将损害防患于未然
9月20日，一场震级7.1级的强烈地震袭击了墨西哥首都。约有230人死亡，然而，大多数人并非死于最初的地面震动——与许多其他地震一样，这次地震中倒塌的建筑才是主要致命因素。
地震发生时，地壳巨大板块移动释放的能量会产生强大的力量，并向数百公里外扩散。当建筑物底部因地震力量而摇晃或猛然移动时，建筑物顶部与底部之间的差异会给支撑结构的材料带来新的应力和应变，导致材料断裂。
过去几十年来，新设计和新材料让墨西哥城及其他地区的建筑在工程上更能抵御地震带来的力量，但仍远非万无一失。研究人员正在开发新技术，确保未来的建筑结构更能避免倒塌。事实上，他们或许能够在地震发生前预测甚至阻止地震。不过，在实现这一点之前，我们需要了解现有建筑结构如何运作（以及为何会失效）。
安德鲁·惠特克是布法罗大学土木工程教授。他指出，地震中的建筑就像一个人站在由滚轮支撑的木板上。如果有人移动滚轮，底部就无法继续支撑上方的重量，可能导致人摔倒。一般来说，建筑越高，底部和顶部所受力量的差异就越大，材料断裂的可能性也越高。
托马斯·希顿指出，这就是为什么地震带的许多城市都曾限制建筑物的楼层数。托马斯·希顿是加州理工学院地球物理学与土木工程教授。
当然，有些材料比其他材料更能承受这种变化的能量。木材的表现出奇地好——希顿告诉 Futurism：“从某种意义上说，木材是理想材料，因为相对于其结构刚度和强度而言，它极其轻质。”混凝土通常是一种脆性材料，但加入钢筋后，在受到横向摇晃时就会变得更有弹性。其他材料的表现则差得多：土坯建筑（数百万座土坯建筑在2015年尼泊尔地震中被毁）以及砌体结构（以砖或石建造、用砂浆粘合的结构）。
结构设计也会使地震能量集中或消散。房屋框架采用工程木材，例如层压木材。横向受力墙支撑着梁，这些墙的设计目标是在地震压力下倒塌；梁与墙之间则通过金属支撑件连接，这些支撑件会在震动时松动。整栋房屋牢牢固定在地基上，防止地震时滑脱。许多现代摩天大楼在地震中的表现出奇地好，因为强风产生的力量要求建筑具有柔韧性。旧建筑可以通过改造采用如今更安全的技术，但有时这比直接新建更昂贵。
最能抵御地震的结构会是没有窗户的混凝土建筑，这类建筑在大多数建筑师眼中恐怕都很难看。希顿说：“当我看到人们认为漂亮的建筑——开阔通透、满是窗户——我看到的只是即将出现的被压碎的人体。”
一些较新、技术更先进的建筑采用了一种称为基础隔震的技术。在建筑地基附近安装橡胶装置，吸收地震能量，避免能量在框架中扩散。惠特克说：“你可以把它想成放大到建筑尺度的机动车减震器。”基础隔震仍然成本高昂，因此主要用于容纳大量人员或在紧急情况下至关重要的建筑，例如医院和机场。
苹果园区2号楼是这家科技公司的新园区建筑，最近成为全球最大的基础隔震建筑。
一座摇晃的城市
过去一个世纪里，工程师和建筑师已经学到许多关于如何让建筑结构更能抵御地震的知识。
但知识增多并不能万无一失地防止损害。墨西哥城最近发生的地震令人遗憾地再次提醒了这一点。
墨西哥城的地震成为警示案例，这远非首次——1985年那场臭名昭著的地震造成1万人死亡、3万人受伤。墨西哥位于两块构造板块之间，是全球地震活动最频繁的国家之一。墨西哥城本身建在古老的湖床上，且正在持续下沉。一位地质学家最近告诉BuzzFeed，当地松软的土壤像布丁一样，因此地震时比坚硬岩石更容易晃动，可能导致更多建筑倒塌。
部分危险源于当地最常见的建筑类型。加州理工学院机械工程与土木工程教授多姆尼基·阿西马基告诉 Futurism：“墨西哥城有很多建筑是非延性结构。从（灾后）照片中可以看到，梁、柱和连接处都已经散开。”多姆尼基·阿西马基是加州理工学院机械工程与土木工程教授，她向 Futurism 如此表示。
惠特克指出，墨西哥拥有优秀的工程师，也制定了合适的建筑规范。但墨西哥城的大多数建筑都比较老旧，按照不同标准建造，如今可能构成危险。密歇根大学土木与环境工程副教授杰森·麦考密克告诉 Futurism：“大多数现代建筑和现代规范都能很好地承受地震荷载。问题在于那些按照旧规范或旧假设建造的老建筑……它们未必是为承受同样的力量而设计的。”杰森·麦考密克是密歇根大学土木与环境工程副教授，他向 Futurism 如此表示。
最近这次地震中，仍有太多建筑没有做好准备。据《纽约时报》报道，墨西哥城只是运气好，地震强度没有更大。
准备更充分的未来
如今建造建筑时，可以使用人类有史以来最先进的抗震技术。但工程师们决心让未来变得更好。
新材料或许能让建筑更好地应对未来的地震。麦考密克正在研发聚合物泡沫或金属泡沫，这些材料目前用于航空航天领域；若将其扩大应用，就能装入结构构件之间的接合处，以吸收能量并防止严重损坏。他还在研究形状记忆合金，这种合金不仅能吸收能量，还能让地震中偏离原位的建筑重新回正，从而减少维修需求。另一些研究人员正在开发自修复材料——混凝土中的胶囊可修复地震造成的建筑框架或地基裂缝。
还有一些研究人员正在开发能够根据所受力量改变刚度的材料。阿西马基说，这些材料由电路控制，并用于框架材料之间的接合处；地震时它们可以变软，从而吸收涌入建筑的能量，防止结构受损。若建筑底部和高度方向都装有传感器，也能以类似方式消散地震能量。
但问题在于，惠特克指出，建筑行业出了名地变革缓慢。如今研发出的任何材料都必须先经过建筑主管部门审查，再纳入建筑规范。这意味着这些新材料可能要过几十年才能投入使用。在一些地震风险最高的地区，人们的某种自满情绪又加剧了这种迟缓。例如，加利福尼亚自1994年洛杉矶北岭地震以来就没有发生过强震；甚至可以说，自1906年那场强烈地震几乎摧毁旧金山以来，就再没有发生过。阿西马基说：“即便在加州，我这一代人也没见过大地震，我的父母也没有。我们对这些事情没有记忆。”
因此，这些地区的居民或许满足于最低限度的抗震准备，而不是呼吁采用更好的技术，或要求自己的住宅针对迫近的威胁进行更安全的工程设计。强震来临时尤其如此。希顿说：“我确信，我们确实知道如何建造能够经受最强烈地震摇晃的结构，但我们目前并没有这样做。事情太平静了。人们忙着赚钱，没有真正投入必要资源，以应用我们过去20到30年学到的经验。”
未来几十年里，研究人员或许能实现他们多年来努力追求的一项工程成就：预测地震。尽管加利福尼亚和日本等地已经有地震预警系统，但这些系统最多只能给人们一分钟时间寻找安全地点。未来的系统或许会更有效，为人们争取更多时间。阿西马基指出，要真正了解地震的本质及其中涉及的混乱力量，地震学家需要更多数据，包括卫星采集的地面微小移动数据，以及地球深处传感器收集的信息；这些实验成本高昂，资源需求巨大，任何单一研究团队都难以承担。
阿西马基推测，下个世纪的城市设计将把地震危险纳入考量。地震来袭前，电力、电话线路、交通信号灯和交通系统都将自动关闭。这或许能防止它们造成进一步损害，因为电线和燃气管道破裂是地震后城市火灾频发的主要原因之一。
更遥远的未来，我们或许能够在地震能量造成破坏性断裂之前将其消散。我们可以利用液体压力引发一场较小且可控的地震，就像我们已经在水力压裂过程中意外地这样做，以及美国国家航空航天局曾提议这样做以消除黄石公园下方巨大的火山。阿西马基说：“那肯定还很遥远，但并非不可能。”
至于墨西哥最近这场地震，工程师和地震学家会从中吸取教训。弄清楚具体能学到什么需要时间。令人惊讶的是，地震对我们来说仍然如此神秘。希顿说：“世界上最重大的未解物理学问题之一，就是地震究竟如何发生。”每一次新地震，无论是否具有破坏性，都让人类离理解地震更近一步。
