1929年6月，一场强烈地震震撼了新西兰南岛。在哥本哈根，一位名叫英厄·莱曼的地震学家研究了这场地震在世界各地台站留下的记录。微弱的地震波到达了俄罗斯的台站，而按照当时的所有理论，那个区域本应被地核挡住，地震波无法到达。
她为这个谜题花费了数年时间。1936年，她发表了自己的答案。在液态地核的深处，一定还有第二个核，也就是内核，地震波在那里传播得更快。正是这个内核把那些地震波弯折进了“禁区”。从来没有人到过那里。是一场地震让她看到了它；在这一讲结束时，你就会明白这是怎么做到的。
在这一讲中，我们将从头到尾追踪一场地震。我们将看到断层如何积累应力并发生破裂，以及科学家如何解读它的地震波。然后，我们将了解一场地震如何引发下一场地震，以及这些地震波揭示了这颗星球深处的什么。
地球的外壳破裂成许多板块，它们每年漂移几厘米。在两个板块相遇的地方，它们之间的边界就是一条断层；大多数时候，即使板块仍在不断移动，断层两侧也是卡在一起的。
1:13被卡住的断层附近的岩石会慢慢弯曲，就像一块承受着越来越大重量的跳板。1910年，一位名叫哈里·菲尔丁·里德的地质学家，根据1906年旧金山大地震前后所做的土地测量结果证明了这一点。他把这称为弹性回跳：几十年的缓慢弯曲，然后突然弹回。
1:34这就是地震循环。断层在几十年或几个世纪中不断积累应力，在几秒或几分钟内破裂，然后重新锁住，再次开始积累应力。每一次大地震，都是这个循环转过的一圈。
1:48科学家可以观测到应力积累的过程。固定在地面上的GPS接收机能追踪自身的位置，精度可达不到一英寸，也就是几毫米。远离锁住断层的观测站随着各自的板块一起移动，但靠近断层的观测站却落在后面。地面正在弯曲。
2:06断层被卡住的紧密程度，称为它的耦合程度。一条完全耦合的断层，会年复一年地把板块几乎全部的运动都积蓄起来。在日本东北部外海，2011年3月的大地震表明，那里的板块一直锁到了海沟处，也就是太平洋板块俯冲到日本下方的地方。当这条边界松脱时，海底发生了移动，有些地方移动了约50米，超过150英尺。
2:33并不是每条断层在积累应力时都保持完全静止。在华盛顿州和不列颠哥伦比亚省的地下，板块边界的深部大约每14个月就会在两周左右的时间里滑动一英寸上下，也就是几厘米。没有人感觉得到。GPS在2000年前后揭示了这些慢滑移事件。科学家密切关注它们，因为每一次慢滑移都会给上方断层被锁住的部分增加负荷。
3:00这个循环会在地下留下记录。地质学家会挖掘横跨断层的探槽，像阅读书页一样解读一层层的土壤。如果某一层被撕裂并错开，那就是一场地震把它断开的。测定这些地层的年代，就能看出一条断层在数千年间多久破裂一次。
一场地震并不会一下子让整条断层破裂。它从一个点开始，也就是震源，那里的应力最先克服了摩擦力。从那里开始，断裂（即破裂）沿着断层迅速向外扩展，速度通常为每秒2到3公里。少数破裂甚至比它们自己发出的部分地震波跑得还快。
3:39地震越大，破裂持续的时间就越长。一次中等地震几秒钟就结束了。在2004年的苏门答腊大地震中，破裂持续向北撕裂了约八分钟，沿断层延伸了1,300多公里。
3:56断层破裂的范围有多大、滑动的距离有多远，决定了一场地震的大小。科学家把三个量相乘：破裂的断层面积、断层两侧滑动的距离，以及岩石的刚度。得到的结果就是地震矩，现代震级标度正是建立在它的基础之上。标度上每增加一个整级，释放的能量约为原来的32倍。
4:18大多数地震始于距地表约70公里以内的地方。但在一个板块俯冲到另一个板块之下的地方，地震会沿着下沉的板块向下延伸，最深可达约700公里。1994年，有记录以来最大的深源地震之一发生在玻利维亚地下约630公里处。远在加拿大都能感觉到它。
破裂会发出地震波。P波会挤压和拉伸岩石，就像沿着弹簧推一下那样，它们传播得最快。S波让岩石左右晃动，到达得更晚。在它们到达地表的地方，面波沿着地面向外滚滚扩散。面波最慢，却造成了很大一部分破坏。
5:03P波和S波之间的时间差，能告诉一个台站地震离它有多远。对于附近的地震，这个时间差每一秒大约相当于8公里。三个台站就足以确定地震的位置，而由数百个台站组成的台网几秒钟内就能做到。
5:19断层破裂主要有三种方式。在正断层中，地壳被拉伸，一侧岩块下降。在逆断层中，地壳受到挤压，一侧岩块向上爬升到另一侧岩块之上。在走滑断层中，两侧岩块横向地相互错动。
5:34地震波本身就能揭示断层是以哪种方式破裂的。在一些台站，地面的初动是推；在另一些台站，则是拉。把这些推和拉标在全球范围的图上，就会画出一种图案，地震学家称之为“沙滩球”。2023年2月，土耳其发生了一场7.8级地震。它的“沙滩球”显示这是一次走滑破裂，而它的余震沿着东安纳托利亚断层勾勒出了这次破裂。
6:02确定地震的大小则需要更长的时间。2011年，日本在震动开始约三分钟后发布的第一次海啸警报，依据的是7.9级的震级。对于最大的那些地震，快速测定方法会达到上限，于是估计值被逐步上调到了9级。快速得出的数字是为警报服务的；最终的数字则来自完整的记录。
6:27这个最终数字就是矩震级，它是根据断层的面积和滑动量计算出来的。与较早的震级标度不同，对于最大的地震，它不会停止增长。因此，一场巨大地震在发生后的第一个小时内可能出现好几个震级数值，因为快速估计会逐渐让位于矩震级。
6:45雷达卫星可以一次性绘制出整场地震的图像。通过比较地震前后拍摄的图像，它们会在地面发生移动的地方画出一条条彩色条带，每一条代表朝向卫星约3厘米、也就是约一英寸的移动。这种图案勾勒出了破裂的断层，即使在人无法到达的地方也是如此。
地震遵循着自身的规律。震级每降低一级，地震的数量就增加到约十倍。在全球范围内，通常一年会发生1,000多次5级或以上的地震，但8级或以上的地震只有约一次。
7:22大地震之后会有余震，而且余震会以一种有规律的方式逐渐减弱，这是地震学家大森房吉于1890年代在日本发现的规律。主震发生十天后，余震的频率约为第一天的十分之一。一百天后，约为百分之一。
7:40平均而言，最大余震的震级比主震小约1.2级。所以，在一次7级地震之后，出现一次接近6级的强余震并不奇怪；受损的建筑在经过检查之前应当保持无人状态。
7:59一场地震不只是释放应力。它还会转移应力。在破裂断层的末端，紧挨其外的岩石所受的应力会升高，下一段断层就被推向更接近破裂的状态。
8:11土耳其的北安纳托利亚断层清楚地展示了这一点。从1939年开始，在60年间，一系列大地震沿着这条断层自东向西接连推进。一项针对其中最大的十次地震的研究发现，有九次是被之前的地震推向了更接近破裂的状态。1999年8月，这一推进抵达了靠近伊斯坦布尔的伊兹米特，并提高了伊斯坦布尔地下发生强烈地震的概率。
8:38人类也能让断层解锁。在俄克拉何马州，石油和天然气作业将大量含盐废水泵入地下深处，使古老断层内部的压力升高，直到断层发生滑动。3级或以上的地震从每年约两次猛增到2015年的900多次。俄克拉何马州最大的一次地震是2016年发生在波尼附近的5.8级地震，好几个州都感觉到了它。
9:07所有这些都被用于地震预测，而预测给出的是概率，从来不是日期。加利福尼亚州的小镇帕克菲尔德坐落在圣安德烈亚斯断层上。1857年至1966年间，那里发生了六次中等地震，大约每22年一次。
9:241985年，科学家预测下一次地震将在1993年之前发生，并在该地区布满了仪器，准备捕捉它。结果它在2004年才到来，比预测的时间窗口结束晚了11年。断层的规律性足以进行预测，却不足以像时刻表那样准时。
9:43因此，现代预测把地震循环、探槽中的记录以及GPS对应力积累的测量结合起来，给出每条断层在未来几十年内的发生概率。在俄克拉何马州地震激增之后，美国地质调查局也开始发布针对人为引发地震的一年期预测。
让大地震动的那些地震波，同样会穿过整颗星球。更深处的岩石承受着巨大的压力，地震波往下传播时一般会加速。因此，它们的路径会平缓地弯回地表，就像炎热路面上闪烁的海市蜃楼。
10:191909年，一位名叫安德里亚·莫霍洛维奇的克罗地亚科学家注意到，来自附近一场地震的地震波分成两组到达。其中一些走的是穿过更深岩石的更快路径。他发现了地壳的底部，这个边界至今仍以他的名字命名：莫霍面。
10:38在深得多的地方，地震波揭示了地核。在距离地震超过地球周长四分之一的地方，S波消失了，而且再也不会出现。P波也会逐渐消失，然后在更远的另一侧重新出现。S波无法穿过液体。外核是熔融的。
10:55这就把我们带回到了英厄·莱曼。到达俄罗斯的那些微弱地震波穿过了液态地核，并被其内部某种波速更快的东西弯折了。那就是内核，半径约1,200公里。后来的研究表明，内核是固态的铁和镍，温度与太阳表面差不多。现代台网利用数以百万计的此类记录，绘制出地球深部的三维图像。
11:19至今还没有人钻探到超过约12公里的深度。我们对更深处一切事物的了解，大部分来自在世界各地台站测量地震波到达的时间。
那么，有三件事需要记住。第一，断层在几十年间积累应力，在几分钟内破裂，然后再次锁住：这就是地震循环。第二，地震波揭示了断层在哪里破裂、如何运动以及破裂有多大，而每一场地震都会把应力传给下一场。第三，同样是这些地震波，绘制出了这颗星球的内部，一直深入到它固态的内核。
11:54每一场地震，都是来自这颗星球内部的一条信息。英厄·莱曼读懂了一条来自1929年的信息，并发现了一个永远不会有人造访的世界。感谢收看Earth Explained。请订阅频道，收看下一讲；也欢迎在EarthWatch24-7上全天候观看这颗星球的实时直播。
