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地震ノイズが描く地球内部

地球の「ざわめき」が惑星内部の探査に役立つ



Charles Q. Choi, OurAmazingPlanet Contributor - Nov 23, 2012 10:35 AM ET


地球の内部。
CREDIT: USGS.


地球の全球的な「ざわめき」がいま、科学者たちが地球の内部深くを探査するのに役立っている、と研究者のグループは話す。

このざわめき――地震ノイズと呼ばれ、嵐が起こす海洋の波などの源が生成する――は地球上のあらゆる場所で検知できる。それは科学者たちがこの惑星の内部を分析するのに役立つ。このように研究者たちは、Science誌の11月23日号に発表された新しい研究の中で述べた。

従来、研究者たちは地震で生じた地震波を分析することによって地球の内部をのぞき見ている。地震波が地球を通り抜ける道は、岩石組成、温度および圧力などの、地球内部の物理的性質に依存する。そうして、地震波の振る舞い方は目ではほとんど見ることのできない地球の地質学についての有用な手がかりをもたらす。

「これらの波を使って、地震学者たちは医療画像と似た方法で画像を作る」とジョゼフ・フーリエ大学(フランス、グルノーブル)の地震学者、ミシェル・カンピーヨ(Michel Campillo)はOurAmazingPlanetに語った。

この戦略の問題はそれが地震に依存することである。「大地震は滅多にない――幸運なことに!」とカンピーヨは話した。地震は多くが特定の場所で繰り返されるので、一部の地域は良い画像が得られるが他の場所は相対的に不明瞭なままになる。

地震による地震波に加えて、地球の内部は地震ノイズが充満している。これは、嵐の間の海洋の隆起などの、さまざまな源による地表の爆撃から生じたざわめきの集合である。

「ノイズは役に立たないとされ、それが僅かな地震シグナルを隠すことからやっかいものとさえ思われていた」とカンピーヨは話した。

ノイズを追跡する

だが、近年、時間をかけて収集した大量の地震データを分析することによって、研究者たちは地表を震わせて伝わる背景の地震ノイズ波を追うことに成功した。いま、科学者たちは彼らが背景ノイズを使って地球の内部深くの画像化もできることを明らかにする。この戦略の利点は「背景ノイズイメージングは地震がない地域にも適用できる」ことだとカンピーヨは話した。

科学者たちはフィンランド北部の42ヶ所に地震計を設置し、それぞれの地震計のあいだの地震ノイズシグナルを比較した。地震によるシグナルと地震ノイズ表面波をフィルタリングして取り除くことで、彼らは背景地震ノイズが地球を通って震わせる様子を復元することができた。

「フィンランドは非常に古く均質な地殻を持つ場所であるために良い場所だった」とカンピーヨは話した。その時代の古さは地震波の読み解きを混乱させる新しい活動が少ないことを意味し、その一様な性質は地震波の発見を難しくする物質の多様性が少ないことを意味する。

地球道具箱

このデータを用いて、研究者たちは地球のマントル(地球の地殻のすぐ下の大きな層である)の上と下の層とを分離する遷移帯を画像化した。マントルの最上部は厚さ約9マイル(15キロメートル)で地表からの距離は255マイル(410 km)だったが、マントルの最下部は厚さ約2.5マイル(4 km)で地表からの距離は410マイル(660 km)だった。最上部と最下部のあいだの違いは深さによって圧力が変わることによる結晶構造の変化のせいである。

「これらの微細構造の変化は地震波速度を増加させ、地震波がそれらが起こる層で反射されて、最終的に我々がそれを検知する」とカンピーヨは話した。

究極的には、背景地震ノイズは研究者たちがマントルの遷移帯――上側と下側の層が接する――をスキャンするのに役立つだけではなく、はるばる下のコア-マントル境界を探査するのにも役立つだろう。

「背景ノイズは地球物理学者たちの道具箱のもう一つの要素だ」とカンピヨは話した。「我々の研究はそれがどこでも発展させることができ、新しい観察のコレクションを全球スケールでできることを示す」

OurAmazingPlanet
Earth's 'Hum' Helps Probe Planet's Interior
Charles Q. Choi, Nov 23, 2012 10:35 AM ET

原論文
P. Poli, M. Campillo, H. Pedersen, LAPNET Working Group
Body-Wave Imaging of Earth’s Mantle Discontinuities from Ambient Seismic Noise
Science 23 November 2012: Vol. 338 no. 6110 pp. 1063-1065
DOI: 10.1126/science.1228194
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