿尔及利亚)用来追踪余震。
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