在南加利福尼亚州，地球的构造板块相互碰撞，每174秒地面就会震动一次。根据一项新的地震数据分析，这相当于每天发生495次地震，该分析分离出了这个以地震频繁而闻名的地区中最微弱的可测量震动。
本周发表在《科学》杂志上的新研究，在过去十年中，南加利福尼亚州的总地震事件目录中增加了近两百万次地震。尽管新发现的地震人类无法感知，但这些发现有助于填补地震记录中的空白，从而揭示导致可怕的“大地震”的地球物理过程。
科学家们长期以来一直明白，地震的数量随着强度的减小而增加。但是，编目那些微小的震动很棘手。它们的信号通常隐藏在地震仪拾取的普通噪声中——包括建筑、过往火车甚至空中交通引起的震动。这意味着大多数地震长期以来一直对科学界隐藏。
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但是，15年前，科学家们注意到一种模式，使他们能够找到这些隐藏的地震：如果两次地震起源于同一地点，那么从单个地震仪的角度来看，它们的地震波形状几乎相同。如果一个波形呈锯齿形，另一个也会跟随——即使它们的震级差异很大。而这才是关键：如果一个人知道地震的精确波形，就更容易在噪声中找到它。这意味着大地震的信号可以用来识别沿同一路径传播的其他更微小的震动。
然而，这种方法在计算上是密集的，因此在过去，科学家们只尝试在跨越数天或数周的相对较小的数据集上使用它。但这并没有阻止加州理工学院的科学家扎卡里·罗斯和他的同事们。该团队有一个更高的目标：他们想搜索南加州地震台网的档案——其中包括来自500个台站的数据，这些台站持续监测地面超过10年——以寻找以前被忽视的地震。广泛的搜索花费了90天的计算时间。到最后，该团队确定了2008年至2017年间发生的近两百万次额外地震——比原始目录增加了十倍。“单凭这一点可能并没有那么令人兴奋，但是[研究作者]证明了那些额外检测到的非常小的地震如何确实告诉我们更多关于断层如何运作的信息，”加州大学伯克利分校的地球物理学家罗兰·伯格曼说，他没有参与这项新研究。“这使它成为一项漂亮的研究。”
首先，罗斯和他的同事们发现了一些在时间和空间上聚集在一起的地震。“一切似乎都在某种程度上相关，”罗斯说。以2010年复活节星期日发生的埃尔马约尔-库卡帕地震为例：震动起源于墨西哥北部，但在南加利福尼亚州引发了一系列较小的震动——有些震动距离初始地震的震中高达275公里。众所周知，大地震会引发较小的地震，称为余震，事实上，科学家们已经发现了与2010年事件相关的此类余震——但距离没有这么远。因此，伯格曼说，这项新研究扩展了已知的地震范围，并阐明了这种触发是如何运作的。在地震震中附近，余震是由地壳重组产生的额外应力引起的。但离震中较远的地方，余震是由震动本身引起的。因此，研究结果表明，后者可能比以前预期的发挥更重要的作用——这是一个至关重要的发现，将有助于科学家们更好地预测未来各种断层发生余震的可能性。如果这些断层包含释放灾难性事件的潜力，那么余震只会帮助断层为大地震做好准备。因此，更好的预测可以帮助拯救生命。
该团队还揭示了许多微小的预震——这是一个同样重要的发现，因为科学家们还不了解地震如何发生的细节。科学家们提出的一个想法是，断层的一小部分开始缓慢滑动，然后加速——这会产生一系列震动，这些震动随着时间的推移逐渐增强，并在主震中达到顶峰。另一种想法是，一条断层中的微小破裂会产生一系列沿着该断层（或多个相互连接的断层）传播的震动级联，就像一组多米诺骨牌一样，一个事件触发下一个事件，依此类推，直到主震事件突然释放。
由于缺乏关于预震的更好数据，很难确定哪种假设是正确的，因此新结果可能是一个改变游戏规则的因素。例如，在2012年加利福尼亚州发生的布劳利地震群中，三天内有10次震级大于4.0的地震袭击了沙漠。尽管当时它们似乎突然发生，但罗斯和他的同事们能够证明，发作过程更为渐进，几次小地震先于大地震发生。洛斯阿拉莫斯国家实验室的合著者丹尼尔·特鲁格曼说，这暗示地震群可能是由第一种情况（即，缓慢蠕变）引起的。
尽管特鲁格曼指出，该研究从预震如何工作方面收集到的线索远非明确，但他相信新的数据集将使科学家们能够更好地了解究竟是什么将地震推向高速运转。这可能有一天会帮助科学家预测地震。“如果我们真的可以预测下一次大地震何时发生，我们就成功了——那是地震灾害分析中的圣杯，”特鲁格曼说。“我绝对不会说我们已经达到了目标，但这正是这种类型的工作有望推动我们前进。”
斯坦福大学地震学家格雷格·贝罗扎（他没有参与这项研究）怀疑，无论如何，最有趣的发现尚未到来。他很高兴仔细研究新的目录，寻找尚未知的现象——而且应该有很多。“这就像一台新的望远镜问世，它的放大倍数提高了10倍，”伯格曼说。“突然之间，我们看到了所有以前没有看到的星星和行星。”