为房子钻几个“防震孔洞”

地震是非常普遍而又破坏力极强的地质灾害。对于身处活动断裂带附近居住的人们，地震就像一枚“不定时炸弹”，时刻牵动着他们的神经。2008年汶川地震、2013年雅安地震造成了无数房倒人亡的悲剧，2011年日本福岛地震引起的核泄漏事件更是将人们对地震的恐惧推向了顶点。

地震造成的伤亡或财产损失很大比例是由于建筑物倒塌而导致的，由此人类只能通过不断提高建筑物的抗震等级，从而来抵御震灾。目前城市中大部分建筑物抗震等级已经提高到八级，但是一些偏远地区的建筑物往往比较脆弱，何况遇到震级更大的地震该怎么办呢？

不用担心，法国科学家正在利用如今热门的“超材料”结构，打造一种可以用于抗震的孔洞，以保护地震中建筑物的安全。

用抗震“孔洞”保护建筑物

地震是地球内部能量大规模的释放过程，这种能量的释放是以地震波的形式来体现的。地震波中的纵波使地面发生上下颠簸振动，破坏性较弱；横波使建筑物前后左右晃动，破坏性较强。这两种波都是由地下的震源发出，从地下向地表传播。当两种波在地表混合后会形成混合波即面波，它的破坏性最强，也是造成建筑物强烈破坏的主要因素。

既然地震最主要是通过面波来搞破坏，那么是否可以通过某种手段抵消或减弱面波？这便是抗震“孔洞”设想的由来（我们后面所讲的地震波也特指面波）。法国马赛菲涅尔研究所的科学家发现，通过在地面精确地钻孔（所谓钻孔，就是打井），可以转移地震波，让地震波绕开建筑物。人们不禁要问，为什么简单的地面钻孔就可以使地震波“绕道而行”呢？科学家怎么会想到通过用简单的打井便期望能够阻止地震的破坏呢？其灵感来源还要从隐身衣说起。

来自新型“超材料”的启示

不用再羡慕哈利・波特的隐形斗篷和007电影《择日而亡》中邦德的隐身汽车了，因为或许某一天你也可以轻松买到哦。人之所以能看到物体是因为物体阻挡了光波通过，被阻挡的光波反射到了人的眼睛里就会成像。如果将某种材料涂在物体表面，使被阻挡的光波绕物体而行，光线便像没有被阻挡一样。在人看来，物体就变得不存在了，从而实现了视觉隐形。

不久前，伦敦帝国理工学院的研究者用玻璃纤维上排列的C形铜片作为“超材料”来实现对微波隐形。当微波射向这个圆圈时会发生弯曲偏转，由于微波并没有被物体反射回来，只是被扭曲之后继续前进，因此专门用来探测微波的仪器检测不到微波，可以说物体已经在这个检测仪器面前“隐形”了。这是目前人类第一次真正意义上实现的“隐形”。

既然我们能让光波绕过物体，当然也能让地震波绕过建筑物，一种特殊的“超材料”就具有这种本领。“超材料”如今是一个方兴未艾的热门研究领域，科学家通过在材料的关键物理尺度上进行精确设计，可以突破某些自然规律的限制，从而获得超常材料功能。其实，“超材料”在成分上并没有什么特别之处，它们的奇特性质源于其精密的几何结构以及尺寸大小。

基于“超材料”的原理，菲涅尔研究所的科学家们突发奇想，试图通过精密钻孔、布孔来模拟“超材料”结构，将大地做成一个巨大的“超材料”。当地震波遇到这种超材料结构后，就会发生折射，偏转方向，绕过建筑物。

根据“超材料”的实际结构以及地震波波长范围，经过计算机模拟计算，科学家得出结论：这些孔应该直径30厘米，孔与孔之间距离1.73米。由于面波只在地表传播，每个孔最大深度只需5米。地面钻孔后，便是对地震波的传播介质造成了突变，凡是钻孔处都可以对到达此处的地震波发生影响，改变其折射方向。通过对钻孔位置的精确布置，折射后的地震波相互接触后产生干涉现象，最终得以相互抵消。就这样，通过地面钻孔，地震波就被大规模消除了，而震区的建筑物也就不会遭到破坏啦！

类似的方法已经被成功的用来阻挡声波。虽然地震波和声波都是由于震动产生的，都属于弹性波，但是科学家说，土地有其复杂性，要取决于很多其他的不确定因素，比如天气状况等。这些原因使得地震“超材料”模型变的更加复杂。

未来城市周围的“孔洞”

菲涅尔研究所的科研团队选择了法国阿尔卑斯山脚下格勒诺布尔附近的一个站点，他们仔细分析了天气状况，选择了连续晴朗的三天，来做这个实验。

地震波是通过震源处的震动产生的，并且每次地震的地震波频率都不尽相同。实验开始后，首先在地面安装一个叫做“震动探针”的震动装置，令其以每秒50次的频率振动地面，用来模拟地震波，并且将这种波在原始土地中的传播状况进行检测和记录。然后，再按照先前计算机模拟的结果，精确钻三行5米深的孔，再次监测记录“震动探针”释放的地震波。两次监测结果比对后和地震“超材料”模型预测的一样，大部分地震波都可以被钻孔折射后抵消，只有剩下的20%被监测器记录了下来。

但这种“超材料”模型还非常简单粗糙，只能对付特定频率的地震波。既然我们的目的是阻止地震，那么制造出的“超材料”必须能够应对各种频率的地震波。科研团队的下一个实验将会有一个飞跃，在实验基地，他们将诱发一个里氏6.0级的人工地震，地震波震动频率设定在每秒2～12次之间。这次实验将检验是否“超材料”可以保护直径200米范围内的某特定区域，使此地建筑物能够大规模减轻受到来自此地震的破坏。

在地震活跃的区域，如果有这样的“抗震孔洞”，将会把地震灾害降到最低。值得一提的是，目前这样技术也应用在对海啸控制的研究当中了，用类似地面钻孔那样的排列方式将一根根圆木在海面排列起来，达到消波的目的。一旦这种“超材料”被应用于实际，你可以尽情想象：在城市周围的地面上，由一排排的孔洞作为点缀；在距离海岸线200米的海面上，一根根排列有序的木头起起伏伏……这种场景一定很有趣且壮观吧。