[論文レビュー] Total electron content disturbances prior to Great Tohoku March 11, 2011 and October 23, 2011 Turkey Van earthquakes and their physical interpretation

О. В. Золотов, A. A. Namgaladze+1 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2012

Earthquake Detection and Analysis参考文献 55被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、GPSデータを用いて、M9.0の東北（日本）およびM7.1のバーン（トルコ）の地震の2～4時間前に、持続的で局所的な電離層Total Electron Content（TEC）の異常を同定した。これらの異常は、震源地およびその磁気的共役領域で観測され、地震前における電離層の揺らぎを引き起こす電磁的リソスフィア-イオンスフィア結合メカニズムによって説明される、地震関連のイオンスフィア予兆と解釈される。

ABSTRACT

This paper discusses the GPS (Global Positioning System) observed TEC (Total Electron Content) variations prior to the M 9.0 Great Tohoku (Japan, Sendai) March 11, 2011 and M 7.1 Oct. 23, 2011 Turkey Van earthquakes as possible seismo-ionosphere precursors. We have formulated a set of the TEC phenomenological features often reported as precursors to strong earthquakes based on our experience and publications' analysis. This feature-set has been applied to the relative TEC deviations for time intervals March 08-11, 2011 and Oct. 20-23, 2011 preceding M 9.0 Great Tohoku (Japan) March 11 and Turkey Van Oct. 23 earthquakes, respectively. In both cases there have been revealed strong local long-living (of about several hours) TEC disturbances at the near-epicenter and magnetically conjugated areas. These disturbances may be treated as seismo-ionospheric precursors. The physical mechanism for the observed TEC structures for these two as well as for other cases of recent strong seismic events has been proposed. The anomalies have been interpreted and explained on the base of this physical mechanism from the origin hypothesis point of view in terms of electromagnetic lithosphere-ionosphere coupling.

研究の動機と目的

• 主な地震の前に発生するイオンスフィアTECの変動を調査し、地球物理的予兆としての可能性を検討すること。
• 強力な地震イベントの数日前に一貫したTEC異常パターンを特定すること。
• 地震前イオンスフィア異常を分類するための現象論的特徴セットを構築すること。
• 観測されたTEC異常の物理的起源を、電磁的リソスフィア-イオンスフィア結合理論を用いて解釈すること。
• 提案されたメカニズムが、M9.0およびM7.1という異なる規模の地震2件に対して妥当であるかを検証すること。

提案手法

• 2011年3月8日～11日および2011年10月20日～23日の期間における、GPSで得られたTotal Electron Content（TEC）データの分析。
• 背景的なイオンスフィア変動から異常を分離するために、相対的TEC偏差の計算。
• 震源地およびその磁気的共役領域の周辺で、空間的に局所的で長期間（数時間）にわたるTEC異常の特定。
• 先行研究から導出された現象論的特徴セットを応用し、一貫した予兆パターンの検出。
• 観測されたTEC構造の物理的起源を解釈するために、電磁的結合モデルの適用。
• 地理的および構造的要因が異なる2つの地震事例におけるTEC挙動の比較を通じて、結果の一般性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GPSデータから観測されたように、大きな地震の前に持続的なTEC異常が電離層に発生するか？
• RQ2 これらのTEC異常は、地震の震源地およびその磁気的共役領域と空間的に相関しているか？
• RQ3 一貫した現象論的特徴セットが、地震前のイオンスフィア異常を信頼性高く特定できるか？
• RQ4 リソスフィア-イオンスフィア結合の文脈において、このようなTEC異常がどのように生成されるかの物理的メカニズムは何か？
• RQ5 観測されたTEC挙動は、異なる規模および構造的環境を有する異なる地震事例においても再現可能か？

主な発見

• M9.0の東北およびM7.1のバーンの地震の前には、数時間にわたって強い局所的TEC異常が電離層で検出された。
• これらの異常は、震源地の上だけでなく、磁気的共役領域でも観測され、フィールドラインで接続されたイオンスフィア的影響を示している。
• TEC異常は、先行研究から得られた現象論的特徴セットと整合する一貫した空間的・時間的パターンを示した。
• 提案された物理的メカニズムは、地震前の応力および電荷再配分によって駆動される、リソスフィアからイオンスフィアへの電磁的結合を含む。
• 結果は、イオンスフィアTEC異常が大規模地震の検出可能な予兆として機能しうることを支持する。
• 2つの異なる地震事例における結果の一貫性は、イオンスフィアTECが地震予兆検出の潜在的ツールである可能性を強化する。