気圧センサーが地震のマグニチュード測定に役立つ

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新しい研究によると、地面の揺れによる大気圧の変化を検出するセンサーは、多くの地震計の上限を超える大地震や爆発に関するデータも取得できるという。

このセンサーは空気中を伝わる不可聴の超低周波音を検出するもので、コストを削減しながら津波警報やその他の緊急対応を改善できる可能性がある。

アラスカ大学フェアバンクス地球物理研究所の科学者らによる研究では、超低周波センサーが等級の測定を改善できることが示されています。 初期の津波警報は、推定された規模と位置のみに基づいて出されます。

インフラサウンドセンサーは地震計よりも安価で信頼性が高く、他の用途にアラスカに多数存在します。

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地球物理学研究所ウィルソン・アラスカ技術センターのケン・マクファーソン氏は、「我々が行ったことは、実際には意図されていない目的で超低周波音を使用したことだ。我々は、超低周波音が強い地震に関する完全なデータを提供するのにうまく機能することを発見した」と語った。 」

これらの圧力感知超低周波音響機器は、通常、鉱山爆発や核爆発の検出など、地震以外の目的で使用されます。 また、地滑り、火山の噴火、地球の大気圏に突入する隕石も記録します。

マクファーソン氏は、米国地震学会誌に4月21日に掲載された研究論文で、地震学における超低周波音センサーの使用について詳しく述べている。

マクファーソンは地震音響研究および運用科学者です。 研究に関わったウィルソン・アラスカ・テクニカル・センターの他のメンバーには、デイビッド・フィー所長、データ専門家ジュリアン・コフィー氏、現在は民間部門で働いている機械学習専門家アレックス・ウィツィル氏が含まれる。

超低周波音波センサーは、人間が聞くことができる周波数よりも低い超低周波音波によって引き起こされる気圧の変化を記録します。

インフラサウンドセンサーは、地震時の地面の上下運動によって引き起こされる気圧の変化を検出することで、地震の地震動の全範囲を記録できます。

地面が上向きに動くと空気が圧縮され、ピストンと同じように空気圧が増加します。 下方への移動により圧力が減少します。

最大の地震による圧力変化でさえ、超低周波音センサーの上限をはるかに下回ります。

対照的に、実際の地面の動きを記録する地震計には上限があり、大規模な地震の場合には最上位のデータが欠如する可能性があります。 また、小規模な地震が地震計に近すぎると発生した場合、そのデータを見逃してしまう可能性もあります。

地震学者はこのデータ損失を「クリッピング」と呼んでいます。

「ステレオの音量を上げすぎると、ひどい音になります」とマクファーソン氏は言う。 「それは、スピーカーのダイナミックレンジを超えていることを意味します。それは地震計でも起こり得ることです。」

地震学者は、インフラサウンドセンサーとは異なる強震検知器を導入することでクリッピングを克服できます。 これらのモーションセンサーは激しい揺れの際にスケールを外れることはありませんが、高価であり、小規模な地震に対しては正確ではありません。 約 130 か所がアラスカ周辺にあり、そのほとんどが都市部と既知の断層の近くにあります。

一例として、マクファーソンらは、2018年11月30日に発生したマグニチュード7.1のアンカレッジ地震の超低周波音データを地震計のデータと比較した。 両方の計器は震源地から30.6マイルの同じ場所にありました。

「あの地震の地震計の記録は、計測器のダイナミックレンジに達して停止した」とマクファーソン氏は語った。 「したがって、振幅情報が失われます。」

この地震計は、アラスカ中南部地域でその地震による最上位のデータが欠落していたいくつかの地震計のうちの 1 つでした。 インフラサウンドセンサーからのデータは切り取られませんでした。

インフラサウンドモニターのトップエンドデータの精度をチェックするために、マクファーソン氏はそれを同じ場所にある強震計のデータと照合した。 それらは一致しました。

インフラサウンドセンサーも、地震計と同じくらいタイムリーにデータを提供できます。 津波の可能性がある場合、これは特に重要です。 国立津波警報センターは、地震発生から警報を発令するまでにわずか4分しか与えられていない。

「近くにあるすべての地震計がクリップし、津波警報センターが津波を警告するために正確なマグニチュードを取得しようとしている場合、地震計と同じ場所に設置されている近くの超低周波観測所からマグニチュードをすぐに計算できるだろう」とコフィー氏は語った。

アラスカ州には、州全体に地震モニターと並んで約 150 個の超低周波センサーが設置されています。

これらの一部は、地球の地殻と上部マントルの地図を作成するために米国科学財団によって資金提供されたプロジェクトであるアーススコープ可搬型アレイの一部でした。 一時的なアレイは徐々に全米に移動し、2014 年にアラスカに到着しました。現在、これらの観測点のうち 96 か所がアラスカ地震センターの常設監視ネットワークの一部となっています。

「アラスカにはこのユニークな資源があり、それを最大限に活用するために科学を推進しています」とマクファーソン氏は語った。 「私たちはこれを新しい方法で活用したいと考えています。」

参照: Macpherson KA、Fee D、Coffey JR、Witsil AJ。 ローカル超低周波音を使用して地震速度と地震マグニチュードを推定します。 Bull Seismic Soc Am. 2023.土井: 10.1785/0120220237

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