遅い地震は事です| 科学| スミソニアン - 記事、科学

2011年3月11日、マグニチュード9.0の地震が日本をほぼ6分間揺さぶり、津波と核災害を引き起こし、2万人近くが死亡しました。しかし、地表下では、日本の東海岸沖の構造プレートは、揺れが始まるずっと前に静かに動き始めていました。 2011年2月、2つの静かな地震が日本海溝に沿ってゆっくりと忍び寄ってきて、1か月後に巨大なメガスラスト地震が噴火する地点に向かいました。

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これらの奇妙で静かな地震は、スロースリップイベント、またはスロー地震と呼ばれます。構造プレート間の境界で起こる抑制された移動と揺れのスペクトルの傘用語です。過去20年でのみ発見されたスロー地震は、依然として地震のパズルです。彼らは構造プレートをマグニチュード7の地震と同じかそれ以上シフトさせることができます。しかし、定期的な地震が突然建物を倒す可能性のある地震波を放出するのに対し、遅い地震は数日、数ヶ月、時には数年も続き、近くの人は何も感じません。

これらの感知できないうなり声は、日本、メキシコ、チリを襲った大地震の前に起こったと考えられています。しかし、遅い地震が巨大な震えを引き起こしたかどうか、あるいはそれらがより速く、より危険な対応物とどのように関係するかさえわかりません。遅い地震がいつ、どこで、なぜ起きたかを解読することは、地球上で最も危険な断層帯を理解するのに役立ちます。また、壊滅的な地震や津波が犠牲になる前に予測するのにも役立ちます。

「これは本当の謎です」と、シアトルのワシントン大学の地球物理学者、ハイジ・ヒューストンは言います。「私たちは何十年にもわたって定期的な地震を研究し、それらについていくつかのことを理解しています。そして、このプロセスがやって来て、それはいくつかの面で同じです。

センサーを設置して、地球の微妙な動きを監視します。（提供：ハーブドラガート）

1990年代後半まで、地球科学者たちは、地球の表面を覆う構造プレートのジグソーパズルがどのように移動して互いにフィットするかを把握していると考えていました。彼らは、地球の地殻のスラブが別のスラブをすり抜けると、プレートが着実に互いをすり抜けるか、スタックして、断層帯から波打つ地震で爆発的に滑り落ちるまで応力を蓄積すると仮定しました。

しかし、新しいミレニアムの頃から始まって、科学出版物の突風は、環太平洋の反対側の端で観察された新しいクラスの繰り返して広範囲の遅い地震を説明しました。

明確に定義されたスロースリップイベントの最初の報告は、カスカディア沈み込み帯から来ました。これは、北カリフォルニアからバンクーバー島にかけて北米プレートの下を押すフアンデフカプレートによって形成されます。そこでは、水面下約20マイルの地域は、深さと高温によって柔らかくなり、互いにスムーズに滑ります。しかし、スライドする構造プレートの浅くて脆い部分は、スタック領域が巨大なメガスラストで破裂するまで、一緒にスタックする可能性があります。カスカディアは1700年代以来巨大な地震を引き起こしていませんが、地震コミュニティのゴロゴロは、次の大きな地震が来ることを示唆しています。

1999年、カナダの地質調査所の地球物理学者ハーブドラガートは、バンクーバー島南部とオリンピック半島のいくつかの継続的なGPSモニタリングステーションが奇妙な振る舞いをしていることに気付きました。そのうちの7人は、プレートの通常の動きと反対の方向に数週間かけて約4分の1インチジャンプしました。この種の後方ジャンプは、地震で予想されるものですが、検出可能な揺れはありませんでした。

「最初はハーブが非常に心配していました。データに何か問題があると思ったのです」と、カナダ地質調査所の科学者で、このパズルを解読するためにドラガートと地球科学者のトーマス・ジェームスと協力したケリン・ワンは言います。「彼は自分が間違っていることを証明するためにあらゆることを試みましたが、すべてが失敗しました。」

これは、データに何も問題がなかったためです。チームはすぐに、北アメリカのプレートとフアン・デ・フーカのプレートが穏やかに滑っており、それらが貼り付けられているパッチが解凍されていることに気付きました。表面下18〜24マイルでは、これらの貼り付けられたパッチはプレートがスムーズにスライドする高温高圧領域の上にありましたが、沈み込み帯のロックされた地震発生部分の下にありました。そして、粘着性の中間ゾーンは、約14か月ごとにスケジュールどおりにスリップすることがわかりました。

ほぼ同時に、太平洋全域で、地球科学防災研究所の地震学者が、西南日本の南海トラフ沈み込み帯を横切る地震計から地震計に周期的に広がる低周波振動に気づきました。現在東京大学地震研究所にいる小原一成は、これらのゴロゴロが地表から21マイル下で始まり、数日間続くことがあり、火山の噴火に伴う震えに似ていることを観察しましたが、これは火山地帯ではありませんでした。

小原とドラガートが会議で会ったとき、彼らはGPSによって検出されたスロースリップイベントドラガートと地震計で検出された非火山性微動小原の両方が沈み込み帯で同じタイプの知覚できないプレートの動きの兆候である可能性があることに気づきました。

「似たような持続時間、それぞれの沈み込み帯のストライクと同一の整合、同様の発生深度に衝撃を受けました」とDragert氏はメールで述べています。

そのため、ドラガートがカナダに戻ったとき、カナダの地質調査所でドラガートと働いていた同僚のガリー・ロジャースは、震動の証拠となる波形を特定するために古い地震記録の箱を探しました。彼らは、GPSユニットがスロースリップイベントを記録するたびにそれを見つけました。

「髪の毛は私の首の後ろに立っていました」とロジャーズは言います。「とてもエキサイティングな一日でした。」

それから間もなく、小原は日本で見た震えとスリップを一致させた。今、我々は、振戦の有無にかかわらず、異なる深さで、異なる持続時間で起こり得る異なる種類の遅い地震があることを知っています。彼らは静かに、アラスカ、コスタリカ、メキシコ、ニュージーランドの沖の沈み込み帯、サンアンドレアス断層の垂直プレートのインターフェースをすり抜けて滑りました（あなたが衛星や地震計でない限り）。

「私たちは、このような豊富なスペクトルと断層すべりイベントのファミリーがあることを本当に知りませんでした」と、ニュージーランド沖の遅い地震を研究するテキサス大学オースティンの地球物理学者、ローラ・ウォレスは言います。「プレート境界での断層の振る舞いやプレートの動きに対応する方法についての理解が大きく変わりました。かなり大したことです。」

ニュージーランドと海底。ヒクランギ海溝は、この画像の上部中央にある紺色の海溝（ケルマデック海溝）のすぐ南にあります。（Sandwell＆Smith（1997）、Stagpoole（2002））

しかし、スロースリップイベントのこの豊富なスペクトルを調査することは難題です。その理由の一部は、それらが非常に微妙であり、一部はそれらがほとんどアクセスできないためです。

「地球の奥深くにあるものを見るのは困難だと思うだけです」とロジャーズは言います。特に、もし何かが海の下にあるなら、数年ごとにニュージーランド北島の東海岸からヒクランギ海溝を数インチまで移動させるスロースリップイベントのように。

そのため、2014年にWallaceはクリエイティブになりました。彼女は海底圧力計のネットワークの展開を指揮し、スロースリップイベントを示す可能性のある海底の垂直方向の動きを検出しました。彼女はちょうどいいタイミングでした：圧力計が上下に上下する海底を検出しました。ウォレスと彼女のチームは、プレートが数週間にわたって約4〜8インチ滑ったことを計算しました。カスカディアと日本の表面下で発生するスロースリップとは異なり、これらのスリップは海底下でわずか2.5〜4マイルで発生しました。つまり、スロー地震は深さや元の状態とは大きく異なる条件下で発生する可能性があります。で発見。

さらに、ウォレスの圧力計が滑った溝の部分は、1947年に2つの連続した津波を発生させた同じ部分であり、コテージを崩壊させ、内陸の道路に2人の男性を投棄し、何とか誰も殺しませんでした。

「スロースリップイベントと沈み込み帯での有害な地震との関係を理解できれば、最終的にこれらのことを予測的に使用できるようになるかもしれません」と彼女は言います。

しかし、最初に、それらの検出と監視を改善する必要があります。これは、ペンシルベニア州立大学のデミアンサファーがやろうとしていることです。過去6年間、日本とドイツの科学者と協力して、西南日本の南海海溝近くの海底の深部にあるドリル穴に封印された機器のコレクションを2つのボアホール天文台に設置しました。。

これらのボアホール観測所と海底センサーのネットワークによって収集されたデータから、彼のチームは、小さな低周波地震の群れと一致するスロースリップの予備的な証拠を収集しました。 Safferは、これらのゆっくりとしたゆっくりとした滑りが、プレートの境界で、さもなければ壊滅的な地震で破裂するであろうペントアップストレスを解放しているのではないかと疑っています。

彼はこの現象を、少しのストレスを蓄積するが数ヶ月から数年ごとに失敗する滑りクラッチと比較しています。「私たちが見ているものは非常に予備的なものですが、プレート境界のストレスを緩和しているように見えるかなり一般的なスローイベントの兆候を見ています。これは一種のクールです」と彼は言います。彼はこれらの結果をこの秋に開催される米国地球物理学連合で発表します。

研究者は、ニュージーランドの海岸沖でのゆっくりとした滑りを監視していた一連の水中センサーを回収します。（カリフォルニア大学サンタクルーズ校のエリン・トッド提供）

Wallace、Saffer、および科学者の大規模な国際チームは現在、同様の観測所を設置するために、ヒクランギ海溝に掘削するための2018年の遠征を計画しています。また、海洋地殻にスピンを掘削する際に、地殻プレートを構成する岩石のサンプルを収集し、沈み込み帯の鉱物や流体がスロースリップを引き起こす原因を理解することを計画しています。

「どのような物理的条件がこの遅いスリップ挙動につながる可能性があるかについて、多くの理論があります」とウォレスは説明します。彼女は、最も人気のあるものの一つは、断層帯内の過剰な流体がそれを弱め、それがより簡単に滑ることを可能にすることだと言います。「しかし、私たちはまだそれを本当に理解していません」と彼女は付け加えます。

カスカディア沈み込み帯で始まったワシントン大学のハイジヒューストンも、スロー地震の根底にある基本的なメカニズムの理解に取り組んでいます。「どのプロセスがそれらを遅くしますか？」ヒューストンは言います。「それが彼らの中心的な謎です。」

ヒューストンは最近、震えが断層帯の下でうなり声を上げると、潮の干満がそれらを強化できるほど平凡な力を持っていることを発見しました。彼女は、構造プレート間の境界に堆積した深さ、流体圧力、および鉱物が、ゆっくりとした地震の特性をどのように変化させるかを調査し続けています。

他の地震学者、地球科学者、地球物理学者が発見されて以来、ゆっくりとした地震に引き寄せられたように、未知のもののスリルはヒューストンを動機付けています。

「私はこのプロセスを研究する時間を過ごしています」と彼女は言います。