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地震学(/ s aɪ z ˈ m ɒ l ə dʒ i , s aɪ s - / ;古代ギリシャ語のσεισμός ( seismós ) は「地震」を意味し、-λογία ( -logía ) は「〜の研究」を意味する)は、地震(または一般的には地震動)および惑星を通じた弾性波の発生と伝播の科学的研究である。また、津波などの地震の環境影響、火山、プレートテクトニクス、氷河、河川、海洋微小地震、大気などの他の地震源、および爆発などの 人為的プロセスの研究も含まれます。
古地震学は、地質学を用いて過去の地震に関する情報を推測する関連分野です。地震計によって作成された、時間の関数としての地球の動きの記録は、地震記録と呼ばれます。地震学者は、基礎地震学または応用地震学を研究する科学者です。
歴史
古代および古典時代
地震への学術的な関心は古代にまで遡ることができます。地震の自然的原因に関する初期の推測は、ミレトスのタレス(紀元前 585年頃)、ミレトスのアナクシメネス(紀元前 550年頃)、アリストテレス(紀元前 340年頃)、張衡(紀元132年)の著作に含まれています。
紀元132年、中国漢王朝の張衡は、世界初の地震計を設計しました。[1] [2] [3]
近代科学の始まり
17世紀、アタナシウス・キルヒャーは、地震は地球内部の流路系における火の動きによって引き起こされると主張しました。マーティン・リスター(1638~1712)とニコラ・レメリー(1645~1715)は、地震は地球内部の化学爆発によって引き起こされると提唱しました。[4]
1755年のリスボン地震は、ヨーロッパにおける科学の開花期と重なり、地震の挙動と原因を解明するための科学的試みが活発化しました。初期の研究としては、ジョン・ビーヴィス(1757年)とジョン・ミッチェル(1761年)の研究が挙げられます。ミッチェルは、地震は地球内部で発生し、「地表から何マイルも下にある岩石の塊の移動」によって引き起こされる波動であると結論づけました。[5]
1839年、スコットランドのコムリー近郊で発生した一連の地震を受けて、イギリスでは地震のより良い検知方法を開発するための委員会が結成されました。その結果、ジェームズ・デイビッド・フォーブスによって最初の近代的な地震計の1つが開発され、 1842年にデイビッド・ミルン=ホームの報告書で初めて発表されました。[6]この地震計は倒立振り子式で、振り子の上の紙に鉛筆を置いて地震活動の測定値を記録しました。ミルンの報告書によると、提案された設計は効果的ではありませんでした。[ 6]
1857年から、ロバート・マレットは現代の計器地震学の基礎を築き、爆薬を用いた地震学実験を行いました。彼はまた、「地震学(seismology)」という言葉の造語者でもあります。[7]彼は「地震学の父」と広く考えられています
1889年、エルンスト・フォン・レーボア=パシュヴィッツは、最初の遠地地震信号(ドイツのポッツダムで記録された日本の地震)を記録しました。[8]
1897年、エミール・ヴィーヘルトは理論計算により、地球内部は鉄の核を取り囲むケイ酸塩のマントルで構成されているという結論に達しました。[9]
1906年、リチャード・ディクソン・オールダムは、地震記録においてP波、S波、表面波が別々に到達していることを特定し、地球に中心核があるという最初の明確な証拠を発見しました。[10]
1909年、近代地震学の創始者の一人であるアンドリヤ・モホロヴィチッチ[11] [12] [13]は、モホロヴィチッチ不連続面[14]を発見し、定義しました。 「モホ不連続面」または「モホ」とも呼ばれるこの不連続面は、地殻とマントルの境界です。これは、地震波が岩石の密度変化を通過する際に、その速度が明確に変化することで定義されます。[ 15]
1910年、1906年4月のサンフランシスコ地震を研究した後、ハリー・フィールディング・リードは「弾性反発理論」を提唱しました。これは現代の地殻構造研究の基礎となっています。この理論の発展は、弾性材料の挙動と数学に関する、それ以前の独立した研究の流れの大きな進歩に依存していました。[16]
破壊的な地震の余震に関する初期の科学的研究は、1920年1月のハラパ地震の後に行われました。地震後、80kg(180ポンド)のヴィーヘルト地震計が鉄道でメキシコの都市ハラパに運ばれました。この機器は余震を記録するために使用されました。地震計のデータから、最終的に本震は浅い地殻断層に沿って発生したことが判明しました。[17]
1926年、ハロルド・ジェフリーズは地震波の研究に基づいて、マントルの下の地球の核は液体であると初めて主張しました。[18]
1937年、インゲ・レーマンは地球の液体の外核の中に固体の内核があることを突き止めました。[19]
1950年、マイケル・S・ロンゲット=ヒギンズは地球規模の背景地震微小地震の原因となる海洋プロセスを解明しました。[20]
1960年代までに、地球科学は地震現象と測地運動の原因に関する包括的な理論が、現在では確立されたプレートテクトニクス理論に統合されるまでに発展しました。[21]
過去300年間の地震学の発展の詳細な説明は、Discover Environment誌に掲載されています。https://link.springer.com/journal/44274
地震波の種類

地震波は、固体または流体の物質中を伝播する弾性波です。物質内部を伝わる実体波、物質の表面または物質間の界面に沿って伝わる表面波、そして定在波の一種である固有振動 に分けられます。
実体波
実体波には、圧力波または一次波(P波)と横波または二次波(S波)の2種類があります。P波は圧縮と膨張に関連する縦波で、波の伝播方向と平行な粒子の運動を伴います。P波は固体中を最も速く伝わる波であるため、地震記録に常に最初に現れる波です。S波は横波に関連する横波で、波の伝播方向と垂直な粒子の運動を伴います。S波はP波よりも遅く伝わるため、地震記録ではP波よりも遅く現れます。S波は横波の強度が低いため、流体は横弾性波を支えることができず、S波は固体中のみを伝わります。[22]
表面波
表面波は、P波とS波が地球の表面と相互作用することによって発生します。これらの波は分散性があり、異なる周波数には異なる速度があることを意味します。主な2つの表面波の種類は、圧縮と横波の両方の運動を持つレイリー波と、純粋に横波のラブ波ですレイリー波は、P波と垂直偏波S波が地表と相互作用することによって生じ、あらゆる固体媒質中に存在することができます。ラブ波は、水平偏波S波が地表と相互作用することによって形成され、固体媒質の弾性特性が深さとともに変化する場合にのみ存在することができます。これは地震学の応用では常に当てはまります。表面波は、P波やS波が地表と相互作用するために間接的な経路を伝わるため、P波やS波よりも遅く伝わります。地表に沿って伝わるため、エネルギーは実体波よりもゆっくりと減衰します(1/距離2 vs. 1/距離3)。そのため、表面波によって引き起こされる揺れは一般に実体波よりも強く、主要な表面波は地震記録において最も大きな信号となることがよくあります。表面波は、浅い地震や地表近くの爆発のように、震源が地表に近い場合に強く励起され、深い震源でははるかに弱くなります。[22]
基準モード
実体波と表面波はどちらも進行波ですが、大地震は地球全体を共鳴鐘のように「鳴らす」こともあります。この鳴らし方は、離散的な周波数と約1時間以下の周期を持つ通常モードの混合です。非常に大きな地震によって引き起こされる通常モードの動きは、発生後最大1か月間観測できます。[22]通常モードの最初の観測は1960年代に行われました。これは、より高精度な機器の登場が、20世紀最大の地震の2つ、1960年のバルディビア地震と1964年のアラスカ地震と一致したためです。それ以来、地球の通常モードは、地球の深部構造に関する最も強力な制約のいくつかを与えてきました。
地震
地震の科学的研究における最初の試みの一つは、1755年のリスボン地震でした。地震学の科学における大きな進歩を促した他の地震には、 1857年のバジリカータ地震、1906年のサンフランシスコ地震、1964年のアラスカ地震、2004年のスマトラ・アンダマン地震、そして2011年の東日本大震災などがあります。
制御震源
爆発や振動する制御された震源によって発生する地震波は、地球物理学における地下探査の主要な方法の1つです(誘導分極法やマグネトテルリック法など、さまざまな電磁気学的手法に加えて)。制御震源地震学は、石油を含む岩石、断層、岩石の種類、そして長い間埋もれていた巨大な隕石クレーターにおける岩塩ドーム、背斜、その他の地質学的トラップのマッピングに使用されてきました。例えば、恐竜の絶滅に関与していると考えられている衝突によって形成されたチクシュルーブ・クレーターは、白亜紀-古第三紀境界の噴出物を分析することで中央アメリカに特定され、その後、石油探査の地震地図を用いて物理的に存在が証明されました。[23]
地震波の検出
地震計は、弾性波によって生じる地球の動きを検知し記録するセンサーです。地震計は、地表、浅い地下室、掘削孔、または水中に設置されます。地震信号を記録する完全な機器パッケージは、地震計と呼ばれます。地震計のネットワークは、世界中の地盤の動きを継続的に記録し、世界的な地震やその他の地震活動源の監視と分析を容易にします。地震波は津波よりもかなり速く伝わるため、 地震の迅速な位置特定により津波警報が可能になります
地震計は、爆発(核爆発および化学爆発)、風[24]や人為的活動による局所的なノイズ、海洋波によって誘発される海底や海岸で発生する絶え間ない信号(全球微小地震)、巨大な氷山や氷河に関連する氷圏現象など、地震以外の発生源からの信号も記録します。最大4.2×10⁻13 J ( TNT火薬10キロトンの爆発で放出されるエネルギーに相当)の海上隕石衝突は、地震計によって記録されています。また、多くの産業事故やテロリストによる爆弾や事件(法医学地震学と呼ばれる研究分野)も記録されています。地球規模の地震監視の主な長期的な目的は、核実験の検出と研究です。
地球内部のマッピング

地震波は地球の内部構造と相互作用しながら効率的に伝播するため、地球内部を研究するための高解像度の非侵襲的な方法を提供します。最も初期の重要な発見の1つ( 1906年にリチャード・ディクソン・オールダムによって示唆され、1926年にハロルド・ジェフリーズによって決定的に示された)は、地球の外核が液体であるというものでした。S波は液体を透過しないため、液体の核は地震の反対側の地球の側に「影」を作り出し、直接S波は観測されません。さらに、P波はマントルよりも外核をはるかに遅く伝わります
地震学者は、地震トモグラフィーを用いて多数の地震計の読み取り値を処理することに成功し、地球のマントルを数百キロメートルの解像度で地図化しました。これにより、科学者は対流細胞や、核とマントルの境界付近の大規模な低剪断速度領域などの大規模な特徴を特定することが可能になりました。[25]
地震学と社会
地震予知
今後起こる地震の起こりそうな時期、場所、規模などの重要な特徴を予測することを地震予知といいます。地震学者などによって、VAN 法など、正確な地震予知のための効果的なシステムを作るためのさまざまな試みがなされてきました。ほとんどの地震学者は、個々の地震に対してタイムリーな警報を発するシステムはまだ開発されていないと考えており、そうしたシステムが差し迫った地震の有用な警報を発する可能性は低いと考える人も多くいます。しかし、より一般的な予報では、地震の危険性を日常的に予測しています。こうした予報は、特定の期間内に特定の場所に影響を及ぼす特定の規模の地震の発生確率を推定するものであり、地震工学で日常的に使用されています。
2009年4月5日、イタリアのラクイラで発生したマグニチュード6.3の地震に関連して、イタリア当局が地震学者6人と政府職員1人を過失致死罪で起訴したことを受け、地震予知をめぐる国民の論争が勃発した。[26]ネイチャー誌の報道によると、起訴状はイタリア国内外で地震の予知に失敗したことが理由と広く受け止められており、アメリカ科学振興協会とアメリカ地球物理学連合から非難を浴びた。[26]しかし、ネイチャー誌はまた、アクイラの住民は地震の予知の失敗を起訴の理由ではなく、科学者がリスクを評価し、伝達できなかったとされる失敗だと考えていると指摘している。[26]起訴状によると、地震発生の1週間前にラクイラで行われた特別会議では、科学者と当局は地震のリスクと備えに関する適切な情報を提供するよりも、住民をなだめることに関心があったという。[26]
歴史的記録が存在する場所では、将来の地震の時期、場所、規模を推定するために使用できる場合があります。考慮すべき解釈要素がいくつかあります。歴史的地震の震源地または震源と規模は解釈の対象となるため、歴史的記録に記載されているM5~6の地震は、記録が残っている人口密集地域で中程度に感じられた、他の場所で発生したより大きな地震である可能性があります。歴史的期間の記録はまばらまたは不完全であり、地震の地理的範囲の全体像を示していないか、歴史的記録には地震サイクルの中で非常に短い期間である数世紀にわたる地震記録しか含まれていない可能性があります。[27] [28]
工学地震学
工学地震学は、工学目的の地震学の研究と応用です。[29]一般的には、地震工学の目的で、ある場所または地域の地震災害の評価を扱う地震学の分野に適用されます。したがって、地球科学と土木工学をつなぐものです。[30]工学地震学には2つの主要な要素があります。第一に、地震の歴史(例えば、地震活動の歴史的[30]および観測カタログ[31])とテクトニクス[32]を研究し、ある地域で発生する可能性のある地震とその特徴および発生頻度を評価します。第二に、地震によって発生する強震動を研究し、同様の特徴を持つ将来の地震による予想される揺れを評価します。これらの強震動は、加速度計や地震計による観測値、または様々な技術を用いてコンピュータでシミュレートされたもの[33]であり、それらはしばしば地震動予測方程式[34](または地震動モデル)[1]の開発に使用されます。
アクション
地震計は大量のデータを生成する可能性があります。このようなデータを処理するシステムには、以下のものがあります。
- CUSP(Caltech-USGS Seismic Processing)[35]
- RadExPro地震計ソフトウェア
- SeisComP3 [36]
地震学者一覧
- Aki, Keiichi
- アンブレイジーズ、ニコラス
- アンダーソン、ドン・L.
- ボルト、ブルース
- ベロザ、グレゴリー
- クレアバウト、ジョン
- ジェウォンスキー、アダム・マリアン
- ユーイング、モーリス
- ガリツィン、ボリス・ボリソビッチ
- ガンブルツェフ、グリゴリー・A.
- グーテンベルク、ベノ
- ハフ、スーザン
- ジェフリーズ、ハロルド
- ジョーンズ、ルーシー
- 金森、ヒロオ
- ケイリス=ボロック、ウラジミール
- ノップフ、レオン
- レーマン、インゲ
- マセルウェイン、ジェームズ
- マレット、ロバート
- メルカリ、ジュゼッペ
- ミルン、ジョン
- モホロヴィチッチ、アンドリヤ
- オールダム、リチャード・ディクソン
- 大森、フサキチ
- セバスチャン・デ・メロ、ポンバル侯爵
- プレス、フランク
- ラウティアン、タチアナ・G.
- リチャーズ、ポール・G.
- リヒター、チャールズ・フランシス
- 関谷、成敬
- シー、ケリー
- ポール・G・シルバー
- スタイン、ロス
- タッカー、ブライアン
- ヴィダーレ、ジョン
- ウェン、リアンシン
- ウィンスロップ、ジョン
- チャン・ヘン
関連項目
- 星震学 – 星の振動(星震)の研究
- クライオシズム – 非テクトニック地震
- 群発地震 – 短期間に発生する局所的な地震の連続
- 工学地質学 – 地質学の工学への応用
- 震源距離
- 調和微動 – マグマまたは火山ガスの地下移動に伴う持続的な地盤振動
- 日震学 – 太陽の振動を通して太陽の構造とダイナミクスを研究する
- IRISコンソーシアム – 地震データを使用する以前の研究グループ
- 等震図 – 地震学で使用される地図の種類
- 線形地震インバージョン – 線形モデルを用いた地震データの解釈
- 月の地震学 – 月の地盤運動の研究
- 火星地震 – 火星で発生する地震
- 地震(自然現象) – 一般的な星間天体の表面の揺れ
- 地震干渉法
- 地震荷重
- 地震マイグレーション – 測定プロセス
- 地震ノイズ – 地盤の比較的持続的な振動の総称
- 耐震性能解析 – 建物や構造物の地震に対する応答の研究Pages displaying short descriptions of redirect targets
- 地震速度構造 – 地震波速度の変化
- 地震性 – 地震によって揺さぶられた堆積物/構造
- 地震電磁気学 - 電磁現象
- 地震テクトニクス
- 安定化逆Qフィルタリング - データ処理技術
注記
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外部リンク
- USGS地震ハザードプログラム
- 1910年までの地震学の略史(UCSB ERI)