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カテゴリ: 科学的好奇心

地震予知の三要素で、「場所」については目標値を設定していませんでした。
勘の良い方は、既に答に気付かれているのではないでしょうか。

地震のエネルギーは、地殻に蓄えられた歪です。
また、地殻に蓄えることができる歪の量の限度は、地震の規模にはほとんど影響しない事も
説明済みです。
地震の規模は、震源域の大きさに比例します。
ならば、地震の規模を予知するためには、現時点で地殻に溜まっている歪を計測すれば良い
のです。

では、どれくらいのメッシュで、地殻の歪の状態を調べれば良いのでしょうか。
地震予知研究の手引き(地震予知の目標地点)」で書いたように、マグニチュード6以上を
予知の対象とする予定です。
この大きさの震源域の長径は15km弱、短径はその半分程度になります。
こう考えると、メッシュは5km程度にする必要がありそうです。

ついでに、マグニチュード毎の震源域の長径の概算を列記しておきます。
  マグニチュード6.0   14km
  マグニチュード7.0   45km
  マグニチュード8.0  140km
  マグニチュード9.0  450km


ここまで書けば分かると思いますが、地震の規模を予測するために細かなメッシュで地殻に
蓄えられた歪を測定すれば、結果的に地震が発生する場所も同時に分かってしまうのです。
地震の規模を予測できるなら、地震の発生場所はピンポイントで分かるのです。



ところで、巷の地震予知がデタラメだと言うことが、分かりますね。
巷の地震予知では、地震の発生場所の予測が異常に広いですから、地震の規模が
分かるはずがないのです。


-地震予知研究の手引き(地震の発生時期)-

地震の規模と場所は、どこにどれくらいの歪が溜まっているかを調べれば分かりそうです。
では、地震が発生する時期は、どうなんでしょうか。

地震発生の時期の予測を考える前に、前兆現象の規模を考えておきましょう。


前回までの内容から、地震の規模は、震源域の大きさによって決まる事が理解できていると
思います。
このことから、地震のタネは非常に小さなもので、それがどこまで拡大するかは、地震の
タネができた場所の周辺の歪みの状態で決まると考えられます。
地震のタネができた場所が偶々広く歪みが溜まっている領域だったなら、大きな地震になる
のです。
となると、地震の前兆は、この地震のタネよりも小さなエネルギしかないことになります。
では、地震のタネの大きさはどれくらいでしょうか?

気象庁のデータベースを見てみると、観測史上最小の有感地震はマグニチュード0.2です。
地震のタネは、この地震と同等以下の規模だとわかります。
マグニチュード0.2は、約13万ジュールのエネルギに相当します。
これは、時速40キロで走行中の小型乗用車の運動エネルギに相当します。
地下10キロでマグニチュード0.2の地震に相当するエネルギが放出されるとすると、
10キロ離れた場所で、時速40キロの乗用車が崖に激突するのと同等だということです。
もちろん、精密な計測装置を用いれば、これを捉えることは難しくないでしょう。
ですが、この程度のエネルギで、電離層の擾乱や電子基準点の隆起・沈降を起こせるとは、
到底、思えません。


地震の発生時期を前兆現象から捉えようと考えるなら、非常に小さな現象を観測する必要が
あることが分かったと思います。
少なくとも、コロンブスの卵的な前兆現象は、あり得そうにないですね。


-地震予知研究の手引き(地震の始まり1)-

前回は、前兆現象から地震の発生時期を予測するには、非常に小さな現象を捉える必要が
あることを説明しました。
ですが、まだ問題があります。
それは、東京大学のゲラー博士が指摘している内容です。


ゲラー氏は、次のように述べ、地震予知はできないと主張されています。

予知できる地震はない。
 これは鉛筆を曲げ続ければいつかは折れるのと同じことだ。
 それがいつ起きるのか分からない


この考えは、物性が分かっていても、破壊が起きる瞬間を正確に予測することはできない
ことを基にしています。
地下の状態は、均質ではありません。
物性が分かっていても予測できないのに、均質ではなく、地質も状態も分かっていません。
そんな地下で起きる地震を予知することは、不可能!だと言うのです。

ゲラー氏の考えは、至極真っ当なものです。
いつ限界に達して破壊が始まるか、予測は難しいでしょう。
ただ、実際に鉛筆を折ると分かるのですが、「これ以上曲げると折れそうだ」と感じる
ところがあります。
これは、指先の鋭敏な感覚が、前兆を捉えているためかもしれません。
もし、そうであれば、地震にも前兆があっても良さそうです。
気象庁が、「東海地震は予知できる可能性がある」と言うのは、東海地震には前兆滑りと
呼ぶ前兆があると考えているためです。

ところが、この前兆滑りにも問題がありそうなのです。
次回は、私見を交えて、この辺りを深掘りしたいと考えています。 



-地震予知研究の手引き(地震の始まり2)-

地震には、前兆があるかもしれないと、前回は書きました。
同時に、更なる問題があるとも書きました。
何が問題か?
それは、亀裂が広がる速さです。


金属では、クラック(亀裂)の拡がる速さは、クラックの長さの2乗に比例します。
例えば、1mmのクラックが2mmに拡がるのに1秒かかるとします。
この場合、クラックが拡がる平均速度は、1mm/sになります。
クラックが2mmから4mmに拡がる場合は、長さが2倍あるので速度は4倍の4mm/s
になり、所要時間は2mm÷4mm/s=0.5秒になります。

岩盤の破壊も、似た性質を持つと思います。
仮に、岩盤内の亀裂が1μmから2μmに拡がるのに1日掛かるとします。
この場合、一般的な地震の破壊速度である4km/sまで早まった時の亀裂の長さは、
約25mとなります。
亀裂の長さ25mは、マグニチュード0.2の震源域の長さよりやや大きな値です。
亀裂が1μmから2μmに拡がるのに1日掛かるとの仮定は、悪くはないようです。

では、この仮定の基で地震の始まりを捉えるには、どのくらいの亀裂を見つける必要が
あるのでしょうか。

・亀裂の長さ:1m   地震発生の約0.2秒前
・亀裂の長さ:1cm  地震発生の約17秒前
・亀裂の長さ:1mm  地震発生の約3分前
・亀裂の長さ:1μm   地震発生の約2日
・亀裂の長さ:10nm 地震発生の約半年


地下数10キロの1mmの亀裂を捉えられたとしても、地震発生の僅か3分前にしか
ならない計算です。

早川氏は、「地震発生前のピキピキと割れる時に起きる電界で~」なんて言っていますが、
1週間前に発見するには、ピキピキと割れる長さは0.3μmくらいになってしまいます。
これで電離層の擾乱が発生するとは、到底考えられません。

村井氏は、熊本地震の前兆を2年前に捉えていたかのような発言もしていますが、
その時の亀裂の長さは2.5nmくらいしかなかったはずです。
これで、地表が4cm以上も隆起・沈降するとは、笑うしかないですね。

政府は、前兆滑りで東海地震を予知できる可能性があるとしていますが、怪しいですね。


はっきり言える事は、地震の前兆があるとしても、驚くほど小さなものだということ!
もう一つは、地震発生のギリギリまで、その前兆を捉える事は難しいだろうということ!


地震予知は、中々厳しいようです。


-地震予知研究の手引き(規模の推定方法1)-

地震予知研究の手引きも、いよいよ佳境に入ってまいりました。
今回から、規模の推定方法について、具体的な地震予知手法に入っていきます。


さて、数回前に「地震の規模と場所の関係」というサブタイトルで、地殻に溜まっている
歪を正確に測定できれば、発生場所と地震の規模の両方を推定する事が出来る旨を、
説明しました。
では、地殻に溜まっている歪を調べる方法には、どんなものがあるのでしょうか。
最も現実的な方法は、電子基準点を利用する事でしょう。

念のために申し上げておきますが、同じように電子基準点を利用して偽地震予知を行う
JESEAとは大きく異なる方法を用いるので、同等には考えないようにお願い致します。
JESEAが利用するデータは、ノイズ除去が不十分な速報解の中から誤差が出やすい垂線
方向のデータを抽出しているので、ほぼノイズを見ているだけです。
一方、ここで利用しようと考えているのは、ノイズ除去が行われた最終解を用い、三次元の
変位を用いる方法です。

電子基準点は、日本全国を網羅していること、水平線超え遠方との距離も測定できること、
最終解が出るまでのタイムラグはあるがリアルタイムで変位を知ることができる等の優れた
特徴があります。
また、日本列島下で鬩ぎ合う4枚のプレート上に電子基準点があることから、プレート間の
関係を見ることもできます。
ただ、4枚のプレートの全てに電子基準点はありますが、太平洋プレートは南鳥島にしか
電子基準点がないので、詳細なデータを得ることはできません。
また、数量も不足しており、充分なデータ量があるとは言えません。


電子基準点の必要数を考えてみましょう。
現状は、全国の約1300ヶ所に電子基準点は設置されています。
電子基準点1基当たりのカバー面積は、平均約300km²です。
電子基準点の間隔は約15~20kmであることが、逆算で分かります。
これは、マグニチュード7クラスの地震の震源域の大きさとほぼ同等です。
これでは、全く足りません。

予知したい地震の規模から、具体的な電子基準点の必要数を計算してみましょう。

                (基準点の密度)   (電子基準点数)
  マグニチュード6.0    5kmメッシュ   15200基(概数)
  マグニチュード7.0   15kmメッシュ    1700基(概数)
  マグニチュード8.0   50kmメッシュ     152基(概数)
  マグニチュード9.0  150kmメッシュ      17基(概数)

電子基準点は、平常に便利な計測装置ですが、数量の問題があるようですね。
現状でも1300基もあるので、マグニチュード7クラスなら予知できそうですが、
そうではありません。
地震は、小さなタネから始まり、歪が溜まっている範囲の中で拡がると考えられます。
どこで地震(地殻の破壊)が止まるのかを知るためには、細かなメッシュで状態を
知っておく必要があります。
それが分からないなら、マグニチュード7クラスに成長する前に収まってしまう地震に
惑わされてしまうのです。


実は、電子基準点の問題はこれだけではありません。
次回は、その辺りも説明した上で、手法について説明したいと考えています。


-地震予知研究の手引き(規模の推定方法2)-

電子基準点を用いて地殻の歪を計測するには、数量面の問題があることは示しました。
ですが、それ以前に、もっと大きな問題があります。

それは、電子基準点の計測では、地殻に歪が溜まっていく速さしか分からないことです。
つまり、現時点で溜まっている歪の総量を知ることができないのです。


電子基準点は、地球上の相対的な座標しか分かりません。
歪を計測しているわけではないのです。
「過去一年間で○○の歪が増えました」とは言えても、元々の歪の量がわからないのです。

では、どうすれば歪がどれくらい溜まっているか、分かるのでしょうか。

一つは、大きな地震が発生した直後からの累積で判断する方法です。
大きな地震が発生すると、震源域の中の歪は、ほぼ解消されると考えられます。
ですので、そこからの電子基準点の動きを解析すれば、歪の蓄積が分かります。
この方法の欠点は、地震が発生した地点しか、用いることができないことです。
マグニチュード7クラスでも、リセットされる範囲は1000km²未満です。
しかも、内陸部の発生頻度は、高いところでも数百年に一度しかありません。
なので、この方法を利用できる場所は僅かで、次の地震の発生時期は数百年から数千年も
先になります。

二つめは、日本中でボーリング調査を行うことです。
この調査で歪が分かるのか、専門外の私は存じませんが、問題はそれだけではありません。
まず、ボーリング調査が可能な深さです。
ボーリング調査の世界記録は、12262mです。日本の最高記録は、6310mだとか。
地震が多い数キロから数10キロの深さまで掘ることは、現時点の技術では厳しいようです。
また、充分な数のボーリング調査を行うための費用も、実施を難しくします。
おまけに、掘削で出る土砂の処分も、意外に面倒なものです。


どうやら、これらの手段では、歪の蓄積量の計測は、なかなか難しそうです。


-地震発生時期の推定方法(規模の推定方法3)-

規模の推定は、非常に難しいことを、ここまで書いてきました。
その中で、地震研究の専門家たちは、「場所と規模はある程度までわかるようになった」と
言っているようです。
電子基準点をはじめとして、衛星からの解析や歴史地震の研究等を経て、このようなセリフ
が出るところまで漕ぎ着けたのだと思います。
ただ、熊本地震では、事前の発生確率が低かったことから、歪の蓄積量が正確には分かって
いなかったのだろうと推察されます。

ならば、我々アマチュア研究者にも、多少の出番が残っているはずです。


皆さんは、歪の量を示す可能性が観測値をお持ちではないでしょうか?
毎年、一定のペースで変化し、地震が発生すると値が反対方向に大きく跳ぶ観測値は
ないですか?
地域毎に、観測値にかなり大きな差があるものはありませんか?
もし、そのような観測値があるなら、地殻の歪の量を示している可能性があります。

歪みの蓄積量を示す現象は、小さいとは限りません。
ただ、変化は非常にゆっくりだと思われます。
宮城県沖のように、30年ほどの周期で大地震が発生するところでも、歪の量の変化は年に
3%しかありません。
熊本のように数100年周期なら、1年後でも0.1%単位の変化しかありません。


取り敢えずは、なぜ観測値に影響するのかといった理論は、後回しにしましょう。
考えるべきは、地殻の歪を示しているならば当然現れるであろう特徴を、その観測値が
備えているかどうかです。
具体的には、以下のようなものです。

・地震発生時に大きく値が変化するか?
・地震発生時以外はほとんど値が変化しないか、または、一定のペースで変化しているか?
・地域毎に異なる値になるか?


この特徴を持っているなら、地殻の歪を表している可能性があります。
もし、このような特徴を持つ観測値が見つかったなら、電子基準点の変化量と相関関係に
あるか、確認してみましょう。
相関があるならば、いよいよ地殻の歪を表している可能性が高まります。

ここから先は、後でまとめます。


-地震予知研究の手引き(地震発生時期の推定方法1)-

地殻の歪の測定方法が確立したら、いよいよ地震の発生時期を推定する方法です。


過去の地震予知では、歪が限界に達した時に地震が発生するとして、歪の量の観測に力を注いできたようです。
ですが、この方法では、僅か1%の誤差でさえ、最短でも数ヶ月、どうかすると数100年の誤差になります。
ある程度の周期性を持つタイプの地震でさえ、発生周期はかなりの幅を持って変化することから、地下の状態には大きな差があると推測されます。
逆に言えば、小さな誤差で歪の量(限界までの量)を予測することは、不可能に近いと言えます。
そうであれば、正確な地震予知は不可能です。
これこそ、ゲラー氏が言っていることです。

ならば、どこに地震予知の隙間があるでしょうか?

大きく分けると、以下の三点だと思います。
一つめは、亀裂が始まる最も初期段階を捉えることです。
ですが、非常に微小な現象を捉える必要がある上、そこから地震発生までの時間は短いので、緊急地震速報と同類の役割に止まります。
二つめは、地震が始まる前の前兆を捉えることだと思います。
前兆が見つかれば、地震予知は一気に進むでしょう。
ですが、前兆があるという保証はどこにもありません。
三つめは、地震を引き起こす引き金を探すことだと思います。
地球は、色々な外乱が入っています。
その中の何かが、地震を引き起こしている可能性があります。
ただ、外乱が地震を引き起こしている保障もありません。

次回以降に、詳細を書いていく予定です。


-地震予知研究の手引き(地震発生時期の推定方法2)-

1.亀裂が始まる最も初期段階を捉える

これは、現象が存在する事がほぼ間違いないので、技術的な問題が残っているだけです。
技術の進歩と共に、確実に進歩するはずです。
それだけに、アマチュアの出る幕はなさそうです。
また、多少の進歩では、秒単位の成果しか得られません。
これも、アマチュアには旨味はありません。
一方、技術屋目線では、費用と時間さえ与えられるなら、面白そうな挑戦に見えます。
技術面の実力が確実に結果に繋がるので、技術屋の端くれの私には興味の湧くところです。


2.地震が始まる前の前兆を捉える

アマチュア研究者の典型的なアプローチが、この手法でしょう。
ですが、前兆があるとの保証はなく、あるとしても非常に微小な現象だろうと思われます。
また、理論的に前兆現象を見つけ出すことも、至難の技と思われます。
それゆえ、前兆が見つからないリスクが問題にならないアマチュア研究者こそ活躍できる場
なのかなと思います。
ただ、何度も繰り返しますが、自動車のエンジン程度でも再現できるような小さな現象で
あることは間違いないでしょう。


3.地震を引き起こす引き金を探す

これは、例えば月の潮汐力が地震を引き起こす引き金になっているとの考え方です。
有名なところでは、月や太陽、惑星の潮汐力、低気圧や大気重力波等の気象現象、地磁気や
太陽フレア、人工的な振動、周辺の地震等、色々あります。
この手法の問題は、地震との関係を見つける難しさと、地震の予知方法に結びつける難しさ
があります。
ですが、この手法も、アマチュア研究者に都合が良いところがあります。
前兆と同じで、地震を引き起こす事象があるとの証拠はありません。
また、理論的に導くより、統計的に見つける方が適している点でも、アマチュア研究者の
研究テーマに適しています。


次回は、更に突っ込んだ内容になる予定です。
 

-地震予知研究の手引き(コーヒーブレイク1)-

いよいよ次回から、地震予知研究の手引きも最終段階に入ります。
その前に、少し息抜きをさせてください。


ここまで読んで下さった方は既にお感じの事と思いますが、アマチュア地震研究と言っても
誰でも地震予知研究ができるわけではありません。
何がしかの研究者か、特殊な測定機材を日頃から使用されているエンジニアでなければ、
地震予知研究は難しいと思います。
理由の一つは、対象となる現象を測定する手段を、一般人は持ち合わせていないからです。


「いやいや。動物は鋭敏な感覚を持っているから、動物の観察で予知も不可能ではない」
そう考える方もおられるかもしれません。
ですが、鋭敏な感覚を持っているのは、人類も同じなのです。
例えば、人類の目の能力は、動物の中ではかなり優れている方です。
哺乳類の中では、人類の視力は最も良い方に分類されます。
暗がりでの視力も、動物の中では優れている方です。
見える波長も広く、特に波長が長い光に対する視力が優れています。
動物園に行くと、夜行性の動物の観察室は、赤色灯が点いています。
赤色灯は、動物にとって赤外線に相当し、彼らには見えませんが、人類には見えるのです。

また、人類は、犬や猫よりも低い周波数の音に敏感です。
地震動の周波数は低いので、犬や猫より人類の方が感じやすいと思われます。


人類には感じない現象でも動物には感じられると妄信する事は、研究者としては失格です。
論理的に考え、結果と推論との関係が妥当なのかを考えていくことが、大切だと思います。

地震予知研究の一助になるよう、アマチュア研究者の方々の活躍を期待しております。



-地震予知研究の手引き(コーヒーブレイク2)-

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