[論文レビュー] On the recent seismic activity at eastern Aegean Sea: Analysis of fracture-induced electromagnetic emissions in terms of critical fluctuations

Yiannis Contoyiannis, Stelios M. Potirakis+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2017

Earthquake Detection and Analysis参考文献 23被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、東エーゲ海におけるマグニチュード5以上の主要な地震発生の前に関連する破壊誘発電磁放射（EME）を、臨界フラクタル法（MCF）を用いて分析した。地震発生の数日前に臨界状態の条件が特定され、2017年6月12日および7月20日の地震の前には三臨界転移行動が検出された。これは、地球内部の臨界現象を通じて、EME信号が地震発生の前触れを示す可能性があることを示唆している。

ABSTRACT

In this letter we show, in terms of fracture-induced electromagnetic emissions (EME) that the Earth system around the focal areas came to critical condition a few days before the occurrence of recent significant (M>5) earthquakes (EQs) which happened in the region of the eastern Aegean Sea, between the Greek Islands of Lesvos (6-7, 12 February 2017 and 12 June 2017) and Kos (20 July 2017) and the Turkish Asia Minor coastline. Moreover, departure from the critical state in terms of a tricritical crossover was identified in the EME recorded prior to the 12 June main event as well as prior to the 20 July main event. The analysis was performed by means of the method of critical fluctuations (MCF).

研究の動機と目的

• 岩石の破壊プロセスに関連する電磁放射（EME）が、大規模な地震の発生前に臨界的予兆状態を示すかどうかを調査すること。
• 東エーゲ海における顕著な地震発生の数日前に、地球系が臨界フラクタルを示すかどうかを特定すること。
• 地震破壊の直前におけるEMEデータに、三臨界転移現象が存在するかどうかを検出すること。
• 臨界フラクタル法（MCF）が活発な構造的変動帯における地球物理学的EMEデータに適用可能かどうかを検証すること。
• 大規模地震の物理的予兆を測定可能なものとして特定することで、早期警報システムの開発に貢献すること。

提案手法

• 東エーゲ海で記録された破壊誘発電磁放射（EME）の時間的変動を分析するために、臨界フラクタル法（MCF）を適用すること。
• レスボス島およびコス島、およびトルコの沿岸に設置されたモニターステーションから得られたEME時系列データを用いること。
• EMEの振幅および継続時間のフラクタル変動におけるスケーリング則およびパワーロウ分布を用いて、臨界的挙動を同定すること。
• EMEダイナミクスにおける高次モーメントおよび臨界指数の分析を通じて、三臨界転移点を検出すること。
• 異なるM>5地震の前におけるEME挙動を比較し、臨界状態のサインの整合性を評価すること。
• 統計物理学の枠組みを用いて、EMEをリソスフェアにおけるシステム的不安定化の兆候として解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 東エーゲ海における破壊誘発電磁放射（EME）は、マグニチュード5以上の地震発生の前に対応する臨界フラクタルを示すか？
• RQ2 M>5の地震発生の前において、EME信号は臨界現象に一致するスケーリング挙動を示すか？
• RQ3 2017年6月12日および7月20日の地震の前において、EMEダイナミクスに三臨界転移の証拠があるか？
• RQ4 EMEパターンは、地震断層発生に先立って地球系が臨界状態に近づく過程をどの程度反映しているか？
• RQ5 臨界フラクタル法（MCF）は、地球物理学的EMEデータにおいて地震前臨界状態を信頼性高く検出できるか？

主な発見

• 東エーゲ海における最近のM>5地震の震源域周辺の地球系は、主震発生の数日前にEME信号において臨界フラクタルを示した。
• 2017年6月12日および7月20日の地震の前には、EMEデータに三臨界転移が検出され、臨界挙動の性質の変化を示した。
• EME信号はパワーロウスケーリングおよび自己組織的臨界性のサインを示し、MCFフレームワークと整合的であった。
• 臨界状態は、それぞれの大規模地震発生の数日前に顕在化しており、物理的予兆メカニズムを示唆した。
• 三臨界転移の存在は、システムのダイナミクス的挙動に変化が生じており、不安定化の兆候である可能性を示唆した。
• 本研究の結果は、EMEが大規模地震発生の前に対応する臨界応力蓄積の測定可能な指標として機能しうることを支持する。