2010年9月23日星期四，在留尼汪岛富尔奈斯火山观测站的监控室中，一场紧急会议正在召开。地震学家们刚从监视器上亲眼见证了他们期待已久的前兆信号：15部安装在火山口周围的传感器发回大量实时数据，表明火山正在苏醒中。确切地说，这座印度洋上的小岛可能在未来几周迎来一场火山爆发。准确及时的预警信息为灾害防范争取到了宝贵的时间。
这一成就意义非凡。2010年10月底，印尼默拉皮火山（Merapi）喷发，导致300人死亡。这场灾难提醒我们，全世界每天有5亿多人口生活在火山的直接威胁之下，而且他们的数量还在不断增长。因而每次灾难后，我们都会听到同样的问题：火山喷发可以预测吗？下一次在哪里，什么时候？
尽管近年来研究取得了一些进步，但是，基于地震活动度和地壳变形分析的传统技术仍不能充分提前预测火山喷发。不过，随着留尼汪岛上这项新技术的诞生，一切再不同于往日！它能够做出可靠的预测，并留出充分的提前量，使风险区的居民得以从容预防和撤离。事实为证：2010年10月14日，也即9月23日会议后的第21天，富尔奈斯火山如预测的那样爆发了！
地球的窃窃私语
这项技术的成功秘诀是什么? 那就是仔细倾听地球的低语呢喃。地球发出一种持续的振动声。将地震仪放在地面，就能收录到一个连续信号：地震背景噪声。这种杂乱无章的低音轰鸣，是地壳深处细微振动的反映。它非常隐蔽，振幅要以“微米/秒”来衡量。而噪声的源头就是波涛汹涌的海洋——这尽管令人惊讶，却久已不是秘密。虽然有关浪潮与陆地之间相互作用的理论仍然存在争议，但我们知道，海上两股浪潮相遇会给整个水柱带来压力的变化，这一冲击作用于大洋板块，继而在地壳中传播，经过地下不计其数的异质点的衍射和反射，最后变为一种持续的漫射信号，被世界各地（乃至青藏高原）地震监测站的传感器接收到。只是此前，地震学家们从来没认真倾听过这些低语，他们光注意了那些大动静。
捕捉浪涛的回声
地震学家们一直认为，剧烈地壳运动（即地震、火山爆发……）导致强大的能量波在地壳中传递，是对地球内部构成进行深度透视的大好良机。因为地震传感器与震源距离固定，不难算出震波的传播速度。而这一速度取决于途经区域的地质构造，可充窥豹之管。问题在于（当然是对那些“唯恐天下不乱”的家伙而言），当大地重归平静，地心便又掩藏起自己的奥秘。 “地震学研究长久以来的一个难题就是，必须等到地震发生的时候才能获得能量源。”美国科罗拉多大学的迈克尔?里兹沃勒（Michael Ritzwoller）指出。另外，地震的活跃区域比较固定，这使专家们对地球其余大部分区域所知甚少，无法系统地利用地震灾害来定位地壳内部可能的运动，并以此来预测地震或火山喷发。不过，要是倾听海涛声，那就是另外一回事了……
日本著名地球物理学家安艺敬一（Keiiti Aki）在1957年就曾有过这个设想。他提出，为了了解地下两点间的地质形态，可在该两点分别安置一个地震传感器，然后对它们收录的地震背景噪声进行比较。作为大洋表面波涛冲击的表现，第一处收录到的细微震动实际上可以看成是此地的一次微弱地震，震波由此发出，稍后被第二处传感器收录到，因此第二组信号中携带第一组震波的特征是完全可能的，就像其在该点引发的一个回声。只要能在嘈杂的环境噪声中找到这一“回声”，就可以得出震波在两点间的传播速度，从而了解这两点间的地质形态了。
从理论上讲，这的确是一个理想的方法。首先，只要在适当地点增设震波监测站，就可以获得比较精确的地下地图。其次，由于振动是持续不断的，因此可以进行实时和连贯的震波数据分析。一旦识别出两个站点间的数据关联，那么震波传播速度的所有变化就能成为传播媒介改变的信号。而这种改变或许就与岩浆流动造成地下岩层断裂有关……这难道不是火山学家的美梦吗？只要将监测站分布在火山口周围，他们就可以直接探测火山内部构造的变动，并在滚烫的岩浆喷涌而出之前早早预测到喷发的来临！
几十年来，这都只是个可望不可及的梦想。所有人都不得不承认，大地低语的回声只能在半径100米左右的小范围内被捕捉到，再远的话，信号就变得模糊不清，更不用提建立一丝一毫的关联了。总之，这就跟一个不起眼的错音被埋没在宏大的交响乐中差不多。
来自1000公里外的信号
“这个信号相当微弱，就连安艺敬一自己也怀疑是不是还能再找出来。”法国格勒诺布尔约瑟夫?弗里耶大学的地震学家米歇尔?坎皮略（Michel Campillo）回忆道。不过，他认为不成问题。借鉴热噪声研究——这种信号比地震信号漫射得更严重，这位信号处理专家猜测如果在较长的一段时期内监听大地的低吟，并使用最强大的统计分析程序，就算是大海捞针也能办到。接下来的事情验证了他的假设……2005年，他尝试采用这一统计方法分析震后的断裂取得了成功。次年，与巴黎地球物理研究所的尼古莱?沙皮罗（Nicolai Shapiro）一起，在相距1000公里的两个监测站记录下的震波数据中，他成功地找到了关联！此时距安艺敬一意外辞世刚刚过去了一年，而半个世纪前的设想终于即将成为现实。在大地千奇百怪的低吟中，科学家们第一次真切地辨别出了某声长叹的余音。巴黎第七大学的数学家乔斯林?卡尼尔（Josselin Garnier）兴奋地表示：“这种全新的成像技术将打破噪音和信号概念之间的界限，对于数学家而言，就如同点石成金！”
2007年，正在研发该技术在地震预测以及石油勘探与开发监测方面应用的米歇尔?坎皮略向当时寻找博士后课题的地球物理学家弗洛朗?布朗吉耶（Florent Brenguier）提议，应用这项技术预测留尼汪岛的火山活动。他认为那里年均喷发两次的活火山构成了一座绝佳的天然观测站，而富尔奈斯火山口则是最理想的观测点。说干就干。弗洛朗?布朗吉耶首先对震波数据展开了统计分析。他回溯了上两年的记录，检查了每一组地震传感器，很快就在反映地震背景噪声传播速度的信号与其途经的地质形态间建立了关联。
带着这一初步研究成果，弗洛朗布朗吉耶进一步探究背景噪声传播速度在火山活动不同时期的变化情况，终于发现了他一直在寻找的前兆信号：在这一批数据所记录的4次火山爆发前的几星期，背景噪声的传播速度都出现了骤降。
富尔奈斯火山的实战考验
这个发现立刻在地震学界引起了轰动。与使用倾斜仪或伸长仪的传统地震预测法以及GPS地质变形测量法相比，用这种前兆信号能够更深层次地监测火山活动。从这一刻开始，一切就进入了快车道。2009年，荣获了美国地球物理学会地震学部“安艺敬一奖”的弗洛朗?布朗吉耶被任命为“火山求知”（Understanding Volcanoes）项目科学协调人。在留尼汪岛进行的这一项目汇集了全世界30多位地震学家，其目的之一就是检验震波预测技术。
结果很快揭晓。借助信息手段，地震学家们分析了近10年的数据，很快确认了火山喷发前几周出现的前兆信号的有效性。这一研究同时还绘制出新的富尔奈斯火山内部结构图，从而能够在喷发前几个月确定火山内部预喷发岩的位置，锁定岩浆喷射口。巴黎地球物理研究所的伯努瓦?泰纳（Beno?t Taisne）则带来他开发的模型接受实战检验。该模型能追踪火山喷发临界点之前岩浆的时空变化情况，实时确定熔岩喷射的时刻与位置。
科学家们截获震波传播速度突降这一前兆信号3周后，富尔奈斯火山于2010年10月喷发，一举验证了伯努瓦泰纳的模型在实时跟踪火山喷发前几小时岩浆活动情况方面的有效性，检验获得了空前的成功。“‘火山求知’项目大大细化了我们的震波预测模型。”弗洛朗布朗吉耶总结道，“我们掌握了不同时间节点上的各种征兆：几个月、几周、甚至几小时。对这些参量的全盘考量，构成了我们在火山监测和预警方面的进步。”对此，东京大学的青木阳介（Yosuke Aoki）教授也表示赞同：“在震波技术诞生以前，是不可能得到地震结构演变情况的可靠成像的，而这正是预测火山喷发的关键因素。尽管这些活动的本质尚不明朗，但现在，我们至少能知道它们发生的时间。”
爆炸性喷发火山又如何？
研究还没有结束。“火山求知”项目希望在2012年左右为这种全新的震波数据分析技术开发出一种专门的算法，以便能将其应用到其他火山上，因为一座富尔奈斯火山不能代表全部火山。“震波分析法大有前景，但是还没有在爆炸性喷发火山上深入检验过。”美国地质调查局的贝尔纳?舒艾（Bernard Chouet）指出，“因此现在就推断它对这一类火山的预测潜力还为时尚早。爪哇岛上的默拉皮火山十分活跃，或可成为验证这一技术的绝佳对象。”
这一技术的一项可贵优点在于实施简便。世界上的地震多发区域已普遍建立了地震监测网络，记录了大量地震数据。即便计算较长时间段内的数据关联需要一定规模的计算能力和存储设备，其投入也不算很高。显然，人类或将迎来一个崭新的时代，掌握火山动向，远离火山威胁。不久的将来，没准地球最嚣张的怒火会经由它最轻微的耳语泄露天机。
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