科學好故事|動物行為變化能預警地震、龍捲風等自然災害嗎?

2022年03月08日10:23

  來源:bbc

  撰文:Norman Miller

  翻譯:任天

數千年來,世界各地都有自然災害來臨前動物行為發生變化的記載。這些信號可以用來預警即將發生的災難嗎?
數千年來,世界各地都有自然災害來臨前動物行為發生變化的記載。這些信號可以用來預警即將發生的災難嗎?

  2004年,印尼附近海域發生9.1級海底地震引發了劇烈海嘯,摧毀了印度洋沿岸的許多居民區,造成12個國家至少22.5萬人死亡。之所以造成如此巨大的死亡人數,部分原因是許多社區事先沒有收到任何警告。

  當地的人工早期預警系統,如潮汐和地震傳感器等,都未能發出任何明確的警報。由於維護問題,許多傳感器甚至無法工作;與此同時,許多沿海地區都沒有設置海嘯警報系統。雜亂無序的通信也導致警告難以傳達,在受到海嘯威脅的地區,許多短信無法到達手機,或者無法讀取。

根據目擊者的描述,2004年的印度洋海嘯發生前,有大象跑向了地勢較高的地方。
根據目擊者的描述,2004年的印度洋海嘯發生前,有大象跑向了地勢較高的地方。

  然而,在高達9米的巨浪衝破海岸線之前的幾分鐘甚至幾小時內,有一些動物似乎已經感覺到了即將到來的危險,並努力逃離。根據目擊者的描述,有大象跑向高地,火烈鳥飛離了低窪的築巢區,還有狗拒絕出門。在泰國的沿海村莊Bang Koey,當地居民報告稱,在海嘯來襲的幾分鐘前,海灘邊的一群水牛突然豎起耳朵,盯著大海,然後狂奔向附近的一座山頂。

  倖存者還報告說,他們看到一些動物,比如牛、山羊、貓和鳥,在地震後不久和海嘯來臨之前,會故意往內陸移動,許多倖存者和這些動物一起狂奔,或者緊隨其後。

  在2010年蘇門答臘附近海底地震引發的海嘯中,明打威群島有近500人死亡,但根據報導,當地也有一些動物,包括大象等,做出的反應就好像它們對這一事件有某種提前瞭解。就在不久前的2022年1月份,在湯加火山爆發的前兩天,一隻被重新放生的海龜突然掉頭。

據記載,1906年舊金山地震前,出現了馬匹慌亂奔逃的現象。
據記載,1906年舊金山地震前,出現了馬匹慌亂奔逃的現象。

  事實上,直到今天,許多經常遭受自然災害的地區仍沒有早期預警系統。2017年,世界氣象組織發現,在大約100個國家中,其容易遭受自然災害的地區仍然缺乏早期預警系統。

  不過,以上關於動物在災難發生前的行為描述,已經促使一些研究人員對一種理論展開了嚴肅的科學思考。這種理論認為,動物可能具有一種內在的系統,能夠對即將到來的自然災害發出預警。這就提出了一個有趣的問題:動物能否為人類提供天然的早期預警系統?

  關於自然災害之前動物出現反常行為的最早記錄可以追溯到公元前373年,當時的希臘歷史學家修昔底德報告稱,在一場災難性的地震發生前,海利斯城(Helice)的老鼠、狗、蛇和鼬鼠等動物紛紛棄城而去。類似的事件時不時見諸史籍。1805年,在那不勒斯發生地震前幾分鐘,據說有牛、羊、狗和鵝等動物齊聲叫喚,發出警報;而在1906年的舊金山地震前,據說有馬匹慌亂狂奔。

  即使利用最先進的技術,我們也很難探測到許多即將發生的自然災害。以地震為例,只有當地震真正發生時,地震傳感器才會受到振動,給出波形。要做出可靠的預測需要前兆信號,但到目前為止,科學家們還沒有發現任何在大地震發生前會穩定出現的信號。因此,一些科學家越來越傾向於考慮更加“非傳統”的預警信號,比如動物的行為變化。

  五年前,德國一個研究小組對動物如何預測災難進行了一項最重要的研究。該研究主要是在位於意大利中部馬爾凱大區的一座農場——處於地震易發區——的不同動物,包括牛、羊和狗等的運動模式進行記錄。這一記錄過程被稱為“biologging”。在2016年10月至2017年4月期間,每隻動物佩戴的帶芯片項圈每隔幾分鐘就會向中央計算機發送一次運動數據。

  在此期間,當地官方統計記錄顯示,該地區發生了超過18000次地震,從0.4級的小地震到12次4級或以上的地震,包括具有很大破壞性的6.6級諾爾恰地震。

  研究人員發現,家畜在地震前20小時就開始改變它們的行為。當被監測的農場動物在連續45分鐘內的活動量超過平時的50%時,研究人員就預測會發生4.0級以上的地震。在8次強震中,有7次使用了這種方法進行了準確預測。

  研究結果顯示,動物離即將發生的地震震中越近,它們的行為改變就越早,動物的生理變化更頻繁地發生在即將發生地震的震中,並隨著距離的增加而減弱。

  另一項研究監測了意大利西西里島埃特納火山斜坡上的山羊活動。結果發現,這些動物似乎對埃特納火山即將爆發的時間有預感。

  在南美洲,行為生態學家也發現了類似的結果。秘魯安第斯山脈的亞納查加國家公園的運動觸發相機對當地動物的運動模式進行了生物學記錄,期間在2011年發生了7.0級的孔塔馬納地震。

2004年海嘯後,一架美國海軍直升機在印尼蘇門答臘島上空飛行。
2004年海嘯後,一架美國海軍直升機在印尼蘇門答臘島上空飛行。

  在地震前23天左右,相機捕捉到的動物數量開始減少;在地震前8天,這種減少的速度加快了,在地震前的第10天、第6天、第5天、第3天和第2天,以及地震當天,都沒有動物活動的記錄,這是非同尋常的。

  至關重要的是,研究人員還發現了可能觸發當地動物行為變化的證據。從地震前兩週開始,每2到4分鐘,當地的大氣電荷都會出現一系列強烈擾動。記錄顯示,在孔塔馬納地震發生前大約8天,出現了一次特別劇烈的擾動——正好與動物第二次從相機視野中消失的開始時間相吻合。

  現在,科學家們希望瞭解地震前大氣中的電磁擾動是否可能是地震即將來臨的預警信號,而動物們可能會感覺到這種信號。

  地震發生前會有一段時期,岩石深處會產生嚴重的應力,這種應力會導致所謂的“正電荷空穴”。這些高度移動性的電子載體可以從地殼快速流動到地球表面,在那裡電離其上方的空氣分子。在全世界範圍內,這種地震前的電離現像有大量記錄。當這些正電荷空穴流動時,它們也會產生超低頻電磁波,成為一些動物可能接收到的額外信號。

  地震前兆並沒有充分的科學記錄,但據一些科學家的推測,動物可能已經進化出一種地震逃生機制,也許它們能在地震到來之前探測到壓力波,也許它們能在岩石開始擠壓時探測到斷層線的電場變化。動物也含有大量的鐵,而鐵對磁場和電場很敏感。

  正電荷空穴也可能導致某些有毒化學物質在地震前出現。舉例來說,如果這些物質與水接觸,可能就會引發氧化反應,產生漂白劑過氧化氫。電荷載體和土壤中的有機物之間的化學反應可能會引發其他令人不快的產物,如臭氧。

  無獨有偶,在2001年印度古吉拉特邦發生7.7級地震的前幾天,衛星檢測到,在100平方公里區域內出現了一氧化碳水平激增的現象,而這一區域後來被證明是此次地震的震中。有科學家提出,隨著地震壓力的增加,岩石中壓力的累積,可能會迫使一氧化碳氣體從泥土中釋放出來。

  當然,許多動物都擁有高度發達的感覺器官,能夠讀取它們賴以生存的一系列自然信號。因此,一些動物似乎完全有可能捕捉到任何形式的地震前兆。它們或許能嗅出氣味難聞的化學物質,或者接收到低頻波,其皮毛或羽毛也可能感知到被電離的空氣。

廣西南寧地震局局長蔣維鬆手里抓著一條蛇,他認為觀察蛇的異常行為可能有助於預測地震。
廣西南寧地震局局長蔣維鬆手里抓著一條蛇,他認為觀察蛇的異常行為可能有助於預測地震。

  鑒於地震如此難以預測,以上這些發現就引出了一個問題:人類能否通過觀察動物來預測地震,並以此警告人們地震即將到來?

  在2020年的一篇論文中,基於在意大利的研究數據建立了一個使用動物活動監測點作為地震早期預警系統的原型。在地震發生點上方的農場動物能夠以某種方式感知到地震,它們會在地震發生18小時前表現出活動變化。距離震中10公里的動物將在8小時後顯示出預警信號,而再過8小時,20公里以外的農場動物也會顯示出預警信號。如果預警準確的話,這將表明未來兩小時內會發生地震。

  在動物被用來預測地震之前,研究人員還需要在世界各地不同的地震帶對它們進行更長時間、更大數量的觀察。為此,研究者正求助於國際空間站上的全球動物觀測系統Icarus,以收集全球動物的運動數據。

  Icarus是“太空輔助動物研究國際合作”(International Cooperation for Animal Research Using Space)的簡稱。這是由全球科學家在2002年發起的一項合作倡議,目標是為眾多帶標籤的小動物(如鳥類)提供一個精確的全球觀測系統,以提供地球上動物生命與其物理系統之間相互作用的數據和線索。

  與此同時,中國廣西南寧的地震局建立了一個地震預警系統,通過監測蛇的異常反應來預測可能的地震。蛇的生活範圍離地面更近,並且擁有一系列強大的感官機制,能夠探測多方面的環境細微變化。在地球上所有的生物中,蛇可能是對地震最敏感的,當地震即將發生時,即使在寒冷的冬天,蛇也會離開它們的巢穴。某種程度上,在1975年海城大地震發生前,正是蛇類和其他動物行為的突然改變促使政府疏散城市,挽救了無數的生命。

Kivi Kuaka項目為鳥類安裝了GPS追蹤器,以觀察它們對自然災害的反應。
Kivi Kuaka項目為鳥類安裝了GPS追蹤器,以觀察它們對自然災害的反應。

  地震並不是動物能夠預感到的唯一環境災害。在諸多動物中,鳥類越來越受到人們的關注,因為它們能夠探測到其他即將來臨的自然災害。

  2014年,科學家對美國的金翅蟲森鶯進行了追蹤,記錄了一個令人震驚的遷徙案例——被稱為“疏散遷徙”。這些鳥兒突然從田納西州東部坎伯蘭山脈的繁殖地起飛,飛到了700公里之外——儘管它們剛從南美洲飛行5000公里來到此地。在它們離開後不久,80多個可怕的龍捲風襲擊了該地區,導致35人死亡,造成超過10億美元的損失。

  這其中的暗示似乎很明確——這些金翅蟲森鶯不知何故感知到了400多公里以外的龍捲風。科學家最初推測,它們可能是感覺到了次聲,這種低頻的背景聲人類聽不到,但卻充斥於整個自然環境中。

  幾十年來,氣象學家和物理學家已經知道,龍捲風風暴會產生非常強烈的次聲,可以從風暴中心向外傳播數千公里,鳥類可能已經很好地適應了強烈風暴的次聲波頻率。

  科學家認為,對次聲變化的探測能力也使候鳥能夠在廣闊大洋上躲避風暴。在太平洋進行的Kivi Kuaka項目研究中,研究人員對這一想法進行了驗證。

Kivi Kuaka項目正在追蹤鳥類的活動,以瞭解它們的行為變化是否可以作為對海嘯等災害的預警。
Kivi Kuaka項目正在追蹤鳥類的活動,以瞭解它們的行為變化是否可以作為對海嘯等災害的預警。

  有趣的是,這項研究受到了一個廣播節目的啟發,當時法國海軍軍官傑羅姆·夏爾頓聽到了一個有關斑尾塍鷸的故事:每一年,這種鳥都會在新西蘭和阿拉斯加之間遷徙14000公里。作為一名經驗豐富的東南亞和法屬波利尼西亞救援行動協調員,夏爾頓深知這趟旅程的艱險。猛烈的風暴頻繁地襲擊太平洋及其孤立島嶼的社區,給當地居民帶來嚴重災害。那麼,在斑尾塍鷸每年的旅程中,它們是如何避開這些無處不在的暴風雨災害呢?

  Kivi Kuaka項目開始於2021年1月,法國國家自然歷史博物館的一個團隊為屬於5個物種的56隻鳥類安裝了全球定位系統(GPS)追蹤器,以追蹤它們穿越大洋的路線。國際空間站負責在這些鳥飛行時接收信號,並觀察它們如何應對飛行途中的自然災害。這些鳥類身上的標籤還可以收集氣象數據,用來幫助改善太平洋海區的氣候模型和天氣預報。

  Kivi Kuaka項目還將研究鳥類行為能否對更不常見的危險發出預警,比如海嘯。眾所周知,海嘯會產生獨特的次聲模式,先於實際的海浪出現。該項目旨在測試鳥類對颱風或海嘯預警系統的可能貢獻。目前,研究團隊正在提取杓鷸身上的GPS標籤,以檢測它們是否對最近湯加火山爆發幾小時後的次聲波產生了反應,法國的氣象氣球在太平洋上記錄下了這些次聲波。

  次聲或許也能為人類提供預警,鳥類有可能感知到次聲的變化。目前,研究人員正在觀察信天翁是否表現出對高次聲或低次聲區域的偏好,但相關的分析還沒有完成。

  不過,並非所有專家都認為動物早期預警系統是預測自然災害的可行選擇。另一方面,即使它們確實有所幫助,但僅靠動物的活動也不太可能提供足夠的信息。我們需要將各種早期預警信號綜合起來,才能全面瞭解自然災害發生的情況。

  我們可能還不能和動物對話,但或許是時候對它們投以更多的關注了。

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