地震最具挑战性的可能是地震可能发生的地点和时间的巨大不确定性，这使得采取可能挽救生命的行动具有挑战性。

地震会引起质量的重新分布，这会产生地球引力场的可观察变化，可以使用专门的仪器进行测量。高精度重力测量可以提供一种有用的工具，通过识别哪些断层处于压力下，最有可能处于活动状态，帮助管理风险。通过监测断层运动的进展，可以对下次地震发生时哪些地区最有可能受到影响进行中期预测。

也许更令人印象深刻的是，可以检测到由第一次地震波之前到达的地面质量的移动所引起的瞬时重力信号。这种方法通过克服地震波传播速度的限制，有可能发出早期警报。目前的地震预警系统是基于加速计和地震仪网络，它们在破坏性更强的剪切波到达之前检测到早期到达的“P”地震波，但在地面运动开始之前无法作出反应，这大大限制了预警的先进性。

虽然重力信号触发的警报可能只会多出几秒钟，但这样的警报可以为公众提供额外的时间来采取预防措施，例如确保消防站的门在被禁用之前被打开。它还可以允许关闭公共交通，以避免脱轨，以及电力、天然气和其他可能受损或带来火灾等次要风险的网络，从而挽救生命。

由重力信号触发的警报可能只会多出几秒钟，但这样的警报可以提供额外的时间让公众采取预防措施。

土木工程系Daniel Boddice博士

这些应用产生的信号可能只引起重力加速度的微小变化，从几个微Gal到只有一个微Gal的零头(1 Gal = 1厘米每秒平方;地球上的平均重力场约为983,000,000微gal)。对重力进行足够精确、长期稳定和数据采样率的测量，以实现这些信号当然是具有挑战性的。早期预警系统对瞬态重力信号等小信号的检测在很大程度上受到影响传感器读数的背景地震噪声的限制。由于传感器上的机械磨损和漂移，以及传感器上的不同制造公差(例如，基于弹簧的重力仪技术中，由于证明质量的变化或弹簧刚度和频率响应的差异)，获得长时间稳定且不同传感器之间一致的测量结果也很困难。

传感器和定时的量子技术中心伯明翰大学（University of Birmingham）正在开发传感器，利用冷原子的量子行为来精确测量重力，从而应对这些挑战。除了冷原子传感器对引力场中的微小变化极为敏感外，原子的相同性质使其成为理想的测试质量，在下落时能给出一致的结果。这使得测量可以随着时间的推移而重复，允许延时测量来测量环境随时间的变化，例如用于故障监测，以及使不同仪器之间的测量具有可比性，从而允许部署传感器监测网络。

此外，通过使用普通激光同时测量两个垂直分离的原子云以给出重力梯度，可以抑制普通地震噪声。这样可以实现更快的测量，并有助于克服地震噪声的局限性，地震噪声会影响传统重力仪，从而实现快速准确的测量。这对于改善监测目的的时间采样率以及允许在调查期间收集更多点、提高分辨率和空间覆盖率都具有巨大潜力。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。