Swifities “Shake It Off”，帮助地震学家解开音乐会观众如何改变现状的谜团

去年8月，泰勒·斯威夫特（Taylor Swift）在洛杉矶举行的时代巡回演唱会的歌迷们让SoFi体育场及其周围的地面“像钟声一样响起”，在每首歌中都产生了可测量的地震活动。来自加州理工学院和加州大学洛杉矶分校的科学家在其中一个节目中收集了地震数据。

在一篇新论文中，研究人员报告说，在8月4日的演唱会上，是7万多名歌迷的舞蹈和跳跃动作，而不是音乐或音响系统，产生了被称为“迅捷地震”的地震波。

在有报道称球迷在体育赛事和华盛顿州泰勒·斯威夫特演唱会上产生地震震动后，加州紧急服务办公室联系了加利福尼亚州的地震网络运营商，看看是否可以在斯威夫特在8月3日至9日在SoFi体育场举行的音乐会期间收集任何有趣的数据。

加州理工学院机械和土木工程研究教授莫妮卡·科勒（Monica Kohler，95年博士）和她的同事们做出了回应。为了研究斯威夫特在8月4日的演出，他们利用了现有的区域地震台站网络，从距离体育场约6英里的永久传感器收集数据。他们还在SoFi内部临时安装了10个地震传感器，并在街对面安装了1个地震传感器。安装在体育场内的传感器是廉价的加速度计，研究人员定期使用现成的零件为社区地震网络建造和部署，社区地震网络是一个由加利福尼亚州1,200多个强运动探测器组成的分布式网络。

研究人员没有失望。在演出期间，体育场及其周围环境肯定会震动。不出所料，震动的方式不像地震，地面运动明显激增，更像是谐波震颤，涉及在较长时间内以特定频率间隔爆发的能量。这种类型的地震活动通常与火山活动有关，例如岩浆的地下运动。

加州理工学院地震实验室的地震学家加布里埃尔·特普（Gabrielle Tepp）是这篇新论文的主要作者，他将地震和谐波震颤之间的区别比作爆炸与喷气发动机轰鸣之间的区别。“一个非常尖锐，非常短，而另一个在高峰期可能没有那么响亮，但持续时间更长，”Tepp说。

为了分析结果，研究人员求助于频谱图，这些图表显示了随时间变化在不同频率的振动下测量了多少能量。通过从频谱图中提取地震信号，科学家们能够识别斯威夫特在演唱会上演奏的45首歌曲中的43首，并计算出每首歌曲的辐射总能量。他们发现，“音乐会震颤”最大的歌曲是“Shake It Off”。在那首歌中，辐射能量相当于0.85级地震。“但请记住，这是一首歌持续时间内的能量总量，”Tepp警告说。“如果你看一下最大振幅，只是一瞬间，那更像是一个负2级的事件。

科勒指出，体育场内记录的数据看起来与体育场外传感器记录的数据非常相似，即使在洛杉矶国际机场这样遥远而繁忙的地方也是如此。“在泰勒·斯威夫特（Taylor Swift）演唱会上，非常活跃的人类使体育场像钟声一样以不同的频率响起，”她说。“这种能量通过地面传播到我们记录振动的所有其他地点。这提醒我们，我们需要了解这个相互关联的庞大系统的所有不同部分。

到目前为止，地震学家对究竟是什么导致了与音乐会震颤有关的地震活动存在分歧。一些人声称是振动的扬声器或与舞台相连的乐器导致了震动，而另一些人则说这更有可能是所有音乐会观众的动作。

数据显示，机芯，而不是音乐，最适合波形。为了证实这个答案，贝斯吉他手 Tepp 进行了一个简单的实验。她在团队的一个加速度计附近设置了一个便携式扩音系统，并播放了斯威夫特的歌曲《爱情故事》。接近尾声时，她随着节拍上蹿下跳。只有当她开始跳跃时，地震传感器才记录到谐波信号。Tepp 还尝试用同一个扬声器弹奏她的低音吉他，但同样没有找到很好的谐波信号，尽管正如她所说，“低音节拍可能比我的跳跃更精确。

该研究不仅涉及调查音乐会震颤的来源。科勒指出，在紧急情况下，体育场馆和其他大型建筑，如会议中心，被用作紧急避难所。“在这些情况下，能够在地震等大规模事件之前、期间和之后监测这些结构的运动非常重要，以便能够确定结构是否仍然安全、可靠和健全，”科勒说。“这是我们在SoFi体育场内部署传感器的动机之一：看看我们开发的这个新的地震网络是否可用于持续监测结构运动。

事实上，该研究表明，社区地震网络使用的廉价加速度计能够测量体育场内相当小的振动，并将这些测量结果实时传递给科学家。

Tepp指出，这项研究也提醒我们，地震并不是地震学家应该分析的唯一一种地震活动。“我们根据地震设计了所有的震级，但是当信号看起来不像地震时，你会怎么做？你如何描述它的强度？Tepp说。“观察这些非地震信号对于评估我们作为地震学家拥有的不同工具并重新评估我们的假设非常有帮助。

Kohler说，土木工程也是如此。“我们希望使用地震和非地震振动源来识别结构如何移动，”她说。“我们需要这种基线反应 – 了解结构在健康时期的反应 – 然后知道这些反应在一些大型震动事件后可能如何变化。

这篇题为“Shake to the Beat： Exploring the Seismic Signals and Stadium Response of Concerts and Music Fans”的新论文在线发表在 《地震研究快报》（Seismological Research Letters）杂志上。这项工作的其他合著者是加州理工学院地震实验室的Igor Stubailo以及加州大学洛杉矶分校的Richard Guy和Yousef Bozorgnia。南加州地震网络由美国地质调查局和加州紧急服务办公室资助。社区地震网络由加州地质调查局、加州理工学院陆地灾害观测和报告（THOR）中心以及加州理工学院地质与行星科学与工程与应用科学部资助。南加州地震数据中心由美国国家科学基金会和美国地质调查局资助。