最常见的地震类型是两个板块相遇的地方,比如加利福尼亚州的圣安德烈斯断层。随着板块相互挤压,压力逐渐累积,直到其中一个或另一个让步。一般来说,地震间隔时间越长,积聚的压力就越大,因此发生真正大地震的可能性也越大。这对东京来说尤其令人担忧,伦敦大学学院的灾害专家比尔·麦圭尔称之为“等待死亡的城市”(这个口号你不会在很多旅游宣传册上找到)。东京位于三个构造板块的边界上,这个国家本就以地震不稳定而闻名。你可能还记得,1995年,向西三百英里的神户市遭受了7.2级地震,造成6394人死亡。损失估计为990亿美元。但这与可能等待东京的相比,简直是小巫见大巫——嗯,相对来说是小巫见大巫。
东京已经遭受过现代史上最具毁灭性的地震之一。1923年9月1日,就在中午之前,这座城市遭受了所谓的关东大地震——其威力是神户地震的十倍以上。二十万人丧生。从那时起,东京一直异常平静,所以地表下的应力已经积累了八十年。最终它必然会断裂。1923年,东京人口约为三百万。如今已接近三千万。没人敢猜测可能有多少人死亡,但潜在的经济损失估计高达7万亿美元。
更令人不安的是板内地震,这种罕见的震动类型更难理解,而且可能随时随地发生。它们发生在远离板块边界的地方,这使得它们完全不可预测。而且因为它们来自更深的深度,它们往往会传播到更广阔的区域。袭击美国的最臭名昭著的此类地震是1811-12年冬季在新马德里,密苏里州发生的一系列三次地震。这场冒险始于12月16日午夜过后,人们首先被惊慌失措的农场动物的叫声惊醒(地震前动物的不安并非无稽之谈,实际上已被证实,尽管原因不明),然后是被来自地球深处的巨大断裂声惊醒。当地人走出房屋,发现大地像波浪一样起伏,高达三英尺,并裂开数英尺深的裂缝。空气中弥漫着浓烈的硫磺味。震动持续了四分钟,对财产造成了惯常的毁灭性影响。目击者中有艺术家约翰·詹姆斯·奥杜邦,他当时恰好在该地区。地震向外辐射的力量如此之大,以至于震倒了四百英里外辛辛那提的烟囱,并且根据至少一份记述,“摧毁了东海岸港口的船只……甚至震塌了华盛顿特区国会大厦周围搭起的脚手架。” 1月23日和2月4日又发生了两次类似震级的地震。此后新马德里一直很平静——但这并不奇怪,因为这种事件从未在同一地点发生过两次。据我们所知,它们和闪电一样随机。下一次可能发生在芝加哥、巴黎或金沙萨下面。没有人能开始猜测。而是什么导致了这些大规模的板内断裂?是地球深处的某种东西。除此之外我们一无所知。
到了20世纪60年代,科学家们对自己对地球内部了解甚少感到非常沮丧,于是决定尝试做点什么。具体来说,他们想到要钻透洋底(大陆地壳太厚)到达莫霍面,并取出一块地幔样本以便从容研究。他们的想法是,如果能了解地球内部岩石的性质,他们或许就能开始理解它们如何相互作用,从而可能预测地震和其他不受欢迎的事件。
这个项目几乎不可避免地被称为“莫霍钻探计划”,而且几乎是灾难性的。他们希望在墨西哥沿海,通过14000英尺深的太平洋海水放下钻头,然后钻透约17000英尺相对较薄的地壳岩石。一位海洋学家说,在开阔水域从船上钻探,“就像用一根意大利面条从帝国大厦顶上在纽约人行道上钻洞”。每一次尝试都以失败告终。他们钻得最深的也只有大约600英尺。“莫霍钻探计划”变成了“无洞计划”。1966年,国会对不断上涨的成本和毫无结果感到恼怒,终止了这个项目。
四年后,苏联科学家决定在陆地上试试运气。他们在靠近芬兰边境的俄罗斯科拉半岛选了一个地点,开始工作,希望钻到十五公里深。事实证明,这项工作比预想的要困难,但苏联人值得称赞地坚持不懈。当他们最终放弃时,已是十九年后,他们钻到了12262米的深度,约合7.6英里。考虑到地壳仅占地球体积的约0.3%,而科拉钻孔连地壳的三分之一都没钻透,我们很难声称已经征服了地球内部。
有趣的是,尽管这个钻孔不大,但几乎关于它的一切都令人惊讶。地震波研究曾让科学家们预测,而且相当自信地预测,他们将在4700米深处遇到沉积岩,之后是2300米的花岗岩,再往下是玄武岩。结果,沉积层比预期的深了50%,而玄武岩层根本就没找到。此外,那里的地下世界远比任何人预期的要热,一万米深处的温度达到180摄氏度,几乎是预测水平的两倍。最令人惊讶的是,那个深度的岩石竟然充满了水——这曾被认为是不可能的。
因为我们无法看到地球内部,我们必须使用其他技术,主要涉及解读波在内部传播时的信息。我们对地幔的了解也有一点来自所谓的金伯利岩管,那是钻石形成的地方。情况是这样的:在地球深处发生了一次爆炸,实际上是以超音速将一团岩浆炮弹发射到地表。这是一个完全随机的事件。就在你读这篇文章的时候,你家后院可能就会有一个金伯利岩管爆炸。因为它们来自非常深的深度——深达120英里——金伯利岩管带来了各种通常在地表或近地表找不到的东西:一种叫做橄榄岩的岩石,橄榄石的晶体,以及——偶尔,在大约百分之一的岩管中——钻石。大量的碳随着金伯利岩喷出物上来,但大部分被蒸发或变成石墨。只有偶尔,一块碳以恰当的速度喷射上来,并以必要的快速冷却下来,才能变成钻石。正是这样一个岩管使约翰内斯堡成为世界上产量最高的钻石开采城市,但可能还有其他更大的我们不知道。地质学家知道,在印第安纳州东北部附近某处,有证据表明存在一个或一组可能真正巨大的岩管。在该地区零星地点发现了高达二十克拉或更多的钻石。但没有人找到过源头。正如约翰·麦克菲指出的,它可能埋在冰川沉积的土壤下,就像爱荷华州的曼森陨石坑,或者埋在五大湖之下。
那么,我们对地球内部到底了解多少?非常少。科学家们普遍认为,我们脚下的世界由四层组成——岩石外壳、热而粘稠的岩石地幔、液态外核和固态内核。[28]我们知道地表主要由硅酸盐构成,它们相对较轻,不足以解释地球的整体密度。因此,内部必定有更重的物质。我们知道,为了产生我们的磁场,内部某处必定有一个液态的金属元素集中带。这一点是普遍认同的。几乎除此之外的一切——各层如何相互作用,是什么导致它们以这种方式表现,它们在未来任何时候会做什么——都至少存在一些不确定性,而且通常是相当大的不确定性。
即使是我们能看到的那一部分,地壳,也存在一些相当激烈的争论。几乎所有的地质学教科书都告诉你,大陆地壳在海洋下厚三到六英里,在大陆下厚约二十五英里,在大山脉下厚四十到六十英里,但在这些概括中存在许多令人费解的变数。例如,内华达山脉下的地壳只有大约十九到二十五英里厚,没人知道为什么。根据所有的地球物理学定律,内华达山脉应该正在下沉,就像陷入流沙一样。(有些人认为它们可能正在下沉。)
地球是如何以及何时获得其地壳的,这些问题将地质学家分为两大阵营——那些认为它发生在地球历史早期突然发生的,和那些认为它发生在稍晚且是逐渐发生的。在这类问题上,人们的感情非常深厚。耶鲁大学的理查德·阿姆斯特朗在20世纪60年代提出了早期爆发理论,然后用余生与那些不同意他的人争论。他于1991年死于癌症,但在去世前不久,他在澳大利亚一份地球科学期刊上发表了一篇论战文章,猛烈抨击他的批评者,指责他们散布神话,据《地球》杂志1998年的一篇报道称。“他死时心怀怨恨,”一位同事报告说。
地壳和部分上地幔一起被称为岩石圈(来自希腊语lithos,意为“石头”),它又漂浮在一层较软的岩石之上,称为软流圈(来自希腊语,意为“无力”),但这些术语从来都不是完全令人满意的。说岩石圈漂浮在软流圈之上,暗示了一种轻松浮力的程度,这并不完全正确。同样,认为岩石以我们所想的地表物质流动的方式流动也是误导性的。岩石是粘稠的,但仅仅像玻璃一样。它可能看起来不像,但地球上所有的玻璃都在重力的无情拖拽下向下流动。从欧洲大教堂的窗户上取下一块非常古老的玻璃,你会发现它底部明显比顶部厚。我们谈论的就是这种“流动”。时钟上的时针移动速度大约是地幔“流动”岩石速度的一万倍。