在南加利福尼亞州，地球的構造板塊相互碰撞，每174秒地面就會震動一次。根據一項新的地震資料分析，這相當於每天發生495次地震，該分析分離出了這個以地震頻繁而聞名的地區中最微弱的可測量震動。
本週發表在《科學》雜誌上的新研究，在過去十年中，南加利福尼亞州的總地震事件目錄中增加了近兩百萬次地震。儘管新發現的地震人類無法感知，但這些發現有助於填補地震記錄中的空白，從而揭示導致可怕的“大地震”的地球物理過程。
科學家們長期以來一直明白，地震的數量隨著強度的減小而增加。但是，編目那些微小的震動很棘手。它們的訊號通常隱藏在地震儀拾取的普通噪聲中——包括建築、過往火車甚至空中交通引起的震動。這意味著大多數地震長期以來一直對科學界隱藏。
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但是，15年前，科學家們注意到一種模式，使他們能夠找到這些隱藏的地震：如果兩次地震起源於同一地點，那麼從單個地震儀的角度來看，它們的地震波形狀幾乎相同。如果一個波形呈鋸齒形，另一個也會跟隨——即使它們的震級差異很大。而這才是關鍵：如果一個人知道地震的精確波形，就更容易在噪聲中找到它。這意味著大地震的訊號可以用來識別沿同一路徑傳播的其他更微小的震動。
然而，這種方法在計算上是密集的，因此在過去，科學家們只嘗試在跨越數天或數週的相對較小的資料集上使用它。但這並沒有阻止加州理工學院的科學家扎卡里·羅斯和他的同事們。該團隊有一個更高的目標：他們想搜尋南加州地震臺網的檔案——其中包括來自500個臺站的資料，這些臺站持續監測地面超過10年——以尋找以前被忽視的地震。廣泛的搜尋花費了90天的計算時間。到最後，該團隊確定了2008年至2017年間發生的近兩百萬次額外地震——比原始目錄增加了十倍。“單憑這一點可能並沒有那麼令人興奮，但是[研究作者]證明了那些額外檢測到的非常小的地震如何確實告訴我們更多關於斷層如何運作的資訊，”加州大學伯克利分校的地球物理學家羅蘭·伯格曼說，他沒有參與這項新研究。“這使它成為一項漂亮的研究。”
首先，羅斯和他的同事們發現了一些在時間和空間上聚集在一起的地震。“一切似乎都在某種程度上相關，”羅斯說。以2010年復活節星期日發生的埃爾馬約爾-庫卡帕地震為例：震動起源於墨西哥北部，但在南加利福尼亞州引發了一系列較小的震動——有些震動距離初始地震的震中高達275公里。眾所周知，大地震會引發較小的地震，稱為餘震，事實上，科學家們已經發現了與2010年事件相關的此類餘震——但距離沒有這麼遠。因此，伯格曼說，這項新研究擴充套件了已知的地震範圍，並闡明瞭這種觸發是如何運作的。在地震震中附近，餘震是由地殼重組產生的額外應力引起的。但離震中較遠的地方，餘震是由震動本身引起的。因此，研究結果表明，後者可能比以前預期的發揮更重要的作用——這是一個至關重要的發現，將有助於科學家們更好地預測未來各種斷層發生餘震的可能性。如果這些斷層包含釋放災難性事件的潛力，那麼餘震只會幫助斷層為大地震做好準備。因此，更好的預測可以幫助拯救生命。
該團隊還揭示了許多微小的預震——這是一個同樣重要的發現，因為科學家們還不瞭解地震如何發生的細節。科學家們提出的一個想法是，斷層的一小部分開始緩慢滑動，然後加速——這會產生一系列震動，這些震動隨著時間的推移逐漸增強，並在主震中達到頂峰。另一種想法是，一條斷層中的微小破裂會產生一系列沿著該斷層（或多個相互連線的斷層）傳播的震動級聯，就像一組多米諾骨牌一樣，一個事件觸發下一個事件，依此類推，直到主震事件突然釋放。
由於缺乏關於預震的更好資料，很難確定哪種假設是正確的，因此新結果可能是一個改變遊戲規則的因素。例如，在2012年加利福尼亞州發生的布勞利地震群中，三天內有10次震級大於4.0的地震襲擊了沙漠。儘管當時它們似乎突然發生，但羅斯和他的同事們能夠證明，發作過程更為漸進，幾次小地震先於大地震發生。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的合著者丹尼爾·特魯格曼說，這暗示地震群可能是由第一種情況（即，緩慢蠕變）引起的。
儘管特魯格曼指出，該研究從預震如何工作方面收集到的線索遠非明確，但他相信新的資料集將使科學家們能夠更好地瞭解究竟是什麼將地震推向高速運轉。這可能有一天會幫助科學家預測地震。“如果我們真的可以預測下一次大地震何時發生，我們就成功了——那是地震災害分析中的聖盃，”特魯格曼說。“我絕對不會說我們已經達到了目標，但這正是這種型別的工作有望推動我們前進。”
斯坦福大學地震學家格雷格·貝羅扎（他沒有參與這項研究）懷疑，無論如何，最有趣的發現尚未到來。他很高興仔細研究新的目錄，尋找尚未知的現象——而且應該有很多。“這就像一臺新的望遠鏡問世，它的放大倍數提高了10倍，”伯格曼說。“突然之間，我們看到了所有以前沒有看到的星星和行星。”