森山和道

サイエンスライター。科学書の書評屋もやってます。

Archive for 8月 26th, 2016

大西洋の嵐が引き起こす地震波を日本から観測 将来は嵐直下の地球内部を観測することも

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東京大学地震研究所 数理系研究部門 西田究 准教授

東京大学地震研究所 数理系研究部門 西田究 准教授

と、東北大学大学院理学研究科附属 地震・噴火予知研究観測センター の高木涼太 助教は、大西洋で発生した爆弾低気圧による海洋波浪が励起したP波・S波を日本の観測記録を使って検出し、震源情報を定量化することで発生メカニズムを明らかにしたと発表した。嵐によってP波だけでなく、地球の中をS波が励起されていることを初めて検出し、正確に強さと位置を決めた。

嵐のような発生源であっても地震同様、「点」としてみなすことができることがわかったことで、これまでの地震学の手法を応用できる。今後、嵐による波を利用することで、これまでには観測点がなかった海洋の中心の下などでも、上部マントル(深さ600km程度)の地球深部をより詳しく観測することができる可能性がある。

「Science」に掲載された論文はこちら:Teleseismic S wave microseisms

8月24日にはプレスレクが行われた。

・脈動 海洋波浪が起源となるランダムな地震波

海洋波浪起源の脈動

海洋波浪起源の脈動

今回の話は一言でいうと、海の波が海水中に音波を発生させ、それが海底に伝わって地震波に変換されることで、遠くからでも観測できるという話である。海の波が地面の振動を引き起こすのだ。

この「脈動(micoseisms)」(海洋波浪が起源となるランダムな地震波)という現象自体は1950年ごろから知られていたが、ずっとノイズとされていた。そのノイズとみなされていた信号を、今では大量かつ丁寧に見ることができるようになり、今回のような観測ができるようになったという。

・爆弾低気圧によって引き起こされた実体波

爆弾低気圧による脈動実体波を観測

爆弾低気圧による脈動実体波を観測

今回観測したのは、大西洋で2014年12月9日に発生した爆弾低気圧によって引き起こされた実体波(地球の内部を通る波)。日本からは距離で 8,000km、角度で90度くらい離れている。地震波を詳細に解析することでどのように海の波が地震波を引き起こしたかを見た。

遠くの嵐からの信号も近海が荒れていればマスクされてしまうが、今回は日本近海の海がたまたまそれほど荒れていなかったため、観測できたという。

具体的にはP波とS波がどの程度の振幅比を持っているかを見た。S波には、進行方向に鉛直に振幅するSV波と、直行かつ水平に振動するのSH波がある。その振幅の比がどの程度あるのかを調べることで、何が揺すっているのかを知ることができる。

P波とS波の振幅比

P波とS波の振幅比

今回の研究でP波とS波のエネルギー比を正確に決めることができ、観測されたS波は基本的には嵐が波を作っているものだとわかった。

なおSV波は予想していたが、SH波の発生は予想していなかったという。S波は海洋表面の音が海底に伝わったとき、海底面の凹凸によってひっかくような動きによって圧力変動が起きて発生するが、SH波は堆積物が多いところで起きていることから、おそらく海底面で多重反射をすることで波のエネルギーが滞在することで、SV波のエネルギーがSH波になると考えられるという。

次に、どこで起きたかを調べると、ほぼ予想されたとおり、低気圧の移動と連動していた。また、水深がほぼ同じだった。海洋の波浪の振幅が特定の水深と一致すると共鳴して音を出しやすいからだという。SH波は堆積層が厚い部分から起きていた。堆積層のなかで波がトラップされるようなことが起きて、発生したのではないかと考えられているという。

また、どの程度の大きさの波が発生したかも定量化した。嵐による実体波に対してセントロイド(重心)を決定できることを今回、示すことができた。点源とみなすことができれば、これまでの地震学の手法が使える。

地震波から決めた嵐の位置

地震波から決めた嵐の位置

・嵐を使ってマントルの不連続面を観測できる可能性

嵐を地震の点源として利用して地球深部の構造を調べることが可能に

嵐を地震の点源として利用して地球深部の構造を調べることが可能に

今後、何が期待されるか。真下に伝わるP波は、マントルのなかの深さ660km程度にある、上部マントルと下部マントルの不連続面で、S波に変わる。これを検出できると面白いという。地震はプレート境界にかたまって発生する。また、海のなかにはほとんど観測点がない。そのため、プレートの典型的な性質は案外わかってない。海底地震計をもっていくのが王道の手法だが、今回の手法を使うことで、何もないところに嵐が来れば、その下の構造がわかることになる。

「嵐のイベントのカタログを作ることで、総合的な地球内部構造が分かるのではないか。その第一歩目としてこの論文がある」と西田氏は語った。

西田氏の研究の詳細は「サイエンス・メール」で

私が編集人をしているメールマガジン「サイエンス・メール」では、西田究さんに以前、お話を伺って配信しています。この研究の話も出てきます。
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Written by 森山和道

8月 26th, 2016 at 9:45 pm

Posted in 仕事