科学好故事|动物行为变化能预警地震、龙卷风等自然灾害吗？

来源：bbc

撰文：Norman Miller

翻译：任天

2004年，印度尼西亚附近海域发生9.1级海底地震引发了剧烈海啸，摧毁了印度洋沿岸的许多居民区，造成12个国家至少22.5万人死亡。之所以造成如此巨大的死亡人数，部分原因是许多社区事先没有收到任何警告。

当地的人工早期预警系统，如潮汐和地震传感器等，都未能发出任何明确的警报。由于维护问题，许多传感器甚至无法工作；与此同时，许多沿海地区都没有设置海啸警报系统。杂乱无序的通信也导致警告难以传达，在受到海啸威胁的地区，许多短信无法到达手机，或者无法读取。

然而，在高达9米的巨浪冲破海岸线之前的几分钟甚至几小时内，有一些动物似乎已经感觉到了即将到来的危险，并努力逃离。根据目击者的描述，有大象跑向高地，火烈鸟飞离了低洼的筑巢区，还有狗拒绝出门。在泰国的沿海村庄Bang Koey，当地居民报告称，在海啸来袭的几分钟前，海滩边的一群水牛突然竖起耳朵，盯着大海，然后狂奔向附近的一座山顶。

幸存者还报告说，他们看到一些动物，比如牛、山羊、猫和鸟，在地震后不久和海啸来临之前，会故意往内陆移动，许多幸存者和这些动物一起狂奔，或者紧随其后。

在2010年苏门答腊附近海底地震引发的海啸中，明打威群岛有近500人死亡，但根据报道，当地也有一些动物，包括大象等，做出的反应就好像它们对这一事件有某种提前了解。就在不久前的2022年1月份，在汤加火山爆发的前两天，一只被重新放生的海龟突然掉头。

事实上，直到今天，许多经常遭受自然灾害的地区仍没有早期预警系统。2017年，世界气象组织发现，在大约100个国家中，其容易遭受自然灾害的地区仍然缺乏早期预警系统。

不过，以上关于动物在灾难发生前的行为描述，已经促使一些研究人员对一种理论展开了严肃的科学思考。这种理论认为，动物可能具有一种内在的系统，能够对即将到来的自然灾害发出预警。这就提出了一个有趣的问题：动物能否为人类提供天然的早期预警系统？

关于自然灾害之前动物出现反常行为的最早记录可以追溯到公元前373年，当时的希腊历史学家修昔底德报告称，在一场灾难性的地震发生前，海利斯城（Helice）的老鼠、狗、蛇和鼬鼠等动物纷纷弃城而去。类似的事件时不时见诸史籍。1805年，在那不勒斯发生地震前几分钟，据说有牛、羊、狗和鹅等动物齐声叫唤，发出警报；而在1906年的旧金山地震前，据说有马匹慌乱狂奔。

即使利用最先进的技术，我们也很难探测到许多即将发生的自然灾害。以地震为例，只有当地震真正发生时，地震传感器才会受到振动，给出波形。要做出可靠的预测需要前兆信号，但到目前为止，科学家们还没有发现任何在大地震发生前会稳定出现的信号。因此，一些科学家越来越倾向于考虑更加“非传统”的预警信号，比如动物的行为变化。

五年前，德国一个研究小组对动物如何预测灾难进行了一项最重要的研究。该研究主要是在位于意大利中部马尔凯大区的一座农场——处于地震易发区——的不同动物，包括牛、羊和狗等的运动模式进行记录。这一记录过程被称为“biologging”。在2016年10月至2017年4月期间，每只动物佩戴的带芯片项圈每隔几分钟就会向中央计算机发送一次运动数据。

在此期间，当地官方统计记录显示，该地区发生了超过18000次地震，从0.4级的小地震到12次4级或以上的地震，包括具有很大破坏性的6.6级诺尔恰地震。

研究人员发现，家畜在地震前20小时就开始改变它们的行为。当被监测的农场动物在连续45分钟内的活动量超过平时的50%时，研究人员就预测会发生4.0级以上的地震。在8次强震中，有7次使用了这种方法进行了准确预测。

研究结果显示，动物离即将发生的地震震中越近，它们的行为改变就越早，动物的生理变化更频繁地发生在即将发生地震的震中，并随着距离的增加而减弱。

另一项研究监测了意大利西西里岛埃特纳火山斜坡上的山羊活动。结果发现，这些动物似乎对埃特纳火山即将爆发的时间有预感。

在南美洲，行为生态学家也发现了类似的结果。秘鲁安第斯山脉的亚纳查加国家公园的运动触发相机对当地动物的运动模式进行了生物学记录，期间在2011年发生了7.0级的孔塔马纳地震。

在地震前23天左右，相机捕捉到的动物数量开始减少；在地震前8天，这种减少的速度加快了，在地震前的第10天、第6天、第5天、第3天和第2天，以及地震当天，都没有动物活动的记录，这是非同寻常的。

至关重要的是，研究人员还发现了可能触发当地动物行为变化的证据。从地震前两周开始，每2到4分钟，当地的大气电荷都会出现一系列强烈扰动。记录显示，在孔塔马纳地震发生前大约8天，出现了一次特别剧烈的扰动——正好与动物第二次从相机视野中消失的开始时间相吻合。

现在，科学家们希望了解地震前大气中的电磁扰动是否可能是地震即将来临的预警信号，而动物们可能会感觉到这种信号。

地震发生前会有一段时期，岩石深处会产生严重的应力，这种应力会导致所谓的“正电荷空穴”。这些高度移动性的电子载体可以从地壳快速流动到地球表面，在那里电离其上方的空气分子。在全世界范围内，这种地震前的电离现象有大量记录。当这些正电荷空穴流动时，它们也会产生超低频电磁波，成为一些动物可能接收到的额外信号。

地震前兆并没有充分的科学记录，但据一些科学家的推测，动物可能已经进化出一种地震逃生机制，也许它们能在地震到来之前探测到压力波，也许它们能在岩石开始挤压时探测到断层线的电场变化。动物也含有大量的铁，而铁对磁场和电场很敏感。

正电荷空穴也可能导致某些有毒化学物质在地震前出现。举例来说，如果这些物质与水接触，可能就会引发氧化反应，产生漂白剂过氧化氢。电荷载体和土壤中的有机物之间的化学反应可能会引发其他令人不快的产物，如臭氧。

无独有偶，在2001年印度古吉拉特邦发生7.7级地震的前几天，卫星检测到，在100平方公里区域内出现了一氧化碳水平激增的现象，而这一区域后来被证明是此次地震的震中。有科学家提出，随着地震压力的增加，岩石中压力的累积，可能会迫使一氧化碳气体从泥土中释放出来。

当然，许多动物都拥有高度发达的感觉器官，能够读取它们赖以生存的一系列自然信号。因此，一些动物似乎完全有可能捕捉到任何形式的地震前兆。它们或许能嗅出气味难闻的化学物质，或者接收到低频波，其皮毛或羽毛也可能感知到被电离的空气。

鉴于地震如此难以预测，以上这些发现就引出了一个问题：人类能否通过观察动物来预测地震，并以此警告人们地震即将到来？

在2020年的一篇论文中，基于在意大利的研究数据建立了一个使用动物活动监测点作为地震早期预警系统的原型。在地震发生点上方的农场动物能够以某种方式感知到地震，它们会在地震发生18小时前表现出活动变化。距离震中10公里的动物将在8小时后显示出预警信号，而再过8小时，20公里以外的农场动物也会显示出预警信号。如果预警准确的话，这将表明未来两小时内会发生地震。

在动物被用来预测地震之前，研究人员还需要在世界各地不同的地震带对它们进行更长时间、更大数量的观察。为此，研究者正求助于国际空间站上的全球动物观测系统Icarus，以收集全球动物的运动数据。

Icarus是“太空辅助动物研究国际合作”（International Cooperation for Animal Research Using Space）的简称。这是由全球科学家在2002年发起的一项合作倡议，目标是为众多带标签的小动物（如鸟类）提供一个精确的全球观测系统，以提供地球上动物生命与其物理系统之间相互作用的数据和线索。

与此同时，中国广西南宁的地震局建立了一个地震预警系统，通过监测蛇的异常反应来预测可能的地震。蛇的生活范围离地面更近，并且拥有一系列强大的感官机制，能够探测多方面的环境细微变化。在地球上所有的生物中，蛇可能是对地震最敏感的，当地震即将发生时，即使在寒冷的冬天，蛇也会离开它们的巢穴。某种程度上，在1975年海城大地震发生前，正是蛇类和其他动物行为的突然改变促使政府疏散城市，挽救了无数的生命。

地震并不是动物能够预感到的唯一环境灾害。在诸多动物中，鸟类越来越受到人们的关注，因为它们能够探测到其他即将来临的自然灾害。

2014年，科学家对美国的金翅虫森莺进行了追踪，记录了一个令人震惊的迁徙案例——被称为“疏散迁徙”。这些鸟儿突然从田纳西州东部坎伯兰山脉的繁殖地起飞，飞到了700公里之外——尽管它们刚从南美洲飞行5000公里来到此地。在它们离开后不久，80多个可怕的龙卷风袭击了该地区，导致35人死亡，造成超过10亿美元的损失。

这其中的暗示似乎很明确——这些金翅虫森莺不知何故感知到了400多公里以外的龙卷风。科学家最初推测，它们可能是感觉到了次声，这种低频的背景声人类听不到，但却充斥于整个自然环境中。

几十年来，气象学家和物理学家已经知道，龙卷风风暴会产生非常强烈的次声，可以从风暴中心向外传播数千公里，鸟类可能已经很好地适应了强烈风暴的次声波频率。

科学家认为，对次声变化的探测能力也使候鸟能够在广阔大洋上躲避风暴。在太平洋进行的Kivi Kuaka项目研究中，研究人员对这一想法进行了验证。

有趣的是，这项研究受到了一个广播节目的启发，当时法国海军军官杰罗姆·夏尔顿听到了一个有关斑尾塍鹬的故事：每一年，这种鸟都会在新西兰和阿拉斯加之间迁徙14000公里。作为一名经验丰富的东南亚和法属波利尼西亚救援行动协调员，夏尔顿深知这趟旅程的艰险。猛烈的风暴频繁地袭击太平洋及其孤立岛屿的社区，给当地居民带来严重灾害。那么，在斑尾塍鹬每年的旅程中，它们是如何避开这些无处不在的暴风雨灾害呢？

Kivi Kuaka项目开始于2021年1月，法国国家自然历史博物馆的一个团队为属于5个物种的56只鸟类安装了全球定位系统（GPS）追踪器，以追踪它们穿越大洋的路线。国际空间站负责在这些鸟飞行时接收信号，并观察它们如何应对飞行途中的自然灾害。这些鸟类身上的标签还可以收集气象数据，用来帮助改善太平洋海区的气候模型和天气预报。

Kivi Kuaka项目还将研究鸟类行为能否对更不常见的危险发出预警，比如海啸。众所周知，海啸会产生独特的次声模式，先于实际的海浪出现。该项目旨在测试鸟类对台风或海啸预警系统的可能贡献。目前，研究团队正在提取杓鹬身上的GPS标签，以检测它们是否对最近汤加火山爆发几小时后的次声波产生了反应，法国的气象气球在太平洋上记录下了这些次声波。

次声或许也能为人类提供预警，鸟类有可能感知到次声的变化。目前，研究人员正在观察信天翁是否表现出对高次声或低次声区域的偏好，但相关的分析还没有完成。

不过，并非所有专家都认为动物早期预警系统是预测自然灾害的可行选择。另一方面，即使它们确实有所帮助，但仅靠动物的活动也不太可能提供足够的信息。我们需要将各种早期预警信号综合起来，才能全面了解自然灾害发生的情况。

我们可能还不能和动物对话，但或许是时候对它们投以更多的关注了。