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覆蓋地球的「地殼」(Crust) 由地面以下直到 2900 千米深處,就是被稱之為「地幔」(Mantle) 的岩石層。「地幔」作對流運動,對地殼產生壓力,一旦巨大能量瞬間釋放對地殼脆弱的部分構成突然破壞,就會引發地震;而在「地幔」的上升過程中,當從岩漿分離的氣體噴出地表時,就引起火山爆發。

地震或火山爆發的能量,來自巨大規模的「地幔對流」(Mantle convection)。即使再過許多個千年,人類的智慧也同樣無法阻止地幔的對流。但是,控制地震或火山爆發在理論上是可行的。我們的目標是主動規避地震的危險,以期在某個特定區域阻止地震發生,或有計劃地在特定時間引起多次小地震,一點點地釋放能量,從而避免大地震的發生。

mantle convection

地震每級之間的能量差是 30 倍。要化解「芮氏地震規模」(Richter magnitude scale) 8 級地震,我們可以陸續引發上千次 6 級地震〔6 級地震至少對發達國家而言已不再構成威脅〕。如果要透過引發 4 級地震來化解 8 級地震,則須引發上百萬次地震。如果能引發更大量的無害小地震,那麼就徹底解除了大地震之虞。要想避免地表出現斷層,則可在空間上分散地震的發生地點,或在不至於危及生命的地方誘發地震。

那麼,如何控制地震發生呢?關鍵在於地殼的性質。構造地球的岩石具有「結構敏感性」,就算物理條件發生很小的變化,岩石的微結構也會發生很大的變化。比如,如果含砂的地基受到震動,鬆軟的地層就會發生像流動的液體那樣的「液化現象」(soil liquefaction)。又比如,反覆對地殼施加微小的力,也可能使地殼的強度下降。事實上,只要稍微改變黏土的含水量,黏土的硬度就會發生很大的變化。據此,如果向地下岩石注入含表面活性劑的水並通電,則地殼的強度、形變以及地下水的流動都會發生變化,這樣也就改變了地殼的狀態。從理論上說,這樣就有可能解除作用在地殼上的巨大壓力,或者一點一點地消除有害的能量堆積。實際上,向地下注水都可能引發微小的地震。

Earth_poster

但是,如果人為地使某地的地殼性質發生改變,會對其他地方的地殼產生影響,而且影響將逐漸擴大,最終有可能引發令人意想不到的災難性後果。所以,要想控制地震,就必須監視整個地殼狀態的變化,一邊預測一邊不斷地調整控制方法。為此,必須擁有精密監測地殼狀態、預測可能出現的變化的手段。

據說,「俄羅斯」(Росси́йская Федера́ция) 正在研究如何利用巨大的裝置誘發小地震,從而避免大地震。他們應用儲存石油的地層,在地下有意識地製造了許多微小裂紋,成功地提高了石油的抽出率。

控制地震的原理同樣可以用於控制火山爆發。為了阻止急劇的火山爆發,一定要避免火山口被硬物堵塞。最有效的辦法,或許是將海水充分注入岩漿源或火山口堵塞處,使岩漿變軟並稀釋堵塞物。由於這種方法需要大量的水,所以可首先應用於海底火山或近海火山。

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