全球地震频发,会不会是高层房屋太集中,改变了地壳的运行规律?

随着建筑以及材料技术的突破,高层以及超高层建筑越来越多,当年的摩天大楼还是国际大都市的标配,比如1930年代建成的世界第一高楼,381米高的纽约帝国大厦,但到现在,它可能要排在50名开外了。

高层建筑越来越多,不过在2021年7月6日,发改委发布了严格限制新建250米以上建筑,不得新建500米以上超高层建筑。有一个说法是,高层建筑可能与近年来频发的地震有关,理由也很简单,高层建筑增加了地壳承受的重量,改变了地壳运行规律,真的是这样吗?

全球高层建筑到底有多少?

1960年代以前超高层建筑并不多,但在这之后,由于混凝土核心加管式框架的结构体系的成熟,以及新材料与新的建筑设计出现,超高层建筑开始风靡全世界,但在全球超高层建筑分布中,亚洲独占鳌头!

全球共有144 座“超高层”建筑(300米以上),亚洲占据了116 座,其中400米以上的有26座,亚洲占了22座,600米以上的有四座,全部在亚洲比如迪拜的阿里法塔,另外还有有超过十座的600米以上高楼正在规划建设。

另外还有正在规划中的千米巨高层,吉达塔(Jeddah Tower)、天空英里塔(Sky Mile Tower)等,其中天空英里塔是东京提议修建的,高度达到1700米,如果建成,那真是要疯了!

除了这些超高层建筑以外,很多民用建筑也达到了超高层的规模,比如超高层的一般标准是建筑总高在100米以上,那么很多小区30-40层的小高层即已经达到了超高层的标准,这个数量全球就没法计算了,比如香港的高层建筑密度太高了,而东京与纽约,或者上海和北京,还有东南亚以及非洲和欧洲的新兴城市,这些建筑普遍都存在。

确实从全球城市化进程加速以后,由于城市人口数量暴涨,而无法无限扩展的城市只能向天空发展,大楼越造越高,人口密集度也越来越高,比如上海市2017年的数据,人口2400万,人口密度3830/平方千米,据不完全统计,上海市170米以上的高楼有84座。其中上海中心大厦632米,上海环球金融中心492米。

日本在180米以上的建筑总共有180座,其中大部分都在京都地区,其中东京晴空塔高度640米,是日本最高的建筑物,纽约市180米以上的建筑有129座,其中世界贸易中心一号大楼541米,中央公园塔472米。

高层建筑与地震到底有没有关系?

高层建筑假如以100米高度就为高层计算,数量确实已经多到无法统计,人类无休止的建造这些大楼,对地壳产生极大的压力,“改变了地壳运行的规律”,真会造成地震频发吗?答案是有可能,但却不会造成太大的地震!

地震究竟是怎么引起的?

一般地震有构造地震、火山地震、诱发地震和塌陷型地震以及人工地震。一般最常见的是构造型地震,占全球地震数量约90%以上,而大地震,破坏性地震基本都是构造型地震。

什么是构造地震呢?这是地壳变动超过岩层的承受极限导致断裂错位而引发的地震,一般引发构造地震的地层断裂带很长,影响面积很大,破坏性则随断裂带断裂或错位严重程度直接相关,这种类型的地震一般发生在板块边缘,比如日本,以及阿留申群岛,东南亚印尼这一圈太平洋周围的地震带。

另一种构造型地震则是在板块内部的断裂带,因为板块并非铁板,内部也会因为相互之间的运动和错动导致断裂,最终也会引发大地震甚至特大地震,比如我国的唐山大地震和汶川大地震等。

构造地震的地球的地质运动导致的,因为地球内核在高温下的熔融态,地幔物质受热对流运动,到地幔层顶后又会循环回到地幔底部,这个行为会造成多个结果,一是地幔热柱的超级火山,会引起火山地震;二是在大西洋底有一条洋中脊,这是地幔物质上升后到海洋底部冷却生成了新的地壳,它每年都在不断扩张,导致非洲欧洲和美洲正在不断远离。

这个能量也导致了板块的移动,与地幔的对流运动一起形成了板块漂移,就像破损的蛋壳漂浮在蛋液上方一样,它是会存在运动的,那么就会相互挤压变形断裂最终形成地震。

构造地震和火山地震都是地球地质运动,其他则主要是塌陷型地震,这种一般地质存在缺陷,比如空洞等受到重压后塌陷,或者喀斯特地形结构无法承受地表重量塌陷,也可能因为水库大量蓄水后引起塌陷,当然也有可能是建造高楼大厦,重量增加引起塌陷。

但塌陷型的地震级别很低,我国有记录的塌陷型地震最高是广东河源新丰江水库诱发地震,从1959年蓄水后,在水库区周围地震频度慢慢增加,于1962年3月19日发生了一次6.4级地震,震中强烈度达到了8级,这是已知最大水库地震之一。

新丰江水库构造背景,黑线为断层,三角形为台站,红色圆圈为地震。

埃及阿斯旺水库蓄水后的1981年11月在坝址西南60KM库区发生了5.6级地震,1982年同一地点又发生了5级和4.6级地震。

一般在大型水库修建以前的评估期会做地质调查,也就是利用爆红的人工地震波,然后根据其回波探测地层中是否有缺陷,评估未来是否会可能地震,当然早期修建水库并没有这一过程,但相对而言,水库诱发地震概率很低,全世界已建水库约有11000多座。但已诱发水库地震的仅91座,其中诱发破坏性水库地震则更少,共18座。

不过各位要了解一点的是高楼大厦的重量增加是万吨,比如632米的上海大厦只有80万吨,而水库蓄水则是动辄以亿吨计,与水库的大面积相比,高楼占地更小,诱发地震的概率就更低了。

因此从理论上来看,高楼诱发地震的概率是存在的,但即使发生,级别也极低,而这个时间本身就是一个极小概率事件,因此我们可以认为,高层建筑的增加与地震没有直接关系。但要是未来能建造10千米级以上的建筑,那地壳可就危险了,因为地壳承受极限大约是12千米的建筑物,这就是地球上没有超过10千米山的原因,因为自己就崩塌了。

延伸阅读:为什么要限制250米、禁止500米以上超高层建筑?

超高层建筑对一个城市的消防救援压力非常大,高层建筑人口密度高,自动化设备集中,各种井道纵横,一旦发生火灾非常难救援。

当然超高层建筑的投入建设成本也是必须考量的,这种突兀的建筑必须和城市定位匹配,不是随随便便就造一座超高层,却可能在某个8线小城,显然这有些不太现实,倒不如相对低层的建筑形成规模效应更符合城市发展。

当前很多城市也严格限制了小高层的高度,比如30-40层就超过了100米,而当前消防救援登高梯大都只能在50米以下救援,一旦发生火灾怎么办?如果配套合适的救援登高设备,那么成本可能会极高,这些反而不利于发展。