MITで地震研究を揺るがす| MITニュース

主要な環境イベントは独自の見出しを書きます。 生命の損失とインフラの破壊により、地震の余震は世界中に響き渡ります—地震波としてだけでなく、主要な地震イベントに続く写真やニュース記事でも。 したがって、科学者と一般市民の両方が、予測の最終的な目標を持って、断層のダイナミクスとその危険の可能性を理解することに熱心であることは不思議ではありません。

これを行うために、MITの地球大気惑星科学部（EAPS）の助教授であるWilliamFrankとCamillaCattaniaは、EQSci @ MITとしてチームを組み、観測、統計、モデリングを通じて、隠れた地震の振る舞いと断層の複雑さを明らかにしました。 一緒に、彼らの補完的な研究手段は、数時間または数ヶ月の期間にわたって発生するスロースリップアクションのような非地震イベントから数秒で発生する大規模な地震まで、すべてを支える断層力学を明らかにするのに役立ちます。 彼らはまた、断層や地震イベントがどのように進化するかをよりよく理解するために、地殻変動領域がイベントとどのように相互作用するかを見ています。そして、その過程で、これらのイベントが発生する頻度と予測可能性に光を当てます。

基本的に、 [we’re] 全体像の質問に答えるために、観察からモデリングまでのパイプラインを一緒に構築しようとしています」とフランクは言います。 「私たちが実際に何かを観察するとき、それは私たちが強い異質性と地震活動の多い場所での全体像の結果にとって何を意味しますか？」

忍び寄る地球を観察する

さまざまな種類の地震や断層を調査する方法はたくさんありますが、フランクは詳細で着実なアプローチを取ります。沈み込み帯での、ゆっくりと移動する低波の周波数の地震（スロースリップと呼ばれる）を長期間にわたって調べます。 これらのイベントは、一般の人々に気付かれず、地震計によって登録される明らかな地震波の特徴を欠いている傾向があります。 しかし、それらは地殻変動の蓄積とエネルギーの放出に重要な役割を果たします。 「これらのスロースリップイベントのサイズを調べ始めると、地震と同じくらい大きいことがわかります」とフランクは言います。

彼のグループは、GPSなどの測地データを利用して、断層上および断層の近くで地面がどのように移動するかを監視し、地下深くに降りるときにプレート境界面に沿って何が起こっているかを明らかにします。 地殻の表面近くでは、プレートは境界に沿って一緒にロックされ、圧力を高め、それを巨大地震として解放する傾向があります。 しかし、その地域の下では、岩はより弾力性があり、変形してクリープする可能性があり、それは計装で拾うことができます。 「一時的なイベントがあります。 それらは地震のように一定の期間にわたって発生しますが、数秒から数分ではなく、数日から数か月続きます」と彼は言います。

スロースリップは、応力と解放の両方を通じて沈み込み帯にエネルギー負荷を引き起こす可能性があるため、フランクと彼のグループは、スロー地震が大地震の可能性がある地震地域とどのように相互作用するかを理解したいと考えています。 フランクは、長期的な測定値から数時間のスケールで取得された測定値までの観測データを掘り下げることによって、スロースリップ中に繰り返される多くの小さな地震がしばしばあることを学びました。 データを一見すると単なるノイズのように見えるかもしれませんが、詳細な検査で明確な信号が現れ、閉じ込められた流体の存在や、断層に沿ったさまざまな場所での沈み込みゾーンの動作など、地下プレートの境界面について多くのことが明らかになります。

「いつ、どこで、どのように大地震が発生するのかを本当に知りたいのなら、その周りで何が起こっているのかを理解する必要があります」と、日本からの沈み込みプレートの境界を調査し、世界中でプロジェクトを行っているフランクは言います。太平洋岸北西部、そして南極大陸までずっと。

モデリングの複雑さ

カミラ・カッタニアの作品は、フランクの作品の対位法を提供します。 フランクグループが地震および測地記録の収集を組み込んでいる場合、カタニアは地震の物理学を理解するために数値、分析、および統計ツールを採用しています。 彼女のチームは、モデリングを通じて、仮説をテストし、収集したデータを使用してモデルに情報を提供し、モデルを改良することで、現場で裏付けとなる証拠を探すことができます。 イタリアの母国での主要な地震災害の影響を受けたカタニアは、地震予測で実用化するためのモデルに貢献する可能性に強い関心を持っています。

彼女の仕事の1つの側面は、理論モデルを断層幾何学の複雑な現実と調和させることでした。 各断層には、その挙動に影響を及ぼし、時間の経過とともに進化する可能性のある独自の物理的特性があります。断層の寸法だけでなく、岩石の割れ目の方向、岩石の弾性特性、岩石の不規則性と粗さなどの要因もあります。表面。 余震シーケンスの数値モデルを調べたところ、以前のモデルでは計算に理想化された断層面が使用されていたため、統計モデルほど予測的ではないことを示すことができました。

これを改善するために、Cattaniaは、自然界に見られる複雑さとより一貫性のある断層形状を組み込む方法を模索しました。 「これを体系的に実装した最初の企業であり、統計モデルと比較しました。そして、これらの物理モデルを十分に現実的にすれば、うまく機能することを示しました」と彼女は言います。

Cattaniaはまた、断層の物理的特性が地震の頻度とサイズをどのように制御するかをモデル化することも検討しています。これは、断層がもたらす危険を理解する上で重要な問題です。 いくつかの地震シーケンスは間隔を置いて繰り返される傾向がありますが、ほとんどはそうではなく、簡単な予測に反しています。 これがなぜであるかを理解しようとする際に、Cattaniaは説明します、サイズがすべてです。 「周期性は地震の大きさに依存する特性であることがわかりました。 小さな地震よりも大きな地震の方が周期的な振る舞いをする可能性がはるかに高く、それは弾性がサイクルを制御する方法と弾性の基本的な物理学から生まれたものです」と彼女は言います。

相乗的アプローチ

最終的に、MITのEAPSでのコラボレーションを通じて、フランクとカタニアは、地震科学のより急速な進歩を促進するために、観測とモデリングの間のより多くのコミュニケーションを構築しようとしています。 「地震と測地の測定をこれまでになく改善し、新しいデータ分析技術とともに、断層の挙動を調査する絶好の機会を提供しています」とCattania氏は言います。 「数値モデルと理論を使用して、断層がそのように滑る理由を説明しようとします。進歩を遂げるための最良の方法は、モデルと観測者が互いに話し合うことです。」

「観測地球物理学について、そして私の科学が有用であるために私が本当に好きなのは、多くの異なる人々と協力し、相互作用することです」とフランクは言います。 「その一部は、私たちが生成できるさまざまな観察アプローチと制約をまとめることです。 [then] 結果をモデルに伝達します。 多くの場合、私たちが望むほど多くのコミュニケーションはありません [between the groups]; カミラがここにいることにとても興奮しています。」