本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
1946年7月25日，美国在历史上引爆了第一枚水下核武器——代号“贝克”——地点位于比基尼环礁。爆炸产生了一个气泡，冲击水面，产生了一个超音速冲击波，冲击波向外扩散，压碎了附近目标舰船的船体。全球地震台站观测到了这次试验的地震波，人们意识到这些波可以用来探测并可能识别核爆炸。
图1. 1946年7月25日水下“贝克”核爆炸的照片，显示了爆炸的第二次冲击波形成的白色水汽球体（公共领域图像）。
美国还进行了第一次完全地下爆炸——代号“雷尼尔”——被大约50个地震台站探测到；然而，它在一定程度上与“正常”地震相混淆。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保未来能够持续讲述关于发现和塑造我们今天世界观点的具有影响力的故事。
随着1958年核武器（好吧，算是吧...）试验的禁止，建立一个有效的全球监测系统变得必要。三年后，世界标准地震台网 (WWSSN) 的建立工作开始，到 1966 年，几乎有 112 个台站在“维拉”监测项目中工作。“维拉”项目提供了大量的补充地震数据，用于回答三个问题：地震事件发生在何处？事件的来源类型（人工的还是自然的）是什么？事件的规模有多大？
“越来越明显的是，具有重要规模的原子武器试验不可能在地下或外太空被掩盖。12 月在卡尔斯巴德附近新墨西哥州的一个地下盐穴中进行的五千吨核爆炸，被远至东京、纽约、瑞典乌普萨拉和芬兰索丹基拉的地震仪清晰地记录下来。地震仪记录包括‘初动’的轨迹，这被认为是区分地震和地下爆炸的关键。”
天然地震的特征显示出明显的模式：地震仪首先会检测到纵波和横波，随后是更具破坏性的面波或瑞利波。
地震纵波是压缩波，类似于空气中的声波。横波或剪切波（S波）是横向波，就像沿着绳索传播的波。突然的爆炸会产生一个向各个方向传播的压缩波“球体”。相比之下，地震是由岩石沿着断裂滑动引起的，它将产生集中在一定方向的剪切波。因此，爆炸将显示出强烈的、突然的纵波信号，所有位于爆炸周围的地震仪都记录到类似的信号。地震将显示出更复杂的模式，取决于地震仪的位置，其特征是强烈的横波和瑞利波。
此外，地下爆炸不会像天然地震那样产生非常强的面波。
图2. 人工爆破和天然地震的纵波（P；压缩波）、横波（S；剪切波）和瑞利波（R；面波）相位的示意地震图。
由于每次原子爆炸都会产生独特的模式，与天然地震截然不同，因此地震学是控制核试验禁令和监督仍在试验原子武器的国家的可靠工具。
从核爆炸地震图中恢复的信息也可以应用于法医地震学，以研究常用炸药的爆炸。近年来最引人注目的案例包括1995年俄克拉荷马城爆炸案的重建（参见HOLZER 在 2002 年 AGU 会议上的摘要）和2000年俄罗斯潜艇“库尔斯克”号爆炸事件的调查（参见 KOPER 等人，2001 年；博客“About.com 地质学” 提供了许多其他示例）。
地震波不仅可以由沿断层的剪切运动或爆炸过程中等离子体（核装置）或气体（常规装置）的膨胀产生，还可以由物体与地面的撞击产生。
地震信号已被用于识别落石的位置，最近的研究表明，这些信号可以帮助描述滑坡的动力学和体积，戴夫·佩特利在他的“滑坡博客”上发表的各种文章中讨论了地震图的意义和用途。
对地震波的分析还提供了关于 2001 年 9 月 11 日纽约事件的见解。纽约市周围的地震台站记录了飞机撞击以及随后世界贸易中心双塔倒塌产生的信号（拉蒙特-多尔蒂合作地震台网提供了纽约周围地震活动的大量数据集）。南塔的倒塌产生了一个 2.1 级的信号，而北塔的倒塌，信号强度为 2.3 级，被 13 个距离 34 至 428 公里的台站记录下来。
与天然地震引起的模式相比，这些地震图也显示出明显的模式。没有纵波或横波，但建筑物撞击地面产生了短周期瑞利波的突然峰值。
图3. 纽约州帕利塞兹地震台站记录的 9 月 11 日世界贸易中心事件的地震记录，台站距归零地约 34 公里。请注意，冲击 1 和倒塌 2 与北塔有关，而冲击 2 和倒塌 1 适用于南塔。红色显示了第一次冲击和第一次倒塌的放大视图。图来自 KIM 等人，2001 年，根据 AGU 和作者授予的使用许可在此处发布。
地震图还显示，两架飞机的撞击和爆炸产生的地震能量相对较小。这证实了这样一种观察，即双塔的倒塌不是撞击的直接结果，而是由于随后的火灾削弱了建筑物的支撑结构而造成的。
倒塌的大部分能量都分散到建筑物的变形以及碎石和灰尘的形成中，只有一小部分势能转化为地震波。产生的 2.1 级和 2.3 级地震太弱，无法破坏附近的建筑物，大部分破坏是由碎片和排开的空气的动能造成的。
2012 年 1 月 13 日，邮轮“科斯塔·康科迪亚”号的碰撞也被位于意大利大陆的地震台站“蒙特阿根塔里奥”记录下来。根据目击者证词和船舶的自动系统，与水下岩石碰撞的时间估计为 20:45（UTC）。这个时间得到了地震图上 20:45:10 的突然峰值的证实（地震台站距离碰撞地点 18 公里，地震波需要将近 3-4 秒才能传播这段距离）。地震图还显示了撞击后船体沿着岩石基质摩擦产生的“噪声”。
图4. 在“蒙特阿根塔里奥”（意大利）台站记录的地震图，显示了 2012 年 1 月 13 日 20:45（UTC）“科斯塔·康科迪亚”号撞击产生的地震波。对““科斯塔·康科迪亚”号的地震尾迹”（2012 年 1 月 23 日）的精确分析甚至可以确定船舶在碰撞时的速度。
图片经许可使用，取自意大利地震学家马尔科·穆恰雷利于 2012 年 1 月 21 日在他的博客“terremoti, sismologia ed altre sciocchezze”上发表的帖子“科斯塔·康科迪亚地震”。
参考书目
ANDERSON, D.N.; RANDALL, G.E.; WHITAKER, R.W.; ARROWSMITH, S.J.; ARROWSMITH, M.D.; FAGAN, D.K.; TAYLOR, S.R.; SELBY, N.D.; SCHULT, F.R.; KRAFT, G.D. & WALTER, W.R. (2010): 地震事件识别。WIREs 计算统计学，第 2 卷，7/8 月：414-432
KIM, W.-Y.; SYKES, L.R.; ARMITAGE, J.H.; XIE, J.K.; JACOB, K.H.; RICHARDS, P.G.; WEST, M.; WALDHAUSER, F.; ARMBRUSTER, J.; SEEBER, L.; DU, W.X. & LERNER-LAM, A. (2001): 纽约市世界贸易中心飞机撞击和建筑物倒塌产生的地震波。EOS 第 82 卷 (47)
KOPER, K.D.; WALLACE, T.C.; TAYOLR, S.R. & HARTSE, H.E. (2001): 法医地震学与“库尔斯克”号沉没事件。EOS，第 82 卷 (4): 37